2RC串并式正弦波振荡器

封面西藏·阿里·喜玛拉雅主峰之一·纳木纳尼雪峰返回引言本页完引言RC正弦波振荡电路是利用电阻和电容组成反馈和选频网络产生振荡的电路，电路形式多种多样，有桥式振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等。RC正弦波振荡电路电路形式简单，容易起振，比较稳定，调节也方便，波形失真较小，但振荡的频率不太高，主要用于产生较低频率的正弦波。返回学习要点本节学习要点和要求RC串并联回路的选频原理RC串并式正弦振荡电路的工作过程返回一、RC桥式振荡电路1.电路原理图一、RC桥式振荡电路RC串并式正弦波振荡器继续本页完1、电路原理图振荡电路的四个基本组成部分：1.由运放A组成基本放大器；2.由两节RC回路组成的正反馈网络及选频网络。3.由热敏电阻Rf(负反馈电阻)组成稳幅环节。对选频反馈网络来说是同相放大电路正反馈及选频网络+－Vi=VfRC+-+ARfR1VoCR···两个串并联RC组成的网络可等效看成由两个容性元件Z1、Z2组成。振荡电路的四个基本组成部分：1.由运放A组成基本放大器；2.由两节RC回路组成的正反馈网络及选频网络。3.由热敏电阻Rf(负反馈电阻)组成稳幅环节。RC串并式正弦波振荡器桥式名称的来由一、RC桥式振荡电路继续本页完对选频反馈网络来说是同相放大电路正反馈及选频网络Z1Z2由于放大器A的两个输入端分别与Z1、Z2、Rf、R1的组成如电桥的形式，所以称为桥式振荡电路。1、电路原理图++-+ARfR1VoZ1Z2Vi=Vf－RfR1Z1Z2RC+-+ARfR1VoCR+－Vi=Vf······RC串并式正弦波振荡器2、RC串并联选频网络的选频特性RC选频网络等效阻抗的推导一、RC桥式振荡电路继续本页完Z1由RC串联而成，所以2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图Z1=R+XCZ2由RC并联而成，所以Z2=———R·XCR+XCRC+RfCR+－Vi=VfVo由图可以看出Vf(Vi)可近似由Z1、Z2对Vo分压得出。————(1)————(2)选频网络的反馈系数FV由分压原理得出正反馈及选频网络本电路关键是分析两个串并联RC网络的特性，即两个RC网络对不同频率的正弦波的阻抗和相位关系，从而得出电路是如何选频和振荡的。++-+ARfR1VoZ1Z2Vi=Vf－··········RC串并式正弦波振荡器反馈系数表达式的推导继续本页完FV=—=———VfVoZ2Z1+Z2——(3)其中XC=1/(jC)———(4)联立四式解得分压系数FV一、RC桥式振荡电路Z1由RC串联而成，所以2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图Z1=R+XCZ2由RC并联而成，所以Z2=———R·XCR+XC由图可以看出Vf(Vi)可近似由Z1、Z2对Vo分压得出。————(1)————(2)选频网络的反馈系数FV由分压原理得出正反馈及选频网络RC+RfCR+－Vi=VfVo++-+ARfR1VoZ1Z2Vi=Vf－··············RC串并式正弦波振荡器过度继续正反馈及选频网络一、RC桥式振荡电路2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图RC+RfCR+－Vi=VfVo++-+ARfR1VoZ1Z2Vi=Vf－联立四式解得分压系数FV·······RC串并式正弦波振荡器反馈系数的幅频表达式和相频表达式继续本页完FV=————————jRC(1-2R2C2)+j3RC令0=1/RCFV=————————13+j(——－——）00则FV的幅值FV是(幅频特性)FV=————————1FV的相频特性f=-arctg————(—－—）003正反馈及选频网络联立四式解得分压系数FV一、RC桥式振荡电路2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图RC+RfCR+－Vi=VfVo++-+ARfR1VoZ1Z2Vi=Vf－32+(—－—)200······注意：式中的f是反馈信号Vf与输出信号Vo的相位差。·····分压系数FV的大小反映出选频网络对什么频率的正弦信号反馈量大，什么频率的正弦信号反馈量小。FV的相位反映了选频网络输出的反馈信号哪个频率是属于正反馈。····RC串并式正弦波振荡器过度继续正反馈及选频网络一、RC桥式振荡电路2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图RC+RfCR+－Vi=VfVo++-+ARfR1VoZ1Z2Vi=Vf－FV的幅值FV是(幅频特性)FV=————————1FV的相频特性f=-arctg————(—－—）00332+(—－—)200········RC串并式正弦波振荡器相频表达式的意义继续本页完讨论FV的相频特性f知：正反馈及选频网络一、RC桥式振荡电路2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图RC+RfCR+－Vi=VfVo++-+ARfR1VoZ1Z2Vi=Vf－FV的幅值FV是(幅频特性)FV=————————1FV的相频特性f=-arctg————(—－—）00332+(—－—)200···0=1/(RC)是一个由选频网络本身特性决定的频率，与外来频率无关。它对外来频率相当于起到一个门的作用，外来频率与这个频率相同，选频网络的门就打开让其通过，其它频率则受到衰减。······当外来频率=0时，f=0，其意义为：在输入的各种频率中只有0这个频率的Vf与Vo是同相的。··在=0时，Vf与Vo同相，而同相放大电路中Vo与Vi同相，所以Vf与Vi同相，符合正反馈的相位条件，其它频率都不同相，不符合正反馈相位条件。······正反馈频率的确定RC+RfCR+－Vi=VfVo++-+ARfR1VoZ1Z2Vi=Vf－RC串并式正弦波振荡器继续本页完当=0，f=0，正反馈。把=0代入幅频特性式得FV=1/3正反馈及选频网络一、RC桥式振荡电路2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图由幅频特性计算式知，大于或小于0的其它频率的反馈系数都小于1/3，所以说0频率的正弦信号的反馈电压是最大的。FV的幅值FV是(幅频特性)FV=————————1FV的相频特性f=-arctg————(—－—）0032+(—－—)2003········由反馈系数的定义知：频率(0)的正反馈电压Vf(Vi)是输出电压Vo的1/3，而且是各频率的反馈电压中最大的一种。···FV=Vf/Vo··RC串并式正弦波振荡器过度继续一、RC桥式振荡电路2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图RC+RfCR+－Vi=VfVoFV的幅值FV是(幅频特性)FV=————————1FV的相频特性f=-arctg————(—－—）0032+(—－—)2003正反馈及选频网络当=0，f=0，正反馈。把=0代入幅频特性式得FV=1/3·····由反馈系数的定义知：频率(0)的正反馈电压Vf(Vi)是输出电压Vo的1/3，而且是各频率的反馈电压中最大的一种。···FV的幅值FV是(幅频特性)FV=————————1FV的相频特性f=-arctg————(—－—）0032+(—－—)2003RC串并式正弦波振荡器幅频特性曲线和相频特性曲线继续本页完幅频特性曲线相频特性曲线FV=Vf/Vo1/3当=0时，反馈信号的电压Vf是最大的。当=0时，反馈信号相移为0，即是正反馈。RCCR+－Vi=VfVO/00.10100.10.20.30.4FV1/00.101030ºf60º90º-30º-60º-90º1一、RC桥式振荡电路2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图正反馈及选频网络当=0，f=0，正反馈。把=0代入幅频特性式得FV=1/3由反馈系数的定义知：频率(0)的正反馈电压Vf(Vi)是输出电压Vo的1/3，而且是各频率的反馈电压中最大的一种。···········接通电源瞬间，阶跃电压产生了各种频率的正弦信号，其中也包括了与选频网络固有频率0相同的正弦信号，当然这个信号很微弱，必须进行放大。3、振荡的建立与稳定10210200=1/RC0000各种频率的信号通过选频网络后，只有与选频网络0相同的频率的信号才能通过(理想情况)。0继续本页完AV=1+(Rf/R1)RC+-+ARfR1VoCRRC串并式正弦波振荡器一、RC桥式振荡电路2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图3、振荡的建立与稳定起振及稳定过程和图解0的信号通过放大后，反馈回输入端的信号比上一次的信号要大一些，输出信号亦随之增大。如此循环输出幅度不断增大，最终稳幅电路把输出幅度稳定下来。·振荡电路电压放大倍数的确定3、振荡的建立与稳定10200继续本页完因为要维持振荡，振幅关系必须符合AF=1。现在串并联网络的反馈系数F=1/3，那么放大器的增益只需A=3，振荡就能维持，这是很容易达到的。当然振荡刚开始时应该有A略大于3。电路的电压放大倍数由同相放大电路的电压增益表达式AV=1+(Rf/R1)决定。RC+-+ARfR1VoCRRC串并式正弦波振荡器一、RC桥式振荡电路2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图0=1/RCAV=1+(Rf/R1)0的信号通过放大后，反馈回输入端的信号比上一次的信号要大一些，输出信号亦随之增大。如此循环输出幅度不断增大，最终稳幅电路把输出幅度稳定下来。·3、振荡的建立与稳定由振荡建立与稳定过程分析得，电路的选频网络只通过0，电路最后输出的信号的频率也是0，所以RC桥式振荡电路的振荡频率也就是0了。继续本页完4、振荡频率和振荡波形振荡频率0=1/(RC)或f0=1/(2RC)RC串并式正弦波振荡器一、RC桥式振荡电路2、RC串并联选频网络的选频特性1、电路原理图10200RC+-+ARfR1VoCRAV=1+(Rf/R1)0=1/RC4、振荡频率与振荡波形在实际应用中要注意：当AV略大于3时，输出是正弦波，但AV远大于3时，放大器进入非线性区，则输出就不是正弦波了。·AV=1+(Rf/R1)102RC+-+ARfR1VoCR5、稳幅措施指示Rf3、振荡的建立与稳定0继续4、振荡频率和振荡波形放大器的AV由刚开始振荡时略大于3，变成维持振荡时的等于3，在这里主要是依靠负温度系数的热敏电阻Rf来实现的。5、稳幅措施由同相放大器的电压增益计算式可知，只要使Rf减少，就能使电压增益降下来的。RC串并式正弦波振荡器一、RC桥式振荡电路1、电路原理图2、RC串并联选频网络的选频特性000=1/RC·RC串并式正弦波振荡器3、振荡的建立与稳定10210200004、振荡频率和振荡波形5、稳幅措施负温度系数热敏电阻是随温度升高电阻值减少的元件。一、RC桥式振荡电路1、电路原理图2、RC串并联选频网络的选频特性RC+-+ARfR1VoCRAV=1+(Rf/R1)0=1/RCRf的工作原理及电路稳幅过程继续本页完由同相放大器的电压增益计算式可知，只要使Rf减少，就能使电压增益降下来的。图中标出反馈电流的走向，当输出电压增大时，流过Rf的电流随之增大，Rf温度升高，阻值减少，电压增益下降。当下降至电压增益AV=3时，电路反馈的电流不再增大，Rf的温度不再升高，Rf的阻值也就稳定下来，AV也不变了。放大器的AV由刚开始振荡时略大于3，变成维持振荡时的等于3，在这里主要是依靠负温度系数的热敏电阻Rf来实现的。·本节结束页RC串并式正弦波振荡器3、振荡的建立与稳定10210200004、振荡频率和振荡波形5、稳幅措施一、RC桥式振荡电路1、电路原理图2、RC串并联选频网络的选频特性RC+-+ARfR1VoCR本节学习完毕，单击返回，返回封面，单击结束，结束学习，单击例题，学习例题。返回结束例9.2.1AV=1+(Rf/R1)0=1/RC继续放大器的AV由刚开始振荡时略大于3，变成维持振荡时的等于3，在这里主要是依靠负温度系数