輸出電壓 uo經正反饋(兼選頻)網絡分壓後,取uf作為同相比例電路的輸入信号ui。由運放構成的RC串并聯正弦波振蕩電路不是靠運放内部的晶體管進入非線性區穩幅,而是通過在外部引入負反饋來達到穩幅的目的。正弦波振蕩器是沒有輸入信号的,帶選頻網絡的正反饋放大器。若用電阻,電容元件組成選頻網絡,就稱為RC振蕩器,一般用來産生1Hz-1MHz的低頻信号。RC選頻網絡的選頻作用不如LC諧振蕩回路,故RC振蕩器的波形和穩定度比LC振蕩器差。
RC串并聯網絡振蕩電路用以産生低頻正弦波信号,是一種使用十分廣泛的RC振蕩電路。
最簡單的RC振蕩電路圖(一)
圖一RC橋式振蕩電路
圖一是RC橋式振蕩電路,這個電路由放大電路和選頻網絡。為由集成運放所組成的電壓串聯負反饋放大電路,取其高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點。而則由Z1、Z2和R1、R2組成,同時兼作正反饋網絡。由圖可知,Z1、Z2和R1、R2正好形成一個四臂電橋,電橋的對角線頂點接到放大電路的兩個輸入端,RC橋式振蕩器電路的名稱即由此而來。
下面首先分析RC振蕩器電路串并聯選頻網絡的選頻特性,然後根據正弦波振蕩電路的兩個條件選擇合适的放大電路指标,以構成一個完整的RC橋式振蕩器。
最簡單的RC振蕩電路圖(二)RC串并聯網絡振蕩電路用以産生低頻正弦波信号,是一種使用十分廣泛的RC振蕩電路。
振蕩電路的原理圖如上圖所示。其中集成運放A作為放大電路,它的選頻網絡是一個由R、C元件組成的串并聯網絡,RF和R’支路引入一個負反饋。由圖可見,串并聯網絡中的R1、C1和R2、C2以及負反饋支路中的RF和R’正好組成一個電橋的四個臂,因此這種電路又稱為文氏電橋振蕩電路。
1、RC串并聯網絡的選頻特性當f=fo=1/2 RC時,Uf的幅值達到最大,等于U幅值的1/3,同時Uf與U同相。
2、振蕩頻率與起振條件振蕩頻率
為了滿足振蕩的相位平衡條件,要求 ΨA ΨF=±2nπ。以上分析說明當f=fo時,串并聯網絡的ΨF=0,如果在此頻率下能使放大電路的ΨA=±2nπ,即放大電路的輸出電壓與輸入電壓同相,即可達到相位平衡條件。在圖1的RC串并聯網絡振蕩電路原理圖中,放大部分是集成運放,采用同相輸入方式,則在中頻範圍内 ΨA近似等于零。因此,電路在fo時ΨA ΨF=0,而對于其他任何頻率,則不滿足振蕩的相位平衡條件,所以電路的振蕩頻率為
為了使|A|=Auf》3,圖1所示振蕩電路中負反饋支路的參數應滿足以下關系:
RF 》 2R’ (3)
3、振蕩電路中的負反饋根據以上分析可知,RC串并聯網絡振蕩電路中,隻要達到|A|》3,即可滿足産生正弦波振蕩的起振條件。如果|A|的值過大,由于振蕩偏度超出放大電路的線性放大範圍而進入非線性區,輸出波形将産生明顯的失真。另外,放大電路的放大倍數因受環境溫度及元件老化等因素影響,也要發生波動。以上情況都将直接影響振蕩電路輸出波形的質量,因此,通常都在放大電路中引入負反饋以改善振蕩波形。在圖1所示的RC串并聯網絡振蕩電路中,電阻RF和R’引入了一個電壓串聯負反饋,它的作用不僅可以挺高放大倍數的穩定性,改善振蕩電路的輸出波形,而且能夠進一步提高放大電路的輸入電阻,降低輸出電阻,從而減小了放大電路對RC串并聯網絡選頻特性的影響,提高了振蕩電路的帶負載能力。
改變電阻RF和R’阻值的大小可以調節負反饋的深度。RF愈小,則負反饋系數F=R’/ RF R’愈大,負反饋深度愈深,放大電路的電壓放大倍數愈小;反之,RF愈大,則負反饋系數F愈小,即負反饋愈弱,電壓放大倍數愈大。如電壓放大倍數太小,不能滿足|A|》3條件,則振蕩電路不能起振;如電壓放大倍數不大,則可能輸出幅度太大,使振蕩波形産生明顯的非線性失真,應調整RF和R’的阻值,使振蕩電路産生比較穩定而失真較小的正弦波信号。
隻要改變電阻R或電容C的值,即可調節振蕩頻率。例如,在RC串并聯網絡中,利用波段開關換接不同容量的電容對振蕩頻率進行粗調,利用同軸電位器對振蕩頻率進行細調。采用這種辦法可以很方便地在--個比較寬廣的範圍内對振蕩頻率進行連續調節。
最簡單的RC振蕩電路圖(三)最簡單的振蕩器
這種振蕩器特點是:T≈(1.4~2.3)R*C
電源波動将使頻率不穩定,适合小于100KHz的低頻振蕩情況。
最簡單的RC振蕩電路圖(四)采用施密特觸發器構成的振蕩器
采用施密特觸發器構成的振蕩器
最簡單的RC振蕩電路圖(五)
1、振蕩電路的組成、作用、起振的相位條件以及振蕩電路起振和平衡幅度條件;
2、RC電路阻抗與頻率、相位與頻率的關系曲線;
3、RC振蕩電路的相位條件分析和振蕩頻率。
最簡單的RC振蕩電路圖(六)加補償電阻的振蕩
加補償電阻的振蕩
T≈(1.4~2.2)R*C,電源對頻率的影響減小,頻率穩定度可控制在5%。
最簡單的RC振蕩電路圖(七)環行振蕩器
環行振蕩器
采用TTL反相器,頻率可達50MHz。
最簡單的RC振蕩電路圖(八)采用兩三極管構成的振蕩器
其中R5=R8,R7=R6,C5=C6。
最簡單的RC振蕩電路圖(九)頻率在10Hz以下的振蕩器采用RC振蕩器是很适合的。這裡采用齊納二極管來穩定輸出幅度,輸出的峰-峰電壓可在0~4V間調整,頻率為6.5Hz。如采用圖中括弧内的數值,頻率可低至0.01Hz。振蕩器吸取的電流約為3mA。
最具典型性的RC橋式正弦波振蕩電路中,以RC串并聯振蕩電路最常見,如圖1所示。
圖1 RC串并聯振蕩電路
将電阻R和電容C串聯、電阻R與電容C并聯所組成的網絡稱為RC串并聯選頻網絡,如圖1所示。通常,因為RC串并聯選頻網絡在正弦波振蕩電路中,既為選頻網絡,又為正反饋網絡。
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