第三章 正弦波振荡器4.ppt

3.3 RC正弦振荡器 3.3.1 RC移相振荡器 RC移相振荡器是利用RC网络作为移相网络，使之满足相位平衡条件，达到 。最简单的RC移相网络可以用电阻和电容串联构成，如图3.17所示。 图3.17(a)所示是超前移相网络。其频率响应 其中，时常数τ=RC。幅频特性 图3.17(b)所示是滞后相移网络。其频率响应 忽略晶体管极间电容和输出电阻的影响，放大器的输入电阻Ri=RB∥rbe，RB=RB1∥RB2；设计使RBrbe，且rbeR,RC=R。利用戴维宁定理，将电流源换成电压源 和内阻RC，则可画出该移相网络的等效电路如图3.20(c)所示。三个回路电流分别为 。由此可列出三个回路的回路电压方程 由此式求得该振荡器的工作频率 将图3.20中晶体管放大器换成运算放大器，如图3.21所示。取R1=R，同样可以导出该电路的工作频率 RC移相网络种类很多，放大器种类也很多，所以RC移相振荡器电路形式很多。图3.22示出的是一种用RC有源移相器构成的振荡器电路。该电路的平衡条件是 由此可导出工作频率 3.3.2 RC选频振荡器 用电阻、电容构成的选频网络很多，如RC串并联网络、RC双T网络等。目前应用最为广泛的是RC串并联网络，如图3.23(a)所示。其频率特性 如图3.23(b)所示。由图可见，RC串并联网络具有选频特性，与LC并联回路的频率特性相似。在谐振频率ω0=1/(RC)处，H(ω0)=1/3，φ(ω0)=0°。当ωω0时，随ω的减小，H(ω)减小并趋于零，φ(ω)趋于+90°。当ωω0时，随ω的增加，H(ω)减小并趋于零，φ(ω)趋于-90°。 其带宽B≈3ω0，品质因数Q≈1/3。由此可见，这种电路与LC谐振电路相比，品质因数很低，带宽很宽，选频特性远远低于LC选频网络。这是RC网络共有的特点，所以利用RC网络构成的振荡器波形质量差。 图3.24(a)所示是利用同相输入运算放大器构成的RC选频振荡器。其工作频率 由于RC串/并联支路与Rf、R1构成了电桥的4个臂，运算放大器接在桥的中点上，如图3.24(b)所示，因此把这种振荡器又称为文氏桥振荡器。电桥的一个重要特点是桥路中点的电位差反映了桥路的平衡程度，这种不平衡经过放大器放大，再反馈至输入端，加以调整，从而提高了稳幅能力，改善了波形。所以这种电路较之RC移相振荡器质量好，得到了广泛的应用。 文氏桥振荡器电路形式很多。图3.25示出了一种用两级共射组态放大器级联和RC串并联网络构成的文氏桥振荡器电路。图3.26示出了一种用场效应管做负反馈稳幅电路的文氏桥振荡器电路。设计使场效应管工作在可变电阻区，代替图3.24所示电路中的电阻R1。运算放大器的输出经耦合电容C1加在二极管电路上。 VD、C2、R2、R3和电位器W2构成整流滤波电路，取得一个负极性的直流电压，加在场效应管的栅极和源极之间，为uGS。uGS的绝对值|uGS|正比于振荡器输出电压的幅值Uom。当Uom增大时，|uGS|增大，场效应管等效的电阻即漏源电阻Rds增大，从而使放大器负反馈增加，输出电压Uom减小，从而实现振幅的稳定。 第3章 正弦波振荡器 (3.3―1) 图3.17 RC串联移相网络 ? 相频特性 (3.3―2) (3.3―3) 如图3.18所示。由图可见，该电路可实现0°~90°之间的相移，不同频率对应不同的相移值。对应截止频率 的相移φ(ωC)=45°。 ? (3.3―4) (3.3―5) (3.3―6) 幅频特性 相频特性 如图3.19所示。由图可见，该电路可实现0°~90°之间的相移，截止频率 对应的相移φ(ωC)=-45°。 图3.18 RC串联超前网络频率特性 图3.19 RC串联滞后网络频率特性 图3.20 RC相移振荡器及交流等效电路 联解可得 由于RBrbe，满足相位平衡条件，必须使 (3.3―7) (3.3―7)式成立，必须虚部为零，即 (3.3―8) (3.3―9) 当RiR时 (3.3―10) 将ωg代入(3.3―7)式，可求得振幅平衡条件 (3.3―11) 当RiR时 (3.3―12)