RC振蕩器工作原理

輸出電壓 uo經(jīng)正反饋（兼選頻）網(wǎng)絡(luò)分壓后，取uf作為同相比例電路的輸入信號ui。由運放構(gòu)成的RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路不是靠運放內(nèi)部的晶體管進入非線性區(qū)穩(wěn)幅，而是通過在外部引入負反饋來達到穩(wěn)幅的目的。正弦波振蕩器是沒有輸入信號的，帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大器。若用電阻，電容元件組成選頻網(wǎng)絡(luò)，就稱為RC振蕩器，一般用來產(chǎn)生1Hz-1MHz的低頻信號。RC選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻作用不如LC諧振蕩回路，故RC振蕩器的波形和穩(wěn)定度比LC振蕩器差。

RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路用以產(chǎn)生低頻正弦波信號，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(wǎng)絡(luò)。為由集成運放所組成的電壓串聯(lián)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(wǎng)絡(luò)。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(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性，然后根據(jù)正弦波振蕩電路的兩個條件選擇合適的放大電路指標，以構(gòu)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(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路用以產(chǎn)生低頻正弦波信號，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(wǎng)絡(luò)是一個由R、C元件組成的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，RF和R’支路引入一個負反饋。由圖可見，串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)絡(luò)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，則在中頻范圍內(nèi) 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(shù)應(yīng)滿足以下關(guān)系：

RF 》 2R’ （3）

3、振蕩電路中的負反饋

根據(jù)以上分析可知，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路中，只要達到|A|》3，即可滿足產(chǎn)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范圍而進入非線性區(qū)，輸出波形將產(chǎn)生明顯的失真。另外，放大電路的放大倍數(shù)因受環(huán)境溫度及元件老化等因素影響，也要發(fā)生波動。以上情況都將直接影響振蕩電路輸出波形的質(zhì)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(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路中，電阻RF和R’引入了一個電壓串聯(lián)負反饋，它的作用不僅可以挺高放大倍數(shù)的穩(wěn)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(lián)網(wǎng)絡(luò)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(diào)節(jié)負反饋的深度。RF愈小，則負反饋系數(shù)F=R’/ RF+R’愈大，負反饋深度愈深，放大電路的電壓放大倍數(shù)愈小；反之，RF愈大，則負反饋系數(shù)F愈小，即負反饋愈弱，電壓放大倍數(shù)愈大。如電壓放大倍數(shù)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(shù)不大，則可能輸出幅度太大，使振蕩波形產(chǎn)生明顯的非線性失真，應(yīng)調(diào)整RF和R’的阻值，使振蕩電路產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真較小的正弦波信號。

4、振蕩頻率的調(diào)節(jié)

只要改變電阻R或電容C的值，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。例如，在RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，利用波段開關(guān)換接不同容量的電容對振蕩頻率進行粗調(diào)，利用同軸電位器對振蕩頻率進行細調(diào)。采用這種辦法可以很方便地在--個比較寬廣的范圍內(nèi)對振蕩頻率進行連續(xù)調(diào)節(jié)。

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

電源波動將使頻率不穩(wěn)定，適合小于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(fā)器構(gòu)成的振蕩器

采用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的振蕩器

最簡單的RC振蕩電路圖（五）

注意要點：

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(guān)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(wěn)定度可控制在5%。

最簡單的RC振蕩電路圖（七）

環(huán)行振蕩器

環(huán)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(gòu)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振蕩器是很適合的。這里采用齊納二極管來穩(wěn)定輸出幅度，輸出的峰-峰電壓可在0～4V間調(diào)整，頻率為6.5Hz。如采用圖中括弧內(nèi)的數(shù)值，頻率可低至0.01Hz。振蕩器吸取的電流約為3mA。

最簡單的RC振蕩電路圖（十）

最具典型性的RC橋式正弦波振蕩電路中，以RC串并聯(lián)振蕩電路最常見，如圖1所示。

圖1 RC串并聯(lián)振蕩電路

將電阻R和電容C串聯(lián)、電阻R與電容C并聯(lián)所組成的網(wǎng)絡(luò)稱為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。通常，因為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)在正弦波振蕩電路中，既為選頻網(wǎng)絡(luò)，又為正反饋網(wǎng)絡(luò)。