RC正弦波振荡器实例

例5-3 RC移相式正弦波振荡器电路如图5-13所示，典型参数：R₁=R₂=R₃+R_i=R=1.1kΩ，R_i为放大器的输入电阻。C₁=C₂=C₃=C=0.047μF，R_B1=100kΩ，R_B2=22kΩ，R_C=1.3kΩ，R_E=470Ω，C_E=20μF，V_CC=12V，晶体管VT可用3DG5。1）指出反馈网络与选频网络是由哪些元件构成的。2）在振荡频率处，反馈信号与输出信号之间的相位差为多少？3）说明该振荡器的稳幅原理。

图5-13 RC移相式正弦波振荡器

解 1）在这个振荡器中反馈网络也是选频网络，由R₁、R₂、R₃和C₁、C₂、C₃构成，属于三级RC超前移相网络，放大器的输入电阻R_i是该网络的负载，如图5-14所示。

2）根据振荡器的相位起振条件ϕ_A+ϕ_F=2πk（k为整数），共射放大器的输出信号与输入信号是反相的，即ϕ_A=180°，则RC移相网络的相移ϕ_F=2πk-ϕ_A=180°（取k=1），也就是在振荡频率处，反馈信号与输出信号之间的相位差为180°。

3）该振荡器的稳幅原理是：利用放大器固有的非线性特性。

放大器的非线性是指放大器的输出电压与输入电压之间的非线性关系，即放大器的电压增益A_u并不是一常量，而是与输入电压大小以及静态工作点的高低有关。电压增益A_u随着放大器输入信号的增大而降低。当下降到一定值时，满足振幅平衡条件A_uF_u=1，输出振荡信号的幅度就稳定下来。

图5-14 RC振荡器中的反馈网络与选频网络

RC移相式振荡器具有电路结构简单、成本低的优点，同时适用于产生频率低于几十kHz的正弦信号。但是存在稳幅作用较差、波形失真较大的缺点。故一般应用在对正弦幅度稳定性和波形失真度要求不高的场合，理论分析表明RC振荡器的频率f₀与R、C参数以及放大器的输入电阻R_i等均有关系，估算振荡频率f₀的公式为

在实际应用中可以微调R₃并通过频率测量获得实际振荡频率。若要在较大范围内调整振荡频率，主要依靠改变R、C元件的参数。(www.xing528.com)

例5-4 文氏桥式正弦波振荡器电路如图5-15a所示，该电路可以改画成文氏桥形式，如图5-15b所示。R₁、R₂、C₁、C₂构成选频网络及正反馈网络（叫做RC串并选频网络），且R₁=R₂=R，C₁=C₂=C。R₃、R_t构成稳幅网络（负反馈网络），其中R_t是具有负温度系数特性的热敏电阻，即温度T上升（下降），则R_t阻值降低（上升），未有电流通过时的阻值叫做冷态阻值。求：1）求振荡频率f₀和反馈系数F_u；2）起振时对集成运放的电压放大倍数A_u和热敏电阻R_t的冷态阻值的要求是多少？3）解释稳幅原理；4）振荡稳定后R_t与R₃之间有何关系？

图5-15 文氏桥式正弦波振荡器电路

解 1）不难证明，当时，反馈电压与输出电压同相，电路实现正反馈可以产生振荡，则反馈系数，振荡频率为

2）根据起振条件A_uF_u＞1，对集成运放的电压放大倍数要求是A_u＞3。

由于，，则R_t＞2R₃，即热敏电阻的冷态阻值要大于2R₃。

3）电路中的负反馈电压，显然R_t↑→U_n↓或R_t↓→U_n↑。并注意到若U_o上升，则热敏电阻两端电压U_t下降，导致T↑→R_t↓，再考虑到负反馈使U_n↑→U_o↓，则整个稳幅过程如下：

U_o↑→U_t↑→T↑→R_t↓→U_n↑→U_o↓或U_o↓→U_t↓→T↓→R_t↑→U_n↓→U_o↑

4）稳定振荡时：U_n=U_p，即R，其中，则可得R_t=2R₃。

除了RC低频振荡器外，还有LC高频振荡器、石英晶体高稳定振荡器、多谐振荡器等。如果读者今后遇到其他类型的振荡器，可以根据本节关于振荡器的基础知识，并结合电路基础知识自行分析各种振荡器的工作原理，本书不作一一介绍。