RC选频正弦波振荡器电路原理与优化

RC电路也可以构成选频电路，图3-11是采用RC选频电路的正弦波振荡器电路，这是一个由两只晶体管构成的振荡器电路，VT₁和VT₂构成两级共发射极放大器电路，R₂、C₁、R₁和C₂构成RC选频电路。

1.RC选频电路选频原理

RC选频电路由R₂和C₁串联电路、R₁和C₂并联电路组成。

（1）输入信号频率很低时的电路分析

图3-12a所示是一个RC选频电路。R₂和C₁串联，R₁和C₂为并联，它们构成分压电路、u_i为输入信号，u_o为这一分压电路的输出信号。其等效电路如图3-12b所示。

图3-11 RC选频电路的正弦波振荡器电路

注意：在这分压电路中，当输入信号频率从很低升高时，输出信号u_o在增大，如图3_-12c所示。

图3-12 输入频率低时电路分析示意图

（2）当输入信号频率高到一定程度时的电路分析

当输入信号频率高于振荡频率f₀后，由于频率高了，C₁的容抗远小于电阻R₂，这样在RC串联电路中只有R₂在起作用。同时，由于频率高了，C₂的容抗远小于电阻R₁，这样在RC并联电路中只有C₂在起作用，此时的等效电路如图3-13a所示。从这一RC分压电路中可以看出，当输入信号频率降低时，输出信号电压u_o将减小，如图3-13b所示频率高于f₀的那段曲线。

从上面分析可知，当输入信号频率为f₀时，RC选频电路的输出信号电压u_o为最大，其他频率输入信号的输出幅度均很小，说明了电路可以从众多信号频率中选出某一个频率的信号，具有选频作用，所选信号的频率为f₀。

RC选频电路在选频过程中，对频率为f₀的信号不产生附加的相移，也就是说电路只有选频作用，没有移相作用。

图3-13 输入频率高时电路分析示意图

2.正反馈过程分析

RC选频电路正弦波振荡器中，VT₁和VT₂构成共发射极放大器，这种放大器对信号电压具有反相的作用，两级放大器对信号电压分别反相一次，两次反相之后又成为同相位了，如图3-11所示电路中的信号相位标注。设VT₁基极为+，其集电极为-，VT2再次反相后其集电极为+。图3-14所示是正反馈回路示意图。当输入VT₁基极的信号电压相位为正时，VT₂集电极输出信号电压的相位也是为正。

图3-14 正反馈回路示意图(www.xing528.com)

这一输出信号经RC选频电路的选频，取出频率为f₀的信号，加到VT₁基极。这一信号相位仍然为正，这样加强了VT₁基极上的输入信号，所以是正反馈过程，使振荡器满足了相位条件。

3.振荡过程

VT₁和VT₂是具备放大能力的（直流电路保证两管进入放大状态），这样振荡器同时满足相位和幅度条件。经VT₁和VT₂放大后的信号，从VT₂集电极输出，经R₂、C₁、R₁和C₂组成的RC选频电路，选出频率为f₀信号，加到VT₁基极，加强了VT₁基极频率为f₀的幅度，这个频率信号再经VT₁和VT₂放大，再次正反馈到VT₁基极，这样振荡器进入振荡的工作状态。

4.电路分析说明

在这一振荡器中，要用到两级共发射极放大电路，利用这两级共发射极放大器对信号进行两次倒相来满足相位条件，振荡器工作过程分析如下：

（1）RC选频电路原理

RC选频电路只在输入信号频率为f₀时，输出信号电压才为最大，并且对频率为f₀信号没有附加的相位移。对于频率小于或高于f₀的信号，其幅度小，并且有附加相位移，这样就破坏了振荡器的相位条件而不能产生振荡，所以只有频率为f₀的信号才能在这一振荡器中振荡。

（2）振荡频率计算公式

当电路中的R₁=R₂，C₁=C₂，且VT₁放大器的输入电阻值远大于R₁阻值（或R₂阻值），VT₂放大器的输出电阻值远小于R₁阻值（或R₂阻值）时，这种振荡器的振荡频率为

（3）主要缺点

RC选频电路的选频特性不太好，对频率为f₀附近的信号衰减不足，这样振荡信号的波形存在较大的失真。另外，放大器的放大倍数太大时，晶体管容易进入饱和状态，使振荡信号产生削顶失真，振荡器输出信号失真更大。为了解决上述问题给电路中引入负反馈电路，图3-15所示电路中的可变电阻器RP₁，它用来构成环路的负反馈电路。

这一负反馈电路的负反馈过程是：某一瞬间VT₁基极信号电压相位为正，则VT₂集电极上信号电压相位也为正，这一输出信号经RP₁加到了VT₁的发射极上，使VT₁的发射极信号电压增大，VT₁的基极信号电流减小，所以这是负反馈过程，是一个电压串联负反馈电路。

在接入反馈电阻RP₁之后，RP₁与其他元器件构成了一个RC电桥，如图3-16所示。从这一电路中可以看出，4个臂的电桥，两个由RC选频电路构成，另两个由负反馈电路构成。反馈信号（输入到电桥的信号）加到一条对角线上，加到VT₁基极回路的电桥输出信号取自另一个对角线上。由于这些元器件构成了一个电桥，所以这种振荡器称为桥式振荡器，又称为文氏振荡器。这一振荡器的工作稳定性大大增强，通过调整负反馈电阻RP₁的阻值，使整个负反馈放大器的放大倍数为3或略大于3时，即可以满足振荡条件，并输出比较稳定的正弦信号。

图3-15 振荡信号相位示意图

图3-16 RC电桥