RC相移振蕩器工作原理+參數(shù)計(jì)算公式+電路設(shè)計(jì)總結(jié)

今天給大家分享的是：RC相移振蕩器，主要是關(guān)于RC相移振蕩器的工作原理、參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)、運(yùn)算放大器相移振蕩電路、FET（場效應(yīng)晶體管）相移振蕩器電路、BJT相移振蕩器電路。

一、什么是相位和相移？

相位是 360 °條件下正弦周期波的完整周期。引入一個(gè)完整周期作為波形格式恢復(fù)其任意初始值所需的間隔。相位被稱為這種波形周期格式的特定位置。如果我們訪問波的正弦形式，我們可以簡單地檢測相位。

正弦波周期的完整形式 在上圖中，給出了波浪周期的完整形式。正弦波的起始點(diǎn)為 0 o同相，如果我們能確定每個(gè)正負(fù)峰值和 0 段，我們將找到 90、180、270、360 度相位。因此，當(dāng)正弦波開始時(shí)，它基于 0 度參考進(jìn)行操作。我們將其引入為根據(jù) 0 度參考的相移微分。我們可以通過使用下一個(gè)圖像來指定正弦波的移動(dòng)相位如何相似。

正弦波的移動(dòng)相位 在此圖中，顯示了兩種不同的交流正弦波，基本的綠色正弦波是 360 °相位，但紅色的是90°相位旋轉(zhuǎn)出第一個(gè)信號(hào)的相位。這種相移可以通過采用簡單的 RC 配置來應(yīng)用。

二、RC 相移振蕩器

相移振蕩器是產(chǎn)生正弦波輸出的線性電子振蕩器。相移振蕩器由輸入放大器和反饋路徑組成，如下圖所示：

相移振蕩器 這是相移振蕩器的簡單示意圖。RC 振蕩器將 R 和 C 作為反饋路徑中的相移網(wǎng)絡(luò)，反饋到輸入端。RC 相移振蕩器是一種反饋振蕩器，其具有相移作為反饋因子。RC 表示在振蕩器輸出中產(chǎn)生相移的 R（電阻）和 C（電容）的組合。它通常用于音頻范圍。

RC 相移振蕩器 RC 振蕩器的組件是梯形形式的反相放大器（晶體管和運(yùn)算放大器）、電阻和電容。反相放大器具有各種優(yōu)點(diǎn)，例如有限增益和有限輸入阻抗。放大器提供 180°的相移，相移網(wǎng)絡(luò)也提供 180 °的相移。RC 振蕩器利用兩個(gè)組件提供的相移。 相移 = 180（放大器）+ 180（反饋） 相移 = 360 ° 相移 = 360 ° = 0 ° 因此，它有助于振蕩器提供正反饋。

三、RC相移振蕩器主要參數(shù)計(jì)算公式

在 RC 相移振蕩器中，RC 電路放置在反饋網(wǎng)絡(luò)中，以產(chǎn)生穩(wěn)定的低頻正弦信號(hào)，范圍為幾赫茲到幾赫茲，如無線電頻率。 在這種類型的振蕩器中，放大器提供 180 °的相移。由于可持續(xù)振蕩器需要 0 或 360 °的相位角，因此反饋電路的相移也必須為 180°。除了相位角，放大器和反饋增益的乘積應(yīng)該等于 1。 RC 電路傳遞函數(shù)為：

相位角

RC 高通濾波器 根據(jù)上式，當(dāng)?shù)扔?0 時(shí)，傳遞函數(shù)相位角為 0，當(dāng)?shù)扔?0 時(shí)，相位角為 90 °。 因此，相位角可以在 0 °到 90 °之間變化，但是如何產(chǎn)生 180 °的相移呢？答案是級(jí)聯(lián)兩個(gè) RC 電路，如圖所示，因?yàn)槊總€(gè)電路都可以提供 90 °相移。為了使每個(gè)電路實(shí)現(xiàn) 90 °相移，電阻應(yīng)該非常?。ɡ碚撋蠟榱悖?。 然而，當(dāng) R 非常小時(shí)，電路增益變?yōu)榱?。因此，?shí)際上，僅由兩個(gè) RC 電路無法產(chǎn)生 180 °相移。如果使用三級(jí)，則每級(jí)相移為 60 °。在這種情況下，另一個(gè)問題是其他階段的負(fù)載效應(yīng)，但整體相移將是 180 °。這些階段可以增加，即 帶有運(yùn)算放大器的 RC 相移振蕩器電路的可能配置如上圖 所示。在這些配置中，運(yùn)算放大器處于反相模式以提供 180 度相移。此外，RC 電路用于在反饋網(wǎng)絡(luò)中提供 180 度。這意味著振蕩器的整體相移是 360 度。在這種情況下，電路的特定頻率可以通過以下等式計(jì)算。 ? 特定頻率 ????其中 N 是 RC 級(jí)數(shù)。

四、RC相移振蕩器采用什么運(yùn)算放大器？

1、運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn) RC 相位振蕩器

使用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn) RC 相位振蕩器如下圖所示：

使用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn) RC 相位振蕩器 它有三個(gè)電容和四個(gè)電阻。如果我們假設(shè)電阻 R1 = R2 = R3 = R 和電容 C1 = C2 = C3 = C 的值，計(jì)算就變得容易了。振蕩頻率可以表示為： ? 振蕩頻率 ????振蕩標(biāo)準(zhǔn)為： R fb = 29. R R fb是反饋電阻 述條件是通過考慮除負(fù)反饋電阻器之外的所有電阻等于 R 來假設(shè)的。否則，計(jì)算非常復(fù)雜。振蕩頻率現(xiàn)在可以表示為： F o = 1/2π (R 2 R 3 (C 1 C 2 + C 1 C 3 + C 2 C 3 ) + R 1 R 3 (C 1 C 2 + C 1 C 3 ) + R 1 R 2 C 1 C 2 ) 1/2 單個(gè)運(yùn)算放大器電路需要高增益（大約 30）來平衡反饋中連接的電阻和電容的梯形網(wǎng)絡(luò)。高增益有助于它保持振蕩。如果 RC 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，振蕩器的增益約為 10 就足夠了。 我們（關(guān)注公眾號(hào)--電路一點(diǎn)通）還可以為電路中的每個(gè) RC 網(wǎng)絡(luò)插入一個(gè)緩沖區(qū)，它可以防止加載并且不會(huì)干擾振蕩。

2、運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn) RC 相位振蕩器案例示范

對于給定的運(yùn)算放大器 RC 相移振蕩器，確定電路所需的 Rf 值并確定振蕩頻率。

運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn) RC 相位振蕩器 我們知道振蕩的條件表示為 A = 29 其中 A 是放大器的后級(jí)，因此是反饋網(wǎng)絡(luò)增益，β = 1/29 = R3/Rf。 因此，Rf = 29 × R3 = 29 × 10 × 10 3 = 290 千歐姆 由于 R1 = R2 = R3 = R 和 C1 = C2 = C3 = C， 那么振蕩頻率為 f = 1/ (2 π RC √ 6) = 1/ (2 π × (10 × 10 3 ) × 0.01× 10 -6 × √ 6) = 6.5 千赫茲。

五、使用 FET（場效應(yīng)晶體管）相移振蕩器電路

1、使用 FET（場效應(yīng)晶體管）相移振蕩器電路

如下圖所示：

使用 FET（場效應(yīng)晶體管）相移振蕩器電路 這里，Rs 和 Cs 是連接在 FET 源極端子上的電阻和電容。 FET RC 相移振蕩器的振蕩頻率由下式給出： ? FET RC 相移振蕩器的振蕩頻率 ????它也可以表示為： ? FET RC 相移振蕩器的振蕩頻率 ??? N 指定連接在反饋相位網(wǎng)絡(luò)中的 RC 級(jí)數(shù)。2N 直接代入 6，因?yàn)?RC 級(jí)數(shù)固定為 3。在 RC 階段 > 3 的情況下，N 的值會(huì)發(fā)生變化。 頻率值可以通過改變電阻或電容的值來改變。 RC 電路的相位角可以表示為： A = tan-1(XC/R)

R 是電阻

X C = 1/2√fC

F是頻率

C是電容

單個(gè) RC 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生最大 90 °的相移。但是，RC 相移振蕩器需要與反饋相移至少 180 °。因此，在反饋中連接兩個(gè)或兩個(gè)以上的 RC 網(wǎng)絡(luò)以產(chǎn)生所需的相移。 讓我們討論三個(gè)電容和兩個(gè)電阻如何產(chǎn)生 180 °的相移。 每個(gè) RC 網(wǎng)絡(luò)的最小相移 = 60 ° 對于 180 °，所需的 RC 網(wǎng)絡(luò)為 180/60 = 3 因此，三個(gè) RC 網(wǎng)絡(luò)連接在反饋路徑中以產(chǎn)生 180 °相移。

2、使用 FET（場效應(yīng)晶體管）相移振蕩器電路 電路實(shí)例

在 FET（場效應(yīng)晶體管）相移振蕩器中，R1 = R2 = R3 = 2M 歐姆且 C1 = C2 = C3 = 80 p 法拉。確定電路將振蕩的頻率。 給定：R1 = R2 = R3 = R = 2M 歐姆 = 2 x 10 6歐姆 C1 = C2 = C3 = C = 34 pF = 80 x 10 -12法拉 可以使用下式給出的公式計(jì)算振蕩頻率： FET RC 相移振蕩器的振蕩頻率 ? F o = 10 6 / (2 x 3.1415 x 2 x 10 6 x 80 x 10 -12 x 2.449) F o = 10 6 / 2461.93 F o = 406.18 赫茲 因此，振蕩頻率為 406.18 Hz。

六、使用 BJT 的 RC 相移振蕩器電路

1、使用 BJT 的 RC 相移振蕩器電路

下圖為使用BJT的 RC 移相電路的完整電路圖。晶體管被認(rèn)為是 RC 相移振蕩器電路中放大級(jí)的有源元件。電阻 R、RC、RE、R1 和 Vcc 在上述電路中建立了一個(gè)有源區(qū)。CE 是這里的旁路電容。 這里的三個(gè) R 部分是相同的。偏置電阻值很大，因此不會(huì)影響交流操作。RE-CE 的組合提供了可以忽略不計(jì)的阻抗，這就是為什么它對交流操作沒有任何影響。集電極電阻限制晶體管集電極電流。發(fā)射器響應(yīng)提高了穩(wěn)定性。電容 Co 和 CE 是輸出去耦電容和發(fā)射極旁路電容。

使用 BJT 的 RC 相移振蕩器電路圖 接通電源后，振蕩開始。晶體管放大器上的小電流產(chǎn)生 180 °相移的電流。當(dāng)信號(hào)將通過反饋?zhàn)鳛檩斎胩峁┙o放大器時(shí)（關(guān)注公眾號(hào)--電路一點(diǎn)通），又會(huì)發(fā)生 180 °的相移。當(dāng)環(huán)路增益等于 1 時(shí)，將產(chǎn)生持續(xù)運(yùn)行。如果需要改變振蕩頻率，則應(yīng)改變 R 和 C 值，因?yàn)橹挥蓄l率振蕩會(huì)發(fā)生變化。

2、使用 BJT 的 RC 相移振蕩器電路示例

使用 BJT 的 RC 相移振蕩器電路 對于晶體管化 RC 振蕩器，選擇電容C 和晶體管 hfe 的值，以提供 2 KHz 振蕩器頻率，電阻 Rc=10KOhms，R=8KOhms

鑒于 Rc = 10 × 10 3赫茲 R = 8 × 10 3赫茲 f = 2 × 10 3赫茲

在相移振蕩器中，振蕩頻率由下式給出 f = 1/ (2 π RC √ ((4Rc / R) + 6)) 2 × 10 3 = 1/ (2 π × 8 × 10 3 C √ ((4 × 10 × 10 3 / 8 × 10 3 ) + 6)) C = 3.0 × 10 -9 F 或 0.003 μ F

晶體管增益的值由下式給出 hfe ≥ (4 Rc/R) + 23 + (29 R/Rc) hfe ≥ (4 × 10 × 10 3 / 8 × 10 3 ) + 23 + (29 × 8 × 10 3 / 10 × 10 3 ) hfe≥51.2 因此電容值為 C = 3.0 × 10-9 F 和 hfe = 51.2。

審核編輯：湯梓紅