RC正弦波振荡电路的优化设计

RC桥式正弦波振荡电路一般用来产生一赫兹到数百千赫兹的低频信号，常用的低频信号源大多采用这种电路形式.

下面介绍RC文氏桥式正弦波振荡电路.

在文氏桥式正弦波电路中，主要采用了RC串并联网络作为选频网络和反馈网络，故又称为串并联网络振荡电路.

1.电路组成

图6-13为RC文氏桥式正弦波电路的原理图，它是由选频电路和同相比例运算电路组成的.其中集成运放是放大电路，R3和Rf构成负反馈支路.上述两个反馈支路正好形成四臂电桥，故称之为文氏桥式正弦波电路.

图中Rf和R3构成负反馈电路，可降低并稳定放大器的电压放大倍数，这不仅可改善输出波形失真，而且能使振荡电路工作稳定.R1、C1、R2、C2组 成一个RC串 并联网络，这个网络既作为选频网络，又作为正反馈网络.

2.RC串并联网络的选频特性

图6-13　RC文氏桥式正弦波电路

图6-14是由R1C1和R2 C2组成的串并联网络的电路图，其中Uo为输入电压，Uf为输出电压.现先来分析该网络的频率特性.

当输入信号的频率较低时，由于满足≫R1≫R2，不难看到，信号频率越低， 值越大，输出信号Uf的幅值越小，且比的相位超前.在频率接近零时，趋近于零，相移超前接近＋.

图6-14　RC串并联电路

当信号频率较高时，由于满足≪R1≪R2，而且信号频率越高值越小，输出信号的幅值也越小，且U·f比U的相位越滞后.在频率趋近于无穷大时，｜趋近于零，相移滞后接近-.

综上所述，当信号的频率降低或升高时，输出信号的幅度都要减小，而且信号频率由接

近零向无穷大变化时，输出电压的相移由＋向-变化.不难发现，在中间某一频率时，输出电压幅度最大，相移为零.

下面定量分析RC串并联电路的频率特性.

由图6-14可以推导出它的频率特性，通常取R1=R2=R，C1=C2=C，则

令f0=，由上式变为

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幅频特性为

当f=f0=时，反馈系数F的幅值最大，最大值为

即当f=f0=时，输出电压的幅值最大，为最大输入电压的，同时输出电压与输入电压同相.RC串并联选频网络的幅频特性和相频特性分别示于图6-15（a）、（b）中.

图6-15　RC串并联选频网络的频率特性

3.电路的起振条件及振荡频率

由图6-13所示的RC桥式振荡电路可见，放大电路的输出电压与输入电压同相，工作于中频率时，φA=0.放大电路的输入电压为RC选频网络的输出电压， 它是输出电压U 的一部分.当f=f0=时，同相，即φF=0，这样，φF＋φA=0，满足相位平衡条件.而对其他频率成分不满足相位平衡条件.同时，在该频率上，反馈电压U·f具有最大值，反馈最强.因此，该电路的自激振荡频率为f0，保证了电路的输出为单一频率的正弦波.

为了满足起振的幅度平衡条件，还要求｜AF｜＞1.

因同相比例电路的电压放大倍数为

由A＞3可获得电路的起振条件为

Rf＞2R3

振荡频率为

4.负反馈支路的作用

由于电源电压的波动电路参数的变化，特别是环境温度的变化，将使输出幅度稳定.为此，一般在电路中引入负反馈，以便减小非线性失真，改善输出波形.图6-13电路中，Rf和R3构成电压串联负反馈支路.调整Rf值可以改变电路的放大倍数，使放大电路工作在线形区，以减小波形失真.