RC移相振荡器电路构成及相移量估算方法

在要求电路的振荡频率比较低时，如果采用LC振荡器，L和C的数值就要非常大。从各角度看这都是不值得的，所以在产生200kHz以下的正弦波时，一般都采用RC振荡器。

图3-38 串联型石英晶体振荡器

a）振荡电路 b）结构框图

1.RC移相振荡器

晶体管的共发射极放大电路，集电极输出电压与基极输入信号反相，如果将集电极信号再反相之后送回基极，就可以构成正反馈，形成自激振荡。本书第五章描述的双晶体管多谐振荡电路就是这样构成的。如果需要正弦波信号，倒相电路中就不能用单只晶体管，要用具有选频功能的移相电路。

（1）RC移相网络的频率特性。RC移相网络的电路如图3-39所示。其中，图3-39a是RC超前移相网络，图3-39b是RC滞后移相网络。两电路构成是一样的，只不过输出电压取点不同，超前取自电阻，滞后取自电容。下面以超前移相网络为例来分析它的相位变化。

图3-39 RC移相网络

a）RC超前移相网络 b）RC滞后移相网络

在图3-39a所示的RC超前移相网络中，输出电压的相位超前输入电压，其相位差ϕ随信号的频率而发生变化。当频率很低时，输出电压超前输入电压约90°，但这时输出电压的幅度近似为0；当频率很高时，输出电压和输入电压相位相同；当信号的频率在这两者之间变化时，输出电压超前输入电压的相位在0～90°之间变化。但在一节RC移相网络中90°的相移对应频率为0Hz时，且输出电压为0V，所以在实际中没有意义。

如果有两个这样的RC超前移相网络连在一起，在不同频率的信号下，就有可能产生0～180°之间的相移，同样将三节连在一起就可以产生0～270°的相移。所以，若在某一频率下要产生180°的相移，至少要有三节这样的移相网络。

（2）RC移相式振荡器。图3-40是RC移相振荡器的电路图。

图3-40 RC移相振荡器电路

对于图3-40所示的RC电路的相移功能可在信号发生器的配合下用双踪示波器分节检测，估算每节RC电路的相移量。从示波器屏幕上检测显示的波形与图2-13所示的波形相似。RC超前移相网络的输出波形超前输入波形，RC滞后移相网络的输出波形滞后输入波形。

RC滞后移相网络除了输出电压滞后输入电压以外，其他与超前移相网络相同，这里不再赘述。(www.xing528.com)

在本电路中，晶体管VT和它的偏置电路构成共发射极放大器，产生180°的相移；R₁C₁、R₂C₂、C₃和放大器的输入电阻构成三级RC移相网络，对某一特定频率的信号也产生180°的相移，使电路满足振荡所需的相位条件。因此只要放大器有足够的放大能力，就能自行产生振荡。

实践证明，当晶体管的β太小时，电路不能起振，太大时输出波形失真严重，所以β要选得合适。这种电路的振荡频率为

2.RC桥式振荡器

（1）RC串并联网络。RC串并联网络的电路如图3-41a所示，输入信号由1、3端输入，输出信号由2、4端输出。分析这个网络的输出信号与输入信号幅度的关系，可得到如图3-41b所示的RC串并联网络的幅频特性曲线。分析输出信号与输入信号相位的关系可得到如图3-41c所示的RC串并联网络的相频特性曲线。

图3-41 RC串并联网络

a）RC串并联网络 b）RC串并联网络的幅频特性 c）RC串并联网络的相频特性

从RC串并联网络的幅频特性曲线中可以看出，当频率为某一数值f₀时，输出电压最大，且输出电压与输入电压的比值是1/3；从相频特性曲线可以看出，在当输入信号的频率从零到无穷大变化时，输出电压与输入电压的相位差在-90°～90°之间变化；当频率为f₀时，相位差为0°。所以RC串并联网络当频率为f₀时输出幅度最大，且输出与输入同相，当R₁=R₂=R且C₁=C₂=C时，频率f₀为

（2）RC桥式振荡器。图3-42为RC桥式正弦波振荡器的电路原理和结构框图。

这个电路的放大电路是由VT₁和VT₂组成的两级阻容耦合放大器，选频和反馈网络由RC串并联网络构成。两级共发射极放大器的相移为360°，串并联网络在频率为f₀时的相移为0，满足振荡的相位条件，而其他频率时相移不为0，则不能满足振荡的相位条件。

图3-42 RC桥式正弦波振荡器

a）电路原理 b）结构框图

由于在f₀时反馈网络输出电压与输入电压的比值是1/3，即F_u=1/3。若要满足振荡的振幅条件，则A_u=3即可。放大部分是由两级放大器组成的，其放大倍数很大，会造成输出失真和振幅不稳。这时在电路中引入由R_F形成的负反馈，来改善波形和稳定振荡的幅度。