RC振蕩器使用放大器和RC網(wǎng)絡(luò)的組合，由于各級之間的相移而產(chǎn)生振蕩

在放大器教程中我們看到單級晶體管放大器可以產(chǎn)生當(dāng)以A類型配置連接時，輸出和輸入信號之間的相移為180 o

對于振蕩器無限期地維持振蕩，正確相位的充分反饋，必須提供“正反饋”以及用作反相級的晶體管放大器來實(shí)現(xiàn)這一目的。

在RC振蕩器電路中，輸入移位180 o 通過放大器階段和180 o 再次通過第二個反相階段給出“180 o +180 o =相移的360 o “實(shí)際上與0 o 相同，從而給出了所需的正反饋。換句話說，反饋環(huán)路的相移應(yīng)為“0”。

在電阻 - 電容振蕩器或簡稱RC振蕩器中，例如，我們利用反饋支路中的RC元件，在RC網(wǎng)絡(luò)的輸入和同一網(wǎng)絡(luò)的輸出之間發(fā)生相移這一事實(shí)。

RC相移網(wǎng)絡(luò)

左邊的電路顯示一個電阻 - 電容網(wǎng)絡(luò)，其輸出電壓“超前”輸入電壓某個角度小于90 o 。一個理想的單極RC電路會產(chǎn)生90° o 的相移，并且因?yàn)檎袷幮枰?80° o 相移，所以至少需要兩個單極用于 RC振蕩器設(shè)計(jì)。

然而實(shí)際上很難準(zhǔn)確地獲得相移的90° o ，因此使用了更多的階段。電路中的實(shí)際相移量取決于電阻和電容的值，并且選擇的相位角（Φ）的振蕩頻率如下：

RC相角

其中：X C 是電容的電抗反應(yīng)電容器，R是電阻器的電阻，?是頻率。

在上面的簡單示例中， R 和 C 的值有選擇使得在所需頻率下輸出電壓使輸入電壓超過約60 o 的角度。然后，每個連續(xù)RC部分之間的相角增加另外60 o ，給出180 o 的輸入和輸出之間的相位差（3 x 60 o ）如下面的矢量圖所示。

矢量圖

然后通過將三個這樣的RC網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接在一起，我們可以在所選擇的頻率下在180 o 的電路中產(chǎn)生總相移，這形成了“相移振蕩器”的基礎(chǔ)，也稱為RC振蕩器電路。

我們知道在使用雙極晶體管或運(yùn)算放大器的放大器電路中，它會在輸入和輸出之間產(chǎn)生180° o 的相移。如果在放大器的輸入和輸出之間連接三級RC相移網(wǎng)絡(luò)，則再生反饋所需的總相移將變?yōu)? x 60 o + 180 o = 360 o 如圖所示。

三個RC階段是級聯(lián)的一起獲得穩(wěn)定振蕩頻率所需的斜率。當(dāng)每級的相移為-60 o 時，反饋回路相移為-180 o 。當(dāng)ω=2π?= 1.732 / RC （ tan 60 o = 1.732 ）時會發(fā)生這種情況。然后在RC振蕩器電路中實(shí)現(xiàn)所需的相移是使用多個RC相移網(wǎng)絡(luò)，例如下面的電路。

基本RC振蕩器電路

基本RC振蕩器，也稱為相移振蕩器，產(chǎn)生正弦波使用從電阻器 - 電容器組合獲得的再生反饋的輸出信號。來自 RC 網(wǎng)絡(luò)的再生反饋是由于電容器存儲電荷的能力（類似于LC振蕩電路）。

該電阻 - 電容反饋網(wǎng)絡(luò)可以如上所示連接以產(chǎn)生超前相移（相位超前網(wǎng)絡(luò)）或互換以產(chǎn)生滯后相移（相位延遲網(wǎng)絡(luò)），結(jié)果仍然與正弦波振蕩相同，僅發(fā)生在整體頻率處相移為360 o 。

通過改變相移網(wǎng)絡(luò)中的一個或多個電阻器或電容器，可以改變頻率，通常這可以通過保持電阻相同并使用3組可變電容器。

如果相移網(wǎng)絡(luò)中的所有電阻 R 和電容 C 如果值相等，那么RC振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率如下：

其中：

<跨度>? r 是以赫茲為單位的輸出頻率

R 是以歐姆為單位的電阻

C 是法拉的電容

N 是 RC 階段的數(shù)量。 （N = 3）

由于RC振蕩器電路中的電阻 - 電容組合也可用作衰減器，從而產(chǎn)生總衰減在三個階段中， -1 / 29th （Vo / Vi =β），放大器的電壓增益必須足夠高，以克服這些RC損耗。因此，在我們上面的三級RC網(wǎng)絡(luò)中，放大器增益必須相等，或者大于 29 。

放大器在反饋網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)載效應(yīng)有一個對振蕩頻率的影響可能導(dǎo)致振蕩器頻率比計(jì)算值高出25％。然后反饋網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該從高阻抗輸出源驅(qū)動并饋入低阻抗負(fù)載，例如共發(fā)射極晶體管放大器，但更好的是使用運(yùn)算放大器，它完全滿足這些條件。

運(yùn)算放大器RC振蕩器

當(dāng)用作RC振蕩器時，運(yùn)算放大器RC振蕩器比它們的雙極晶體管更常見。振蕩器電路由負(fù)增益運(yùn)算放大器和三段 RC 網(wǎng)絡(luò)組成，產(chǎn)生180 o 相移。相移網(wǎng)絡(luò)從運(yùn)算放大器輸出連接回其“反相”輸入，如下所示。

運(yùn)算放大器RC振蕩器電路

當(dāng)反饋連接到反相輸入時，運(yùn)算放大器因此以其“反相放大器”配置連接，產(chǎn)生所需的180 o 相移，而 RC 網(wǎng)絡(luò)以所需頻率產(chǎn)生另一個180 o 相移（180 o + 180 o ）。

盡管可以僅將兩個單極 RC 級組合在一起，以提供所需的180° o 相移（90 o + 90 o ），振蕩器在低頻時的穩(wěn)定性通常很差。

RC振蕩器最重要的特性之一是它的頻率穩(wěn)定性是在不同負(fù)載條件下提供恒定頻率正弦波輸出的能力。通過級聯(lián)三個甚至四個 RC 級（4 x 45 o ），可以大大提高振蕩器的穩(wěn)定性。

通常使用具有四級的RC振蕩器，因?yàn)橥ǔ？捎玫倪\(yùn)算放大器采用四IC封裝，因此設(shè)計(jì)相對于彼此具有45°相移的4級振蕩器相對容易。

RC振蕩器穩(wěn)定并提供形狀良好的正弦波輸出，其頻率與 1 / RC 成比例，因此頻率范圍更寬使用可變電容器時是可能的。然而，RC振蕩器僅限于頻率應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兊膸捪拗颇軌蛟诟哳l下產(chǎn)生所需的相移。

RC振蕩器示例No1

A 3級RC相移振蕩器需要產(chǎn)生 6.5kHz 的振蕩頻率。如果在反饋電路中使用 1nF 電容，則計(jì)算頻率確定電阻的值和維持振蕩所需的反饋電阻值。同時繪制電路。

給出相移RC振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)公式為：

該電路應(yīng)為3級RC振蕩器，因此由相同的電阻和3個相等的 1nF 電容組成。由于振蕩頻率為6.5kHz，電阻值計(jì)算如下：

運(yùn)算放大器增益必須等于29才能維持振蕩。振蕩電阻的電阻值10kΩ，因此運(yùn)算放大器反饋電阻 R f 的值計(jì)算如下：

RC振蕩器運(yùn)算放大器電路

在下一個關(guān)于振蕩器的教程中，我們將研究另一種稱為Wien橋振蕩器的RC振蕩器，它使用電阻和電容作為其振蕩電路來產(chǎn)生低頻正弦波形。