RC橋式正弦波振蕩電路探析

李新

摘 要：RC橋式正弦波振蕩電路因振蕩頻率穩(wěn)定、輸出波形失真小，在測量、自動控制、通信等許多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。文章主要對RC橋式正弦波振蕩電路的選頻特性、穩(wěn)幅電路及調(diào)頻方法進(jìn)行了探析。

關(guān)鍵詞：RC橋式；振蕩電路；探析

引言

在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要一些不同類型的信號源，即信號發(fā)生電路，也叫振蕩電路，RC橋式正弦波振蕩電路因振蕩頻率穩(wěn)定、輸出波形失真小，在測量、自動控制、通信等許多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

1 RC橋式正弦波振蕩電路的組成

RC橋式正弦波振蕩電路由基本放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路組成，如圖1所示。基本放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是RC橋式正弦波振蕩電路的主要部分，選頻網(wǎng)絡(luò)只對一個頻率滿足振蕩條件，從而輸出單一頻率的正弦波，穩(wěn)幅環(huán)節(jié)用于穩(wěn)定振蕩電路的輸出幅度，改善波形，減小失真。[1]

2 RC橋式振蕩電路的選頻特性及振蕩條件

2.1 選頻特性

當(dāng)信號頻率很低時，電容C的容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻R的阻值，RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)可近似等效為圖2所示電路。

極限情況下，當(dāng)頻率等于零時，電容C的容抗為無窮大，電路中的電流為0，uf=0，圖2所示電路可進(jìn)一步看成純電容電路，因純電容電路的電流比電壓超前90°，純電阻電路的電流和電壓同相位，所以uf比uo超前90°。

當(dāng)頻率由0逐漸升高時，由圖2可知，uf升高，uf與uo之間的相位差減小。

當(dāng)信號的頻率很高時，電容C的容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電阻R的阻值，RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)可近似等效為圖3所示電路。

極限情況下，當(dāng)頻率等于無窮大時，電容C的容抗為0，uf=0，圖3所示電路可進(jìn)一步看成純電阻電路，因純電阻電路的電流和電壓同相位，純電容電路的電壓比電流滯后90°，所以uf比uo滯后90°。

當(dāng)頻率由無窮大逐漸減小時，由圖3可知，uf升高，uf與uo之間的相位差減小。

由上述兩種情況可知，當(dāng)電路頻率由零升高到無窮大時，uf與uo之間的相位差由+90°連續(xù)變化到-90°，uo先增大再減小，因此其中一定有一個頻率f0存在，當(dāng)f=f0時，uf最大，且uf與uo之間的相位差等于零。

3.2 振蕩條件

理論分析可得f0=1/2πRC，當(dāng)f=f0時，F(xiàn)=Uf/Uo=1/3。因振蕩的幅值條件AF=1，所以A=3。

所以當(dāng)電路滿足RF=2R1時，電路可輸出頻率f0=1/2πRC的正弦波信號。

4 RC橋式正弦波振蕩電路的穩(wěn)幅

當(dāng)RC振蕩器接通電源后，由于信號開始時非常微弱，為了順利起振，應(yīng)使AF>1，即A>3，但這樣一來，經(jīng)放大和反饋后輸出電壓就會不斷升高，放大器就會進(jìn)入非線性區(qū)，最終無法得到正弦波信號，為此電路中可接入一個具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RF，如圖1所示，且RF>2R1。當(dāng)振蕩器的輸出幅值增大時，流過RF的電流增加，其阻值自動減小，放大器的放大倍數(shù)減小，從而抑制輸出幅值的增長，直到AF=1，振蕩器的輸出幅值趨于穩(wěn)定。[2]

除用熱敏電阻進(jìn)行穩(wěn)幅外，還可以用二極管作穩(wěn)幅元件，如圖4所示。將負(fù)反饋電阻Rf分為Rf1和Rf2，Rf2并聯(lián)二極管，起振時D1、D2不導(dǎo)通，（Rf1+Rf2）略大于2R1。隨著uo的增加，D1、D2逐漸導(dǎo)通，Rf2被短接，放大器的放大倍數(shù)自動下降，從而起到穩(wěn)幅作用。

5 RC橋式正弦波振蕩電路的調(diào)頻

為了能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)振蕩頻率，電阻R常采用可調(diào)電阻器，電容C的電容量用轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。[3]如圖5所示，RC橋式正弦波振蕩電路振蕩頻率的調(diào)節(jié)可分為粗調(diào)和細(xì)調(diào)，雙聯(lián)開關(guān)K切換R，用于粗調(diào)振蕩頻率，雙聯(lián)可調(diào)電容C，用于細(xì)調(diào)振蕩頻率。

6 結(jié)束語

掌握了RC橋式正弦波振蕩電路的選頻、調(diào)頻及穩(wěn)幅原理，在實(shí)際中不僅為維修電路提供理論依據(jù)，還可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)電路。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇士美.模擬電子技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2007：161.

[2]袁明文，謝廣坤.電子技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2013：101.

[3]曹建林.電工學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2008：176.