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rc串并联正弦波振荡电路,正弦波振荡电路的起振条件

张世龙 05-13 11:03 18次浏览

上一节利用比较器分析了产生方波和正弦波的电路,本质上是在电容器充放电的延迟时间之后利用比较器产生电平反转。 本节分析的正弦波发生电路的发生原理不同。

1 )振动产生原理

正弦波产生电路,原理如下图所示。

由放大电路、反馈电路构成,形成电路,从放大电路的输出作为电路的总输出。

通常,放大电路和反馈电路要求在一个电路中进行放大之后,增益大于1,且具有一定的延迟。 增益大于1时,可以放大外部干扰或电路自身初始的不稳定信号,得到初始激励; 在通过延迟而改变相位之后,当满足延迟整数倍的周期的信号返回到放大器电路a时,信号被再次放大,且相同相位的信号被正反馈。 这个过程可以看作是电路对频率的选择作用,因此称为频率选择网络; 这样循环下去,特定频率的信号振幅越来越大,最终稳定,起到自行振荡的作用。

2 ) RC正弦波振荡电路

原理如下图所示。

图中,左侧的RC在充放电时使信号产生延迟,构成频率选择网络; 右侧的放大器形成同相比例放大电路。

列出频率选择网络部分的wxdpy方程。

当=1/RC时,要求幅度频率响应最大,反馈系数Fmax=1/3,相位频率响应为0。

即,如果取=1/RC,则输出电压振幅最大,没有相位差; 在这种情况下,Vf=Vo/3,也就是说,为了使放大电路将Vf放大3倍得到Vo,得到稳定的振荡,图中的Rf需要选择为R1的2倍。

以上是振荡稳定的状态,频率选择后的信号不会放大。 但是,在实际的工序中,为了将电路设计为能够初期振荡,需要将放大电路的放大率设定为大于3,一步一步地放大从初期的噪声中通过频率选择网络选择出的波形,一般放大率越大越容易振荡。

但是,从理论分析来看,倍率大于3时,不稳定,信号振幅越来越大。 在达到运算放大器输出的最大值之前,会发生非线性失真。 在这种情况下,信号不是标准正弦波。

模拟电路图如下。

这里的倍率为33/10,比3稍大,可以引起振动; 但是,最终稳定的波形有失真,可以看出不是标准的正弦波。

要减少失真,请减小倍率。 将倍率设定为3.1时,失真变小,如下图所示。

但是,倍率变小的话,振动稳定的时间就会变长。 而且应变总是存在的,仅靠缩小是无法消除的。

使用非线性设备是减小失真直到几乎消失的一种方法。 如下图所示,添加2个二极管。

该电路在振荡后不久输出振幅小,经由电阻分压为二极管的电压也小,二极管不导通,因此放大率大于3; 一定时间后,输出振幅增大后,如果二极管能够导通,则放大率减小; 倍率为3时达到平衡,振荡波形稳定。 这样输出的波形是接近标准的正弦波。

由于运算放大器带宽的限制,由一般的RC和运算放大器构成的该电路适合仅在产生频率低的正弦波、例如1MHz以下的情况下使用。

PS :使用multsim仿真软件时,记录出厂时选择“5终端开放模型”类型设备的小技巧。 选择“3 Terminal Opamp Model”运算放大器时,不受电源限制,输出振幅可能超过电源范围。

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