频率比较低的振荡器,如果采用LC选频,需要L和C的参数非常大,大电感L和大电容C的体积、重量都很大,所以200kHz以下的正弦波振荡器一般都采用RC网络选频。RC电路传输正弦波时对波形没影响,只影响相位。
1.RC移相振荡器晶体管放大电路的集电极电压与基极输入信号反相,若用选频网络使集电极信号中某个频率信号再反相后送回基极,就可以构成选频正反馈,形成正弦波自激振荡。
如图3-83所示,电阻、电容串联就可构成RC移相电路,其中图3-83a输出电压取自电阻是超前移相网络,图3-83b输出电压取自电容是滞后移相网络。
图3-83 RC移相网络
图3-84所示为带直流正弦波信号通过RC超前移相网络的前后波形对照。
因电容的隔直作用,RC超前移相网络会使信号失去直流成分,但对正弦波的波形没影响,只是相位前移90°(即π/4)。若输入正弦波不带直流,通过RC超前移相网络的变化如图3-85所示。
图3-84 带直流正弦波信号通过RC超前移相网络的前后波形对照
注:上图为通过之前;下图为通过之后的变化。
图3-85 不带直流正弦波信号通过RC超前移相网络的前后波形对照
注:上图为通过之前;下图为通过之后的变化。
图3-86所示为带直流正弦波通过RC滞后移相网络的前后波形对照。
RC滞后移相网络对正弦波形以及叠加的直流都没影响,只是相位后移90°(即π/4)。图3-87所示为不带直流的正弦波通过RC滞后移相网络的前后波形对照
图3-86 带直流正弦波通过RC滞后移相网络的前后波形对照
注:上图为通过之前;下图为通过之后的变化。
图3-87 不带直流正弦波通过RC滞后移相网络的前后波形对照
注:上图为通过之前;下图为通过之后的变化。
RC滞后移相网络对不带直流正弦波形也没影响,仍是相位后移90°(即π/4)。
图3-83所示的RC移相网络,输出电压相对输入电压的最大相位为±90°。若将3节RC移相网络连接就可以产生0~±270°的相移。在这个范围内相对某一频率就可产生180°的相移。图3-88所示是使用3节RC超前移相网络构成的正弦波振荡器电路。
晶体管VT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3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。
图3-88 RC移相振荡电路
对于图3-88中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。(www.daowen.com)
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
【边学边练】
1)准备下述元器件:9013晶体管1只(VT)、0.lμF电容4只(C1、C2、C3、CE)、6.8kΩ.电阻3只(R1,、R2、RB2)、200kΩ,电位器1只(RB1)、2kΩ电阻2只(Rc、RE)。
2)参照图3-88电路和实验板的结构,在纸上设计元器件的位置和接线。
3)按设计的分布位置,把各元器件焊在电路板上,并焊接导线。
4)检查无误后,将电位器旋至阻值最大端,给实验电路通电(6V),打开示波器预热备用(垂直灵敏度为0.5V/格、扫描时间为Ims/格)。
5)把示波器设置为交流(AC)输入方式,探头接在VT的集电极与地之间。用万用表直流电压挡监测晶体管的UCE,缓慢调节电位器,同时观察万用表和示波器屏幕,按情况做如下处理:
①示波器屏幕上出现正弦波形,再适当调一点电位器,使波形幅度稍大些后停止电位器调整,转入第6项内容。
②万用表指示的UCE超过4V,示波器屏幕上仍无正弦波出现时,要停止电位器调节。关闭电源,撤掉示波器和万用表,检查实验电路的元器件排布与焊接的错误。排除故障后再重新加电测试。
6)调节示波器的触发同步旋钮,使显示波形稳定不动,利用屏幕上的标尺刻度,测算波形的峰值和振荡周期。
7)适当调节电位器,观察波形的变化。
8)用万用表监测晶体管的UBE,用镊子将C1短路,对照UBE在两种状态的量值变化
2.RC桥式振荡器
RC串、并联网络如图3-89a所示,输入信号由1、3端输入,输出信号由2、4端输出。RC串、并联网络的幅频特性曲线如图3-89b所示,相频特性曲线如图3-89c所示。
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°。
图3-89 RC串、并联网络
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
图3-90 所示为RC桥式振荡器的电路图和框图。
图3-90 RC桥式正弦波振荡器电路的构成
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。
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Fu=1/3,若要满足振荡的振幅条件,则Au=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RF形成的负反馈,来改善波形和稳定振荡的幅度。
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