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        RC橋式正弦波振蕩電路探析

        2014-07-09 13:42:09李新
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年20期
        關(guān)鍵詞: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(cè)量、自動(dòng)控制、通信等許多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。文章主要對(duì)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(hào)源,即信號(hào)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(cè)量、自動(dòng)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?;痉糯箅娐泛驼答伨W(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(duì)一個(gè)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(hào)頻率很低時(shí),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(shí),電容C的容抗為無(wú)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u(píng)f比uo超前90°。

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

        當(dāng)信號(hào)的頻率很高時(shí),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(wú)窮大時(shí),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u(píng)f比uo滯后90°。

        當(dāng)頻率由無(wú)窮大逐漸減小時(shí),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(wú)窮大時(shí),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(gè)頻率f0存在,當(dāng)f=f0時(shí),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(shí),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(shí),電路可輸出頻率f0=1/2πRC的正弦波信號(hào)。

        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(hào)開(kāi)始時(shí)非常微弱,為了順利起振,應(yīng)使AF>1,即A>3,但這樣一來(lái),經(jīng)放大和反饋后輸出電壓就會(huì)不斷升高,放大器就會(huì)進(jìn)入非線性區(qū),最終無(wú)法得到正弦波信號(hào),為此電路中可接入一個(gè)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(shí),流過(guò)RF的電流增加,其阻值自動(dòng)減小,放大器的放大倍數(shù)減小,從而抑制輸出幅值的增長(zhǎng),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(shí)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(dòng)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(kāi)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(kāi)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(yǔ)

        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.

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