RC桥式正弦波振荡电路探析

李新

摘 要：RC桥式正弦波振荡电路因振荡频率稳定、输出波形失真小，在测量、自动控制、通信等许多领域中得到广泛的应用。文章主要对RC桥式正弦波振荡电路的选频特性、稳幅电路及调频方法进行了探析。

关键词：RC桥式；振荡电路；探析

引言

在实际应用中，常常需要一些不同类型的信号源，即信号发生电路，也叫振荡电路，RC桥式正弦波振荡电路因振荡频率稳定、输出波形失真小，在测量、自动控制、通信等许多领域中得到广泛的应用。

1 RC桥式正弦波振荡电路的组成

RC桥式正弦波振荡电路由基本放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路组成，如图1所示。基本放大电路和正反馈网络是RC桥式正弦波振荡电路的主要部分，选频网络只对一个频率满足振荡条件，从而输出单一频率的正弦波，稳幅环节用于稳定振荡电路的输出幅度，改善波形，减小失真。[1]

2 RC桥式振荡电路的选频特性及振荡条件

2.1 选频特性

当信号频率很低时，电容C的容抗远远大于电阻R的阻值，RC串并联选频网络可近似等效为图2所示电路。

极限情况下，当频率等于零时，電容C的容抗为无穷大，电路中的电流为0，uf=0，图2所示电路可进一步看成纯电容电路，因纯电容电路的电流比电压超前90°，纯电阻电路的电流和电压同相位，所以uf比uo超前90°。

当频率由0逐渐升高时，由图2可知，uf升高，uf与uo之间的相位差减小。

当信号的频率很高时，电容C的容抗远远小于电阻R的阻值，RC串并联选频网络可近似等效为图3所示电路。

极限情况下，当频率等于无穷大时，电容C的容抗为0，uf=0，图3所示电路可进一步看成纯电阻电路，因纯电阻电路的电流和电压同相位，纯电容电路的电压比电流滞后90°，所以uf比uo滞后90°。

当频率由无穷大逐渐减小时，由图3可知，uf升高，uf与uo之间的相位差减小。

由上述两种情况可知，当电路频率由零升高到无穷大时，uf与uo之间的相位差由+90°连续变化到-90°，uo先增大再减小，因此其中一定有一个频率f0存在，当f=f0时，uf最大，且uf与uo之间的相位差等于零。

3.2 振荡条件

理论分析可得f0=1/2πRC，当f=f0时，F=Uf/Uo=1/3。因振荡的幅值条件AF=1，所以A=3。

所以当电路满足RF=2R1时，电路可输出频率f0=1/2πRC的正弦波信号。

4 RC桥式正弦波振荡电路的稳幅

当RC振荡器接通电源后，由于信号开始时非常微弱，为了顺利起振，应使AF>1，即A>3，但这样一来，经放大和反馈后输出电压就会不断升高，放大器就会进入非线性区，最终无法得到正弦波信号，为此电路中可接入一个具有负温度系数的热敏电阻RF，如图1所示，且RF>2R1。当振荡器的输出幅值增大时，流过RF的电流增加，其阻值自动减小，放大器的放大倍数减小，从而抑制输出幅值的增长，直到AF=1，振荡器的输出幅值趋于稳定。[2]

除用热敏电阻进行稳幅外，还可以用二极管作稳幅元件，如图4所示。将负反馈电阻Rf分为Rf1和Rf2，Rf2并联二极管，起振时D1、D2不导通，（Rf1+Rf2）略大于2R1。随着uo的增加，D1、D2逐渐导通，Rf2被短接，放大器的放大倍数自动下降，从而起到稳幅作用。

5 RC桥式正弦波振荡电路的调频

为了能在一定范围内调节振荡频率，电阻R常采用可调电阻器，电容C的电容量用转换开关进行调节。[3]如图5所示，RC桥式正弦波振荡电路振荡频率的调节可分为粗调和细调，双联开关K切换R，用于粗调振荡频率，双联可调电容C，用于细调振荡频率。

6 结束语

掌握了RC桥式正弦波振荡电路的选频、调频及稳幅原理，在实际中不仅为维修电路提供理论依据，还可以根据需要设计电路。

参考文献

[1]苏士美.模拟电子技术[M].北京：人民邮电出版社，2007：161.

[2]袁明文，谢广坤.电子技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2013：101.

[3]曹建林.电工学[M].北京：高等教育出版社，2008：176.