RC 相移振荡器

相移振荡器是产生正弦波输出的线性电子振荡器。相移振荡器由一个输入放大器和一个反馈路径组成，如下图所示

这是一个相移振荡器的简单图。RC 振荡器在反馈路径中具有 R 和 C 作为相移网络，该网络被反馈到输入端。RC 相移振荡器是一个反馈振荡器，具有作为反馈因子的相移。RC 表示 R（电阻器）和 C（电容器）的组合，它们在振荡器输出中产生相移。它通常用于音频频率范围。

RC 振荡器的组件是反相放大器（晶体管和运算放大器）、电阻器和电容器以梯形形式排列。反相放大器具有多种优势，例如有限增益和有限输入阻抗。放大器提供 180 度的相移，相移网络也提供 180 度的相移。RC 振荡器利用这两个组件提供的相移。

相移 = 180（放大器）+ 180（反馈）

相移 = 360 度

相移 = 360 度 = 0 度

因此，它有助于振荡器提供正反馈。

RC 相移振荡器的振荡频率为

F_o = 1/[2? (6 + 4 R_C/R)]

我们也可以考虑使用 FET（场效应晶体管）代替放大器的 RC 相振荡器，如下图所示

这里，Rs 和 Cs 是连接到 FET 源端子的电阻器和电容器。

FET RC 相移振荡器的振荡频率由下式给出

它也可以表示为

其中，

N 指定连接在反馈相位网络中的 RC 级数。由于有固定的 3 个 RC 级，因此将 2N 直接替换为 6。在 RC 级 > 3 的情况下，N 的值会发生变化。

可以通过改变电阻器或电容器的值来改变频率值。

RC 电路的相角可以表示为

A = tan^-1(X_C/R)

其中，

R 是电阻

X_C = 1/2?fC

F 是频率

C 是电容

单个 RC 网络产生的最大相移为 90 度。但是，RC 相移振荡器需要至少来自反馈的 180 度相移。因此，将两个或两个以上的 RC 网络连接在反馈中以产生所需的相移。

让我们讨论一下三个电容器和两个电阻如何产生 180 度的相移。

每个 RC 网络的最小相移 = 60 度

对于 180 度，所需的 RC 网络为 180/60 = 3

因此，将三个 RC 网络连接在反馈路径中以产生 180 度相移。

运算放大器实现的相移振荡器

使用运算放大器实现的 RC 相位振荡器如下图所示

它有三个电容器和四个电阻。如果假设电阻器 R1 = R2 = R3 = R 和电容器 C1 = C2 = C3 = C 的值，则计算会变得很容易。振荡频率可以表示为

振荡准则为

R_fb = 29. R

其中，

R_fb 是反馈电阻器

上述条件是通过考虑所有电阻等于 R 且负反馈中的电阻器除外来假设的。

否则，计算相当复杂。现在，振荡频率可以表示为

F_o = 1/2π (R₂R₃ (C₁C₂ + C₁C₃ + C₂C₃) + R₁R₃ (C₁C₂ + C₁C₃) + R₁R₂C₁C₂)^1/2

单个运算放大器电路需要高增益（约 30）才能平衡连接在反馈中的电阻器和电容器的梯形网络。高增益有助于维持振荡。如果 RC 网络稳定，则约 10 的增益就足以用于振荡器。我们还可以在电路中的每个 RC 网络中插入一个缓冲器。它防止负载并且不会干扰振荡。

优点

相移振荡器的优点如下

• 它不需要使用变压器或电感器。
• 它在很宽的频率范围内提供出色的频率稳定性。
• 它可用于低频。
• 它具有简单的电路，参数很少。
• 由于正弦波，输出产生的失真非常小。
• 与其他电子振荡器相比，它价格便宜。

上述优点允许 RC 相移振荡器在各种应用中使用，例如乐器和 GPS（全球定位系统）单元。

缺点

相移振荡器的缺点如下

• 由于反馈很小，电路有时很难开始产生振荡。
• 较小的反馈进一步产生较小的输出。

数值例子

让我们讨论一个基于 RC 相移振荡器的例子。

示例：在 FET（场效应晶体管）相移振荡器中，R1 = R2 = R3 = 2M 欧姆，C1 = C2 = C3 = 80 p 法拉。查找电路振荡的频率。

解决方案

给定：R1 = R2 = R3 = R = 2M 欧姆 = 2 x 10⁶ 欧姆

C1 = C2 = C3 = C = 34 pF = 80 x 10^-12 法拉

可以使用以下公式计算振荡频率

F_o = 10⁶ / (2 x 3.1415 x 2 x 10⁶ x 80 x 10^-12 x 2.449)

F_o = 10⁶/ 2461.93

F_o = 406.18 Hz

因此，振荡频率为 406.18 Hz。