文档介绍：高频电子线路课程设计报告
设计课题: RC相移振荡器

专业班级: 电子信息工程 1002班
学生姓名:
指导教师:
设计时间: 2012/12/10 — 2012/12/14

RC相移振荡器
摘要:通过对RC相移振荡器参数计算,初步熟-悉并掌握其设计方法。本电路主要由电阻、电容、放大器三部分组成。RC相移振荡器输出频率不仅与移相元件参数有关,还与反馈电阻元件有关。
关键词:RC相移电路;RC相移振荡器;振荡条件;振荡频率
引言:振荡器包括RC振荡器、LC振荡器等几大类型,由于LC振荡器的振荡频率反比于LC乘积的平方根,所以当要求产生低频信号时,LC回路所需的电感和电容的数值将很大,致使震荡器的体积和造价增加,但是RC振荡器结构简单,启动时间短及体积小,成本低等特点,特别适用于低频信号(1HZ~1MHZ),因此在低频段一般都采用RC振荡器。常用的RC振荡器有RC文氏电桥震荡器和RC移相振荡器,本次设计针对RC相移式振荡器。
1设计任务与要求
设计一个RC相移振荡器
RC相移振荡器的主要技术指标:电源电压为12V,振荡频率为,起振条件为。
2方案设计与论证
不同频率的正弦波电压通过RC电路时,输出端的电压幅度和相位都与输入端不同。图一画出了简单的超前相移电路。对于图一所示的RC网络来说,其在输入端加入电压,则在R两端得到输出电压。由于相角超前于,故称为超前相移网络,或称高通滤波网络。
图一
随着频率的改变,单节RC电路中所产生的相移在0o~90o之间变化,但最大相移不超过90o,如果放大器在相当宽的频率范围内,为180o,反馈网络还必须使通过它的某一特定频率的正弦电压再移相180o才能满足自激振荡的相位平衡条件()。因此,一节RC电路最大相移不超过90o,不能满足自激振荡相位平衡条件。若两节RC电路最大相移虽可接近180o,但此时频率必须很低,从而容抗很大,致使输出电压接近于零,又不能满足振荡的幅度平衡条件()。所以实际上要用三节RC电路来实现移相180o,才能满足振荡条件()。所以设计如下RC相移振荡器电路图。

图二 RC相移振荡电路
3单元电路设计与参数计算
(1) ①RC超前移相电路

图三
设电压传输系数为F,则超前电路有:

故

②采用超前移相网络组成的超前RC移相振荡器如图四,其中、、和构成分压式偏置电路,为集电极负载,为输出耦合电容。
由于晶体管低频工作时有、,若,并忽略和(=∥),则有:

所以,

Ⅰ
为满足振荡的相位条件,(1)式中分母中的虚部应为零,即:

解之得振荡角频率:

如果选择,则
Ⅱ
将Ⅱ式结果代入Ⅰ式中,得振幅起振条件:

可见,组成这种振荡器的晶体管的不得小于29,该振荡器的振荡频率与RC的乘积成反比,因此要改变振荡频率,应同时改变三节移相振荡电路的参数(2)直流电路分析
电路中的电阻Rb1和Rb2构成T的分压式偏置电路,Rc是T集电极负载电阻,Re是T发射极电阻,T具备处于放大状态的直流电路工作条件。T工作在放大状态下,这是一个振荡器所需的。
静态工作点

(3)正反馈电路分析
如果在基本放大电路输入端外接一定频率,一定幅度的正弦信号,
经过基本放大电路放大和反馈网络传输后,在反馈网络的输出端得到信号,如果和大小相等,相位相同,那么就可以不用外接信号,也可以得到同样的输出,即电路产生振荡,此时有。
无论是什么类型的振荡器,必须存在正反馈环节,共发射极放大器具有反相的作用,即输出信号电压与输入信号电压之间相位差为180o,如若对放大器的输出信号再移相180o后加到放大器的输入端,那么就移相了360o,这样反馈回来的信号与输入信号之间是同相的关系,就是正反馈了。这后180o的相移要靠RC移相电路来实现。
电路中,电容Cl和电阻Rl构成第一带RC超前移相式电路,C2与R2构成第二节RC移相电路,C3和放大器输入电阻(由Rb1、 Rb2和T的输入电阻并联)构成第三节RC移相电路。
这三节RC移相电路对信号移相180o,加上T共发射极放大器本身的180o移相,使T集电极经三节RC移相电路后加到T基极上原信号相位与基极上原信号相位相同,所以这是正反馈过程,满足相位正反馈条件。
(4)振荡过程分析
设振荡信号相位在T基极为正,经T倒相放大(T接成共发射极放大器,其集电极信号电压与基极信号电压相位相反)后,再加入三节RC移相电路,被移相180o,使反馈信号电压与T基级上输入信号电压同向。如下图所示符合振荡的相位条件,即三极管T移相180o,三节RC移相电路累计移相180o,这样共移相360o,成为正反馈。