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如何提高RC振荡电路的稳定性

2017-09-08
类别:基础知识
eye 860
文章创建人 拍明
  采用RC选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路,它适用于低频振荡,一般用于产生1Hz~1MHz的低频信号。

  对于RC振荡电路来说,增大电阻R即可降低振荡频率,而增大电阻是无需增加成本的。 常用LC振荡电路产生的正弦波频率较高,若要产生频率较低的正弦振荡,势必要求振荡回路要有较大的电感和电容,这样不但元件体积大、笨重、安装不便,而且制造困难、成本高。因此,200kHz以下的正弦振荡电路,一般采用振荡频率较低的RC振荡电路。

  输出电压 uo经正反馈(兼选频)网络分压后,取uf作为同相比例电路的输入信号ui。

  (1) 起振过程

  (2) 稳定振荡

  (3) 振荡频率

  振荡频率由相位平衡条件决定。

  φA= 0,仅在 f0处 φF = 0 满足相位平衡条件,所以振荡频率f0= 1/2πRC。

  改变R、C可改变振荡频率

  RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。

  振荡频率的调整

  (4)起振及稳定振荡的条件

  考虑到起振条件AuF > 1, 一般应选取 RF略大2R1。如果这个比值取得过大,会引起振荡波形严重失真。

  由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅,而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。

  RC移相式振荡器

  具有电路简单,经济方便等优点,但选频作用较差,振幅不够稳定,频率调节不便,因此一般用于频率固定、稳定性要求不高的场合。其振荡频率为:

  fo=1/(2πRC)

  RC桥式振荡器

  将RC串并联选频网络和放大器结合起来即可构成RC振荡电路,放大器件可采用集成运算放大器。

  Rc桥式振荡电路,RC串并联选频网络接在运算放大器的输出端和同相输入端之间,构成正反馈,Rf、R1接在运算放大器的输出端和反相输入端之间,构成负反馈。正反馈电路和负反馈电路构成一文氏电桥电路,运算放大器的输入端和输出端分别跨接在电桥的对角线上,所以,把这种振荡电路称为RC桥式振荡电路。

Rc桥式振荡电路 .jpg

  (如图)振荡信号由同相端输入,故构成同相放大器,输出电压Uo与输入电压Ui同相,其闭环电压放大倍数等于Au=Uo/Ui=1+(Rf/R1)。而RC串并联选频网络在ω=ωo=1/RC时,Fu=1/3,εf=0°,所以,只要|Au|=1+(Rf/R1)>3,即Rf>2R1,振荡电路就能满足自激振荡的振幅和相位起振条件,产生自激振荡,振荡频率fo=1/2πRC

  采用双联可调电位器或双联可调电容器即可方便地调节振荡频率。在常用的RC振荡电路中,一般采用切换高稳定度的电容来进行频段的转换(频率粗调),再采用双联可变电位器进行频率的细调

  脉冲信号一般可以通过芯片MAX038或者分离元件组建的振荡电路来实现。但考虑到电路对驱动电流的要求与振荡频率的稳定性以及实用性与成本。

  这里选用了基于CMOS反相器的晶振振荡电路和RC振荡电路。并都达到了预期效果。虽然电路检测都是比较稳定,但考虑到对产生的振荡频率的可调性选择了RC振荡电路。(因为带晶振的振荡电路,其频率与晶振频率一致,我们不能很自由的调节他的振荡频率。)

  反相器我们用的是7404 CMOS六反相器,由RC振荡电路来实现,而7404六反相器有诸多不同型号。有74HC04 74AC04 74HCT04等等,(HC是high CMOS,而AC是advanced CMOS的意思)。而每个公司的7404又有不同,虽然看似差异小,但是真正应用到电路上却有着相当大的差异。这里选择了对后面电路驱动能力强的74AC04,其输出电流有24mA,同时由74AC04的电气特性可知,完全能胜任产生10kHz~几MHz信号的工作。

9.jpg

  由三级门组成的RC振荡器,在电源电压与温度变化时,会引起振荡频率的约1.5~2倍的情况。如何提高振荡的稳定度,这里主要采用了两个办法:

  保护电阻R3 防止在信号突然变化时在端口上产生振荡。也使得电路减少振荡与过冲。

  加速电容C2是利用电容器两端的电压不能突变的特性。所谓的加速,指的就是它可以在负载电压变化时加速电压变化量到达所要驱动的电路的值,让变化电压尽快地在电路中起作用,提高放大电路对信号边沿变化的响应能。


责任编辑:Davia

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标签: 振荡电路

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