RC相移振荡器课程设计.doc

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。

图四

同时，T本身具有放大能力，这样又符合幅度条件，振荡器便能振荡。振荡信号是从T集电极输出，通过耦合电容C0送出振荡器。
三节 RC移相电路的相移量不等于180。，或大于或小于180。，这样都不能满足振荡的相位条件，也就是只有频率为fo的信号才能发生振荡。在这种振荡器中，当,且远大于T放大器输入电阻时，这一振荡器的频率由下式决定

RC相移式振荡器的振荡频率一般低于200KHZ。

4总原理图与元器件清单

总原理图 图五
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R1

6.2KΩ
1
0.15元
R2

6.2KΩ
1
0.15元
C1

0.01µF
1
0.09元
C2

0.01µF
1
0.09元
C3

0.01µF
1
0.09元
Ce

100 µF
1
0.09元
C0

10 µF
1
0.1元
Rb1

91KΩ
1
0.15元
Rb2

2OKΩ
1
0.15元
R0

6.2KΩ
1
0.15元
Re

2KΩ
1
0.15元
T
3DG6

1
1.00元

总计：2.36元

5 RC相移振荡器的仿真
1、 利用EWB软件绘制如图5所示的RC相移振荡器的实验电路。

图六
2、仿真测试
输出电压波形

图七
6结论与心得
该RC相移振荡器是用一个放大器和移相反馈网络组成的，如果放大器在相当宽的频率范围内的相角为180度，反馈网络还必须使它通过它的某一特定频率的正弦电压再移相180度，才能满足自激振荡的相位平衡条件，一节RC相移电路最大相移不超过90度，不能满足相位平衡条件，两节RC电路最大相移虽可接近180度，但是此时的频率必须很低，从而容抗很大，致使输出电压接近于0V,又不能满足自激振荡的幅度平衡条件，所以至少要用三节RC电路来实现180度的相移来满足振荡条件。通过本次课程设计，加深了对RC相移振荡器的理解，在做课程设计的过程中遇到了很多问题，通过查阅大量资料，这些问题基本被解决了，同时我也学到了许多解决问题的方法并认识到自身的不足，掌握知识不够充分，以后会更加努力学习。
7参考文献
《高频电子线路》主编：张肃文 出版社：高等教育出版社 2004年第四版317页~323页
《高频电子线路》主编：胡宴如 出版社：高等教育出版社 2004年第二版79页~82页
《高频电子线路》主编：莫怀忠 出版社：化学工业出版社 2002年 87页~92页