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1、 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
2、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（1HZ1MHZ） ，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 ，RCf6210起振条件为 。hfe292 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
3、电压 ，则在 R 两端得到输出电压 。由于 相角超前于 ,故称vi voovi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 0o90o 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A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.)3,210(，nFA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
4、（ ） 。所以实际上要用三节 RC 电路来实现移1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。FA图二 RC 相移振荡电路3 单元电路设计与参数计算(1) RC 超前移相电路图三设电压传输系数为 F，则超前电路有： jwRCjcRFuio1故 21wRCFarctn-采用超前移相网络组成的超前 RC 移相振荡器如图四，其中 、 、Rb12和 构成分压式偏置电路， 为集电极负载， 为输出耦合电容。RcCe c e由于晶体管低频工作时有 、 ，若 ,并忽略 和hyieffiei1cyoe（ = ） ，则有：bb12UIieff1hIUiefiefff jwCjjwc
5、)1(1hfieiiefieff jRjRR111 UhUI fieieieffie RjwCjjRjwCjwCj 22212 12hfieiefiei jjjR22212 1hfieiejwCjj 23UIj23UhfieieRjwCjwCR231 UhfieieRjwCjjR2212 Uhfie ieieij RjwCjj 23 32 143 所以， hhUIh fie ieieiiief jwCRjwCRjjjjwCRjR32232332 1456 ifAFhhh ieieieje wCjRjwCRwCjR 223233456为满足振荡的相位条件， （1）式中分母中的虚部应为零，即：01
6、422ie解之得振荡角频率：RChieosc46如果选择 ，则hieR61Cwosc将式结果代入式中，得振幅起振条件：29hfe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fe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VRQbVB 16.2912013（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
7、定幅度的正弦信号 ,Xa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 ，f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Xfa a得到同样的输出，即电路产生振荡，此时有 。Xfa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，
8、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
9、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。3 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C321R21的频率由下式决定HZf 26.801.2.614.3262310 RC 相移式振荡器的振荡频率一般低于 200KHZ
10、。4 总原理图与元器件清单 总原理图 图五5 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。元件序号 型号 主要参数 数量 备注R1 6.2K 1 0.15 元R2 6.2K 1 0.15 元C1 0.01F 1 0.09 元C2 0.01F 1 0.09 元C3 0.01F 1 0.09 元Ce 100 F 1 0.09 元C0 10 F 1 0.1 元Rb1 91K 1 0.15 元Rb2 2OK 1 0.15 元R0 6.2K 1 0.15 元Re 2K 1 0.15 元T 3DG6 1 1.00 元总计：2.36 元 图六2、仿真测试输
11、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
