使用运放的RC移相振荡器

相移振荡器是一种产生正弦波输出的电子振荡器电路。它既可以使用晶体管设计，也可以使用运算放大器作为反相放大器。通常，这些相移振荡器被用作音频振荡器。在RC相移振荡器中，RC网络产生180度相移，运放又产生180度相移，因此产生的波反向360度。

除了产生正弦波输出外，它们还用于提供对相移过程的重要控制。移相振荡器的其他用途有：

•在音频振荡器中

•正弦波逆变器

•语音合成

•全球定位系统装置

•乐器。

在我们开始设计RC相移振荡器之前，让我们更多地了解它的相位和相移。

什么是相位和相移?

相位是一个完整的周期周期的正弦波在360度参考。一个完整的周期被定义为波形返回其任意初始值所需的间隔。相位表示为该波形周期上的一个点位置。如果我们看到正弦波，我们可以很容易地识别相位。

在上面的图像中，显示了一个完整的波周期。正弦波的初始起点是0度相位，如果我们确定每个正、负峰值和0点，我们将得到90度、180度、270度、360度相位。所以，当一个正弦信号开始它的旅程而不是0度参考时，我们称之为与0度参考相移微分。

如果我们看下一张图，我们就会知道相移正弦波是什么样的……

在这张图中，有两个交流正弦信号波，第一个绿色的正弦波是360度的相位，而红色的正弦波是90度的相位，与绿色信号的相位相移。

这种相移可以用一个简单的RC网络来完成。

RC移相振荡器

一个简单的RC相移振荡器提供60度的最小相移。

上图显示了一个单极移相RC网络或阶梯电路，它将输入信号的相位移动等于或小于60度。

理想情况下，RC电路输出波的相移应该是90度，但实际上它是近似的。60度，因为电容器不理想。RC网络相角计算公式如下：

式中，Xc为电容器的电抗，R为连接在RC网络中的电阻。

如果我们级联RC网络，我们会得到180度的相移。

现在要创建振荡和正弦波输出，我们需要一个有源元件，晶体管或运算放大器在反相配置。

为什么使用运放的RC相移振荡器，而不是晶体管?

使用晶体管构建RC相移振荡器存在一些限制：

•只有在低频时才稳定。

•RC相移振荡器需要额外的电路来稳定波形的幅度。

•频率精度不理想，不能避免噪声干扰。

•不利负载效应。由于级联的形成，第二极的输入阻抗改变了第一极滤波器的电阻特性。滤波器级联越严重，会影响相移振荡器频率的计算精度。

由于电阻和电容之间的衰减，每级的损耗增加，总损耗约为输入信号的1/29。

由于电路在1/29处衰减，我们需要恢复损耗。在我们之前的教程中了解更多有关它们的信息。

使用运放的RC移相振荡器

当我们将运放用于RC移相振荡器时，它起到了反相放大器的作用。最初，输入波已经进入RC网络，因此我们得到了180度的相移。并且，RC的输出被馈送到运放的反相端。

现在，正如我们所知，当运算放大器作为反相放大器时，将产生180度的相移。因此，我们在输出正弦波中得到360度的相移。使用运放的RC移相振荡器即使在变化的负载条件下也能提供恒定的频率。

组件的要求

•运算放大器IC - LM741

•电阻- (100k - 3nos, 10k - 2nos, 4.7k)

•电容器- (100pF - 3nos)

•示波器

线路图

基于运算放大器的RC移相振荡器仿真

RC相移振荡器提供精确的正弦波输出。正如您在最后的仿真视频中看到的，我们已经将示波器的探头设置为电路的四个级。

这里，反馈网络提供了180度的相移。每个RC网络都是60度。并且，剩余的180度相移由反相配置中的运放产生。

计算振荡频率用下式：

采用运放的RC移相振荡器的缺点是不能用于高频应用。因为每当频率过高时，电容器的电抗非常低，它就会起到短路的作用。

本文编译自circuitdigest