使用运算放大器的RC相移振荡器

相移振荡器是一种产生正弦波输出的电子振荡器威廉希尔官方网站 。它可以通过使用晶体管或使用运算放大器作为反相放大器来设计。通常，这些相移振荡器用作音频振荡器。在 RC 相移振荡器中，RC 网络产生 180 度相移，运算放大器产生另一个 180 度相移，因此产生的波反转 360 度。

除了产生正弦波输出外，它们还用于对相移过程提供重要的控制。相移振荡器的其他用途是：

在音频振荡器中

正弦波逆变器

语音合成

全球定位系统单位

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 360 度参考中正弦波的完整周期周期。一个完整的周期定义为波形返回其任意初始值所需的时间间隔。相位表示为该波形周期上的一个指向位置。如果我们看到正弦波，我们可以很容易地识别相位。

在上图中，显示了一个完整的波浪周期。正弦波的初始起点相位为 0 度，如果我们识别每个正负峰值和 0 点，我们将得到 90、180、270、360 度相位。因此，当一个正弦信号开始它的旅程而不是 0 度参考时，我们将其称为与 0 度参考的相移微分。

如果我们看到下一张图像，我们将确定 相移正弦波的 外观。..

在这张图片中，出现了两个交流正弦信号波，第 一个绿色正弦波的相位为 360 度， 而红色的正弦波与绿色信号的相位相差 90 度。

这种相移可以使用简单的 RC 网络来完成。

RC相移振荡器

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相移 RC 网络或梯形威廉希尔官方网站 ，它使输入信号的相位偏移等于或小于 60 度。

理想情况下，RC 威廉希尔官方网站 的输出波的相移应该是 90 度，但实际上它大约是 90 度。60度，因为电容不理想。RC网络相位角的计算公式如下：

φ = tan -1 （Xc / R）

其中，Xc 是电容器的电抗，R 是连接在 RC 网络中的电阻器。

如果我们级联 RC 网络，我们将获得 180 度 相移。

现在要创建振荡和正弦波输出，我们需要一个有源组件，即 反相配置的晶体管或运算放大器。

为什么将运算放大器用于 RC 相移振荡器而不是晶体管？

使用晶体管构建 RC 相移振荡器有一些限制：

它仅对低频稳定。

RC 相移振荡器需要额外的威廉希尔官方网站 来稳定波形的幅度。

频率精度并不完美，也不能免受噪声干扰。

不利的加载效应。由于级联形成，第二个极点的输入阻抗会改变第一个极点滤波器的电阻器电阻特性。级联的滤波器越多，情况越糟糕，因为它会影响计算的相移振荡器频率的准确性。

由于电阻和电容两端的衰减，每一级的损耗增加，总损耗约为输入信号的 1/29。

随着威廉希尔官方网站 在 1/29 处衰减，我们需要恢复损失。

使用运算放大器的 RC 相移振荡器

当我们将运算放大器用于 RC 相移振荡器时，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 的这个输出被馈送到运算放大器的反相端。

现在，我们知道运算放大器在用作反相放大器时会产生 180 度的相移。因此，我们在输出正弦波中得到了 360 度的相移。即使在变化的负载条件下，这种使用运算放大器的 RC 相移振荡器也能提供恒定的频率。

所需组件

运算放大器 IC – LM741

电阻器 – （100k – 3nos， 10k – 2nos， 4.7k）

电容器 – （100pF – 3nos）

示波器

威廉希尔官方网站 原理图

使用运算放大器模拟 RC 相移振荡器

RC 相移振荡器提供准确的正弦波输出。在最后的仿真视频中可以看到，我们已经将示波器的探头设置为威廉希尔官方网站 的四个阶段。

在这里，反馈网络提供 180 度的相移。我们从每个 RC 网络中获得 60 度。并且，剩余的 180 度相移由反相配置中的运算放大器产生。

要计算振荡频率，请使用以下公式：

F = 1 / 2πRC√2N

使用运放的RC相移振荡器的缺点是不能用于高频应用。因为只要频率太高，电容器的电抗就会很低，它会起到短路的作用。