相移振蕩器是一種產(chǎn)生正弦波輸出的電子振蕩器電路。它可以通過使用晶體管或使用運算放大器作為反相放大器來設(shè)計。通常，這些相移振蕩器用作音頻振蕩器。在 RC 相移振蕩器中，RC 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生 180 度相移，運算放大器產(chǎn)生另一個 180 度相移，因此產(chǎn)生的波反轉(zhuǎn) 360 度。

除了產(chǎn)生正弦波輸出外，它們還用于對相移過程提供重要的控制。相移振蕩器的其他用途是：

在音頻振蕩器中

正弦波逆變器

語音合成

全球定位系統(tǒng)單位

樂器。

在我們開始設(shè)計 RC 相移振蕩器之前，讓我們更多地了解它的相位和相移。

什么是相位和相移？

相位是 360 度參考中正弦波的完整周期周期。一個完整的周期定義為波形返回其任意初始值所需的時間間隔。相位表示為該波形周期上的一個指向位置。如果我們看到正弦波，我們可以很容易地識別相位。

在上圖中，顯示了一個完整的波浪周期。正弦波的初始起點相位為 0 度，如果我們識別每個正負(fù)峰值和 0 點，我們將得到 90、180、270、360 度相位。因此，當(dāng)一個正弦信號開始它的旅程而不是 0 度參考時，我們將其稱為與 0 度參考的相移微分。

如果我們看到下一張圖像，我們將確定 相移正弦波的 外觀。..

在這張圖片中，出現(xiàn)了兩個交流正弦信號波，第 一個綠色正弦波的相位為 360 度， 而紅色的正弦波與綠色信號的相位相差 90 度。

這種相移可以使用簡單的 RC 網(wǎng)絡(luò)來完成。

RC相移振蕩器

一個簡單的 RC 相移振蕩器提供 60 度的最小相移。

上圖顯示了一個單極相移 RC 網(wǎng)絡(luò)或梯形電路，它使輸入信號的相位偏移等于或小于 60 度。

理想情況下，RC 電路的輸出波的相移應(yīng)該是 90 度，但實際上它大約是 90 度。60度，因為電容不理想。RC網(wǎng)絡(luò)相位角的計算公式如下：

φ = tan -1 （Xc / R）

其中，Xc 是電容器的電抗，R 是連接在 RC 網(wǎng)絡(luò)中的電阻器。

如果我們級聯(lián) RC 網(wǎng)絡(luò)，我們將獲得 180 度 相移。

現(xiàn)在要創(chuàng)建振蕩和正弦波輸出，我們需要一個有源組件，即 反相配置的晶體管或運算放大器。

為什么將運算放大器用于 RC 相移振蕩器而不是晶體管？

使用晶體管構(gòu)建 RC 相移振蕩器有一些限制：

它僅對低頻穩(wěn)定。

RC 相移振蕩器需要額外的電路來穩(wěn)定波形的幅度。

頻率精度并不完美，也不能免受噪聲干擾。

不利的加載效應(yīng)。由于級聯(lián)形成，第二個極點的輸入阻抗會改變第一個極點濾波器的電阻器電阻特性。級聯(lián)的濾波器越多，情況越糟糕，因為它會影響計算的相移振蕩器頻率的準(zhǔn)確性。

由于電阻和電容兩端的衰減，每一級的損耗增加，總損耗約為輸入信號的 1/29。

隨著電路在 1/29 處衰減，我們需要恢復(fù)損失。

使用運算放大器的 RC 相移振蕩器

當(dāng)我們將運算放大器用于 RC 相移振蕩器時，它起到了反相放大器的作用。最初，輸入波已經(jīng)進(jìn)入 RC 網(wǎng)絡(luò)，因此我們得到了 180 度的相移。并且，RC 的這個輸出被饋送到運算放大器的反相端。

現(xiàn)在，我們知道運算放大器在用作反相放大器時會產(chǎn)生 180 度的相移。因此，我們在輸出正弦波中得到了 360 度的相移。即使在變化的負(fù)載條件下，這種使用運算放大器的 RC 相移振蕩器也能提供恒定的頻率。

所需組件

運算放大器 IC – LM741

電阻器 – （100k – 3nos， 10k – 2nos， 4.7k）

電容器 – （100pF – 3nos）

示波器

電路原理圖

使用運算放大器模擬 RC 相移振蕩器

RC 相移振蕩器提供準(zhǔn)確的正弦波輸出。在最后的仿真視頻中可以看到，我們已經(jīng)將示波器的探頭設(shè)置為電路的四個階段。

在這里，反饋網(wǎng)絡(luò)提供 180 度的相移。我們從每個 RC 網(wǎng)絡(luò)中獲得 60 度。并且，剩余的 180 度相移由反相配置中的運算放大器產(chǎn)生。

要計算振蕩頻率，請使用以下公式：

F = 1 / 2πRC√2N

使用運放的RC相移振蕩器的缺點是不能用于高頻應(yīng)用。因為只要頻率太高，電容器的電抗就會很低，它會起到短路的作用。