振荡器基础2——什么是RC相移振荡器？什么是文氏桥振荡器？
source link: https://zhuanlan.zhihu.com/p/213245623
Go to the source link to view the article. You can view the picture content, updated content and better typesetting reading experience. If the link is broken, please click the button below to view the snapshot at that time.
振荡器基础2——什么是RC相移振荡器？什么是文氏桥振荡器？
之前介绍过：由电阻、电容组成的RC电路可以做成滤波器。滤波器对不同频率信号施加影响，在改变信号幅度的同时，也改变了信号的相位。就是这个“相移”特性，可以在振荡器中派上用场。
一、RC电路的“相移”特性（Phase shift）
我们构建简单的RC电路，输入交流信号，查看输出波形如下：
可以看到R作为输出（黄色），相比输入信号（蓝色），它有明显的相移（滞后），幅度也有所改变。
通过阻抗公式计算如下，幅度就是分压，相位上就是阻抗的实部与虚部之比：
图2-输出信号阻抗分压和相位计算以上计算是针对某一个特定频率的信号，如果要描述RC电路对各个频率信号的影响，那就要使用频谱图查看：
图3-RC频谱图（高通滤波器）上述频谱图中，上、下两个图分别描述对不同频率信号幅度的影响，以及对相位的影响。可见，RC电路是一个高通滤波器。
二、RC相移振荡器（RC Phase Shift Oscillator）
从前一篇文章所述，振荡器模型由放大器和反馈网络组成：
图4-振荡器模型它遵循Barkhausen（巴克豪森）准则：
- 回路增益≥1；
- Vin/Vfeedback相位一致，形成正反馈；
假设经由放大器，信号相位改变180°，那么反馈网络所需相移也是180°。这个“相移”操作就可以由RC电路完成。如果一个RC电路无法所需角度，那就由多个RC电路级联而成：
图5-单个RC电路相移效果和多个RC电路级联相移效果理论上，单个RC电路所能达到的相移最大是90°（R很小，C很大的情况）。要完成180°相移，一般设置3个RC电路级联，每个RC电路完成60°相移，共计180°。
我们来看一下，由RC和NPN三极管构建的RC振荡器电路如下：
图6-RC相移振荡器这和前一篇所说的电容/电感三点式振荡器很像，只是将LC部分改成了3个RC级联组成的相移网络。
对于这种电路，振荡频率为：
图7-RC相移振荡器的振荡频率其中，N表示RC电路的级联个数。
三、文氏桥振荡器（Wien Bridge Oscillator）
文氏桥由两个RC电路组成，其中是一个RC串联电路，形成高通滤波器，另一个是RC并联电路，形成低通滤波器：
图8-文氏桥电路信号先经过高通滤波器，过滤掉低频信号；再经过低通滤波器，过滤到高频信号；最后，只有一个（区域）特定频率的信号在输出端得以保留，且其相位不变：
图9-文氏桥电路的频率响应特性文氏桥振荡器，由文氏桥电路加上一个同相运放组成：
图10-文氏桥振荡器运放的同相输入端由文氏桥电路阻抗分压而成，在R1=R2，C1=C2情况下，Zp/(Zp+Zs)=1/3。由此设置运放电阻R3和R4，满足回路增益≥1即可。
实际上，文氏桥振荡器刚出现时，R4由钨丝灯代替：
图11-经典文氏桥振荡器钨丝灯实现了自动增益调整的功能：刚开始上电钨丝灯电阻小，运放增益大，具有起振效果；随着运行时间变长，钨丝灯发热，电阻上升，运放增益下降，获得稳定的振荡波形。
最后让我们来看一个文氏桥振荡器的仿真效果：
今天介绍了以RC为基础的振荡器，相比于LC振荡器，由于没有使用电感，它克服了电感的体积大、成本高的缺点，在低频信号中得以广泛应用。
我在知乎开设了专栏“疯狂的运放”，为创客们打造的有趣、有用的硬件和电路专栏，如果你觉得有收获，欢迎点赞和收藏，这是我最大的动力：
也可以关注我的微信公众号“CrazyOPA”，及时收到最新的文章推送：
Recommend
About Joyk
Aggregate valuable and interesting links.
Joyk means Joy of geeK