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从零学运放—12 震荡电路
本帖最后由 shangwang 于
09:57 编辑
5、正弦波振荡器条件*闭环增益大于1*反馈相位满足N*360度 N是大于等于0的，一般是0倍或者是1倍。*有一个选频网络（非必须，但必要），一般用晶振来选频，因为没有选频网络的话，频率会乱跳。所以它是非必须，但是是必要的，因为我们网络当中需要一个稳定的频点。现在正弦波振荡电路是主流用的比较多的，开关式的脉冲自激振荡电路用的非常少，因为单片机兴起了。 5.1、正弦波一
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上图左侧电路是一个比较常用的振荡器，有一个石英晶体（13.56M、12M之类的），带&符号的是反相器（7404之类的），反相器间加了一个隔直电容，反相器并联个电阻，为什么有个电阻呢，实际上反相器是个非门，非门其实就是运放的反相输入吗，当并上一个电阻之后让反相器进入到线性工作状态。非门本身用于0或1输入，输出0或1，我如果把头和尾接起来就是输入0.5输出也0.5了可以这么理解，就是一个反相放大器的作用，增益比较高的一个反相放大器。反相器和电阻就是一个反相放大器，实现180度相位移动，对称又一个反相器也是180度，那么两个加一起就是360度的相位移动，就是高输出低，低再输出到高实现了360度的相位差。然后经过晶振的选频网络，比如说12M的话，那么12M就直通过去了，这样就实现了一个振荡器。为什么中间有个0.05uF的小电容呢，隔直，如果没有的话第一个非门输出的信号点会影响后面输入的平衡点，因为直接接的话如果有个直流分量在，直流会影响后面的非门输入，隔直就是为了让它每一路都进入最好的放大状态。有些不同的电路要调节不同的值（电阻和电容），阻值太大也不行，太小也不行，太大或者太小会让等价运放的放大倍数降低，那么取合适值是比较关键的。上图右侧电路和左侧电路前半部是等价的，之后后面多了一个非门。这个电路以前在红外检测38KHz中常用。这个电路很好用的，大量用过3.579545MHz的sam时钟上。 5.2、正弦波二
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上图是三点式电容振荡器，三点式电容振荡器是最常用最常用的一个震荡电路了，我们在射频中大量使用。图中就是典型的射频震荡电路。三极管集电极负载（Rc）取出一个信号，接到右侧的CLC电路中就构成了电容三点式振荡器，等效图就是右边的电路。 5.2.1、单片机时钟电路 T三极管我们可以把它等效成一个非门，三极管输入信号（基极），输出信号（集电极），输入高，输出就低，输入低输出就高，所以是反相的（非门）。那么我们把它等效为一个运放，如下图。
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反相输入运放，这个电路图我们在变下位置，如下图
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反相输入运放，构成180度相位移动，那么后续电路网络再构成一个180度，那么就实现了360度相位移动了，那就满足了震荡，这都是正弦波的。我们来看下满足的条件是什么。假如说CLC里的功过频率跟IOC回路谐振我们看下会怎样。看作谐振的话，在谐振的时候，电感可以把一边的电容的电搬移到另一个电容，相反一样，一会电容上的能量转化给电感，然后电感上的能量再转化给另一端的电容，反过来同理，方向恰好相反。我们的电容当以地为中心点的时候我们可以看到，电容两边恰好是相反的，比如默认都是0值的话，当把左边的电容电荷移到右边去，那么左边就出现了负电荷，右边成为正电荷，当把右边的电荷移到左边，那么右边就成负电荷了，左边就正电荷了，恰好相反。所以这两个电容当谐振的时候，两边电容恰好相差180度。所以说非门构成一个180度的相位差，CLC又构成了180度的相位差，于是实现了360度的相位移动又反馈回来。
为什么说正弦波震荡电路呢，因为相位差360度等价于我输出信号又当做原始的信号来用，有个替代关系。就是输出信号跟输入信号是一样的，反馈回来，所以说可以进行稳态的工作。这个东西等价于什么呢，好比说一个物体在不受到力的作用的情况下，我们可以很容易想象到它是静止的，实际上这是错误的，没有受到力作用的时候它应该是匀速直线运动，它不是静止的。从震荡角度来讲，一个震荡来说它没有受到外力作用的时候它就应该一直保持震荡下去。同样一个正弦波过来，进入上边电路运放负相端，经过环路整个放大为1的时候它的输出信号再回到它输入信号（输出信号与自己原来的信号相差360度的情况下）其实就是自己，就是下一个周期的自己，那么这样整个回路的稳定工作的，其实就是把自己重新放大了一下，这时增益必须为1。实际真正震荡电路，稳态之后整个回路的放大倍数为1的，不会大于1的；那么起始的时候那么整个回路的放大倍数必须大于1，因为我们知道一个回路里边，运放会移相180度，但实际上比180度略多一点点的，而后续CLC电路实现移相180度，加入增益大于1的话，刚开始可以工作，之后因为增益大于1运放本身相位导致信号超过180度，最后逼着CLC电路相位移动小于180度，就是它不是恰好工作在谐振点上，可能偏一点，那么整个回路合起来之后呢，相位相差360度同时把增益降下来，实际上CLC损失了增益，这里边运放的增益比较高，比如5倍、10倍，让CLC降低增益，利用CLC的相位偏移值来把增益降低，于是最后整个环路增益为1。 5.2.2、单片机时钟
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09:51 上传
上边5.2.1讲的电路，实际上我们来看下单片机，上图左图（51单片机），一个脚是XTAL1（晶体1脚）、一个脚是XTAL2（晶体2脚），之间接个晶体，然后对地并上2个30pF的电容，右图就是它的等效图。那么右图晶振上半部就是单片机内部的一个等效电路，U1-A其实就是单片机内部的一个反相器（非门），然后并了一个电阻（1M附近吧，内部电阻），外部加一个左边的电路就马上变成一个三点式电容震荡电路了，那么右边的图其实就是跟下图是等价的
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电路中晶体就看作一个电感。那么三点式电容震荡电路理解透那么振荡电路就理解了。 6、电感电容移相特性U=Li/t& && &&&=&& && &&&U=jωL*II=Cu/t& && &&&=&& && &&&I=jωC/U
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分析震荡其实就是分析电容电感，尤其是电容。我们知道电感的公式电压等于电感乘以电流对时间的微分（U=Li/t），也就是说电流跟时间的关系，那么记这个公式，假如我们的信号源是正弦波的话那么得到的公式就是电压等于截欧米伽电感乘以电流啦（U=jωL*I）,那么这里的jωL其实就是阻抗，这个j就是移相90度，实际上这个i/t微分一下就是△i/△t，其实就是一阶微分，得到就是相位90度的移相，相位90度移相是针对于正弦波来说的，这个要清楚；那么恰好相反，电容的公式是I=Cu/t。我们对电感来说电压注进去电能变成磁能，这是个充磁的过程（电能变磁能）；那么对于电容来说，是电流充进去最后变成一个电能，所以说是磁变电的一个过程（磁能变电能）。电容那么就是电压对时间微分的话，就是I=jωC*U了。 6.1、RC电路仿真那么上图我们是以电容为例讲的，V2是个正选波的信号源，对电阻和电容进行充放电仿真一下（用pspice仿真的），我们看下V点和I点的 三个点的三条钱的正弦波情况。如下图
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上图振幅比较大的是源信号（5伏），振幅其次的是过了电阻之后电容上的电压，振幅最小的是通过整个回路的电流。这个图我们看到，都是从零时刻开始，电流、电容上电压、电源上电压是同相位的，通过几个周期之后，相位就不是同相位了，那么我们可以看到电流超前电压90度，同时我们看到电流相位也超前电压源相位，所以有电容存在的时候电流超前电压90度，注意这是指正弦波稳态条件下讲，离开这一点没有任何意义的。超前90度这个概念是相对正弦波来讲的若换成电压是斜波(RCC开关电源)，那么电流永远是一条直线，那就不存在超前概念。还有锯齿波。
所谓超前滞后，首先是周期性波形我们常说的电容电感的阻抗概念，ωL，或者1/ωc, 这个概念是存在条件限制的比如RCC的开关电源
ω L，1/ω c这类阻抗的计算，条件是稳态的正弦波下
若脱离稳态的正弦波，谈什么ωL，是不存在意义的
还必须要讲稳态 很多东西，都是有它的条件的，但是，时间久了，习惯了，往往就忽略了其边界条件了
我一般喜欢记住其本源的东西比如电容就记住I = du*C&&& && &&&d是微分，dU，就是微小的电压变化这个公式不完整，应该是dQ = dU*C对他们取电压的微分，就是I = C*dU/(dT)这是微观，宏观就是I = C*U / T
题外话，自己去了解下下边的东西迷笛音乐的时钟
这个迷笛，是指MIDI也就是和铉铃声
最早的手机，是从MIDI开始的之后是ADPCM播放，再是MP3
之后才是视频MP4这么进化的
ADPCM，做成假MP3，天天的凤凰传奇
6.2、电容电流超前电压90度
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电容的电流超前电压90度，那么对于电感来说呢，是电压超前电流90度了呗。电容我们可以这么想，其实很简单，电容是电流注入进去电压才能上来（磁能转电能），电流注入进去所以说是电流在前电压在后，可以这么理解。那么电感呢，电压注入进去， 然后电流出来（电能转磁能），所以说电压超前电流90度，可以这么理解。
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RC移相式振荡器振荡频率计算
[导读] 摘要：RC移相式正弦波振荡器是一种常用的低频振荡器。文章基于电路发生正弦波振荡的平衡条件，推导出了电路的振荡频率和晶体管电流放大倍数的约束条件，分析方法和结论对于分析和使用该电路都有一定的参考价值。
&&& 在正弦波电路中，电路产生1MHz以下的低频信号，常用的电路主要有桥式、移和双T网络式等。然而，在测量技术中，常常采用简单经济的移器以产生200kHz以下的低频信号。移电路又有超前型和滞后型两种电路，图1是超前型移相电路，它是由一个反相和一个移相反馈网络组成的，其中的反馈网络由三节移相电路组成。
&&& 桥式正弦波器的分析方法比较简单，一般的参考文献都有详细的分析。而对于移器，文献却鲜有介绍。即使介绍，也只是给出一些结论，甚至不司的文献有时会给出不同的结论，例如文献给出电路的，文献给出的等，这无疑会给读者的正确理解和使用带来不便。
&&& 本文根据正弦波发生器的工作原理，对移器进行了详细的分析，给出了电路发生正弦波时晶体管电流放大系数应满足的条件，给出了电路表达式，为正确使用电路提供了参考依据。
1 移器的环路增益
&&& 根据正弦波发生器的工作原理知，电路发生正弦波的必充条件是：
&&& 根据电路发生的平衡条件AF=1，知
&&& 根据正弦波发生器的工作原理，将正弦波电路分解成基本放大电路和反馈网络，通过求解电路的环路增益，给出了电路的和晶体管的电流放大倍数的约束关系，分析方法和结论对分析和使用该电路具有一定的参考作用。
[整理编辑：中国测控网]
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All Rights Reserved 版权所有& & 在正弦波振荡电路中，RC振荡电路产生1M以下的低频信号，常用的电路主要有桥式、移相式和双T网络式等。然而，在测量技术中，常常采用简单经济的RC移相式振荡器以产生200kHz以下的低频信号。RC移相式振荡电路又有超前型和滞后型两种电路，图1是超前型RC移相振荡电路，它是由一个放大器和一个移相反馈网络组成的，其中的反馈网络由三节RC移相电路组成。& & 桥式RC正弦波振荡器的分析方法比较简单，一般的参考文献都有详细的分析。而对于移相式振荡器，文献却鲜有介绍。即使介绍，也只是给出一些结论，甚至不司的文献有时会给出不同的结论，例如文献给出电路的振荡频率，文献给出的振荡频率等，这无疑会给读者的正确理解和使用带来不便。& & 本文根据正弦波发生器的工作原理，对RC移相式振荡器进行了详细的分析，给出了电路发生正弦波振荡时晶体管电流放大系数应满足的条件，给出了电路振荡频率表达式，为正确使用电路提供了参考依据。1 RC移相式振荡器的环路增益& & 根据正弦波发生器的工作原理知，电路发生正弦波振荡的必充条件是：& &
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F007构成的频率可调、幅度不变的正弦波振荡电路图
如图所示为频率可调、幅度不变的正弦波振荡电路。该电路由两级移相电路和一级分线性反相放大器串接而成。移相电路采用集成运算放大器A1、A2和RC的组合。由于反相器A3的相移是180o，所以，两级移相电路也应移相180o，以保证电路振荡所要求的总相移360o的条件。二极管D1、D2在电压较低时动态电阻很大，所以As组成的反相电路增益很高，保证电路的起振。当振荡幅度升高时，D1、D2的动态电阻越来越小，降低了电路的增益，从而使输出幅度
&如图所示为频率可调、幅度不变的正弦波振荡电路。该电路由两级移相电路和一级分线性反相放大器串接而成。移相电路采用集成运算放大器A1、A2和RC的组合。由于反相器A3的相移是180o，所以，两级移相电路也应移相180o，以保证电路振荡所要求的总相移360o的条件。二极管D1、D2在电压较低时动态电阻很大，所以As组成的反相电路增益很高，保证电路的起振。当振荡幅度升高时，D1、D2的动态电阻越来越小，降低了电路的增益，从而使输出幅度得到稳定。由于二极管有较大的死区电压，所以小信号输出时波形有间断，故附加了电阻R2。 电路的振荡频率为： 调节电位器W1和W2可以改变频率。由于移相电路不对振幅产生影响，所以，频率的调节不影响振幅的稳定性。调节W1可使频率变化约为10倍，超过此范围后其调节作用已不明显，这时可通过w2进行调节。该电路的最高频率受运算放大器转移速率和移相电路的限制，为了进一步提高频率，可将与电位器串接的电阻R1短路，这时最高频率可达100kHz以上，但输出幅度较小，而且调节幅度时也会影响频率。调节电位器W3可改变输出幅度。输出的两路正弦波V1和V2相位差可通过调节W2来改变。按图中元件数值，电路的频率可调节范围为300Hz ～15kHz，波形失真小于1％。
&如图所示为频率可调、幅度不变的正弦波振荡电路。该电路由两级移相电路和一级分线性反相放大器串接而成。移相电路采用集成运算放大器A1、A2和RC的组合。由于反相器A3的相移是180o，所以，两级移相电路也应移相180o，以保证电路振荡所要求的总相移360o的条件。二极管D1、D2在电压较低时动态电阻很大，所以As组成的反相电路增益很高，保证电路的起振。当振荡幅度升高时，D1、D2的动态电阻越来越小，降低了电路的增益，从而使输出幅度得到稳定。由于二极管有较大的死区电压，所以小信号输出时波形有间断，故附加了电阻R2。 电路的振荡频率为： 调节电位器W1和W2可以改变频率。由于移相电路不对振幅产生影响，所以，频率的调节不影响振幅的稳定性。调节W1可使频率变化约为10倍，超过此范围后其调节作用已不明显，这时可通过w2进行调节。该电路的最高频率受运算放大器转移速率和移相电路的限制，为了进一步提高频率，可将与电位器串接的电阻R1短路，这时最高频率可达100kHz以上，但输出幅度较小，而且调节幅度时也会影响频率。调节电位器W3可改变输出幅度。输出的两路正弦波V1和V2相位差可通过调节W2来改变。按图中元件数值，电路的频率可调节范围为300Hz ～15kHz，波形失真小于1％。
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