RC振盪電路工作原理及特點、分類

RC振盪電路

RC振盪電路,顧名思義就是由電阻R和電容C組合成選頻網路的一種振盪電路,適用於低頻振盪。這種振盪電路一般產生低頻率訊號,頻率只有1Hz~1MHz。常見的RC振盪電路有兩種,一種是RC相移振盪電路,另一種是RC橋式振盪電路,這兩種電路都是由正反饋網路、選頻網路和放大器組成的。

工作原理

輸出電壓 uo經正反饋(兼選頻)網路分壓後,取uf作為同相比例電路的輸入訊號ui。

(1)起振過程

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(2)穩定振盪

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(3)振盪頻率

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振盪頻率由相位平衡條件決定。

φA= 0,僅在 f0處 φF = 0 滿足相位平衡條件,所以振盪頻率f0= 1/2πRC。

改變R、C可改變振盪頻率

RC振盪電路的振盪頻率一般在200KHz以下。

振盪頻率的調整

(4)起振及穩定振盪的條件

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考慮到起振條件AuF > 1, 一般應選取 RF略大2R1。如果這個比值取得過大,會引起振盪波形嚴重失真。

由運放構成的RC串並聯正弦波振盪電路不是靠運放內部的電晶體進入非線性區穩幅,而是透過在外部引入負反饋來達到穩幅的目的。

電路特點

對於RC振盪電路來說,增大電阻R即可降低振盪頻率,而增大電阻是無需增加成本的。 常用

LC振盪電路

產生的正弦波頻率較高,若要產生頻率較低的正弦振盪,勢必要求振盪迴路要有較大的電感和電容,這樣不但元件體積大、笨重、安裝不便,而且製造困難、成本高。因此,200kHz以下的正弦振盪電路,一般採用振盪頻率較低的RC振盪電路。

常用型別

RC移相式振盪器

具有電路簡單,經濟方便等優點,但選頻作用較差,振幅不夠穩定,頻率調節不便,因此一般用於頻率固定、穩定性要求不高的場合。其振盪頻率為:

fo=1/(2πRC)

RC橋式振盪器

將RC串並聯選頻網路和放大器結合起來即可構成RC振盪電路,放大器件可採用

整合運算放大器

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如圖所示,RC串並聯選頻網路接在運算放大器的輸出端和同相輸入端之間,構成正反饋,Rf、R1接在運算放大器的輸出端和反相輸入端之間,構成負反饋。正反饋電路和負反饋電路構成一文氏電橋電路(如圖所示),運算放大器的輸入端和輸出端分別跨接在電橋的對角線上,所以,把這種振盪電路稱為RC橋式振盪電路。

(如圖)振盪訊號由同相端輸入,故構成同相放大器,輸出電壓Uo與輸入電壓Ui同相,其閉環

電壓放大倍數

等於Au=Uo/Ui=1+(Rf/R1)。而RC串並聯選頻網路在ω=ωo=1/RC時,Fu=1/3,εf=0°,所以,只要|Au|=1+(Rf/R1)>3,即Rf>2R1,振盪電路就能滿足自激振盪的振幅和相位起振條件,產生自激振盪,振盪頻率fo=1/2πRC

採用雙聯可調電位器或雙聯可調電容器即可方便地調節振盪頻率。在常用的RC振盪電路中,一般採用切換高穩定度的電容來進行頻段的轉換(頻率粗調),再採用雙聯可變電位器進行頻率的細調。

微控制器晶振電路

晶振是晶體振盪器的簡稱,在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻並聯再串聯一個電容的二端網路。電工學上這個網路有兩個諧振點,以頻率的高低分,其中較低的頻率是串聯諧振;較高的頻率是並聯諧振。由於晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當的接近,在這個極窄的頻率範圍內,晶振等效為一個電感,所以只要晶振的兩端並聯上合適的電容它就會組成並聯諧振電路。這個並聯諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振盪電路,由於晶振等效為電感的頻率範圍很窄,所以即使其他元件的引數變化很大,這個振盪器的頻率也不會有很大的變化。

工作原理

晶振有一個重要的引數——負載電容值,選擇與負載電容值相等的並聯電容,就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振振盪電路都是在一個反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振,再有兩個電容分別接到晶振的兩端,每個電容的另一端再接到地,這兩個電容串聯的容量值就應該等於負載電容。請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容,這個不能忽略。一般的晶振的負載電容為15pF或12。5pF,如果再考慮元件引腳的等效輸入電容,則兩個22pF的電容構成晶振的振盪電路就是比較好的選擇。

RC振盪電路工作原理及特點、分類

如上圖:晶振是給微控制器提供工作訊號脈衝的 這個脈衝就是微控制器的工作速度 比如 12M晶振 微控制器工作速度就是每秒12M 當然 微控制器的工作頻率是有範圍的不能太大 一般24M就不上去了 不然不穩定。

晶振與微控制器的腳XTAL0和腳XTAL1構成的振盪電路中會產生偕波(也就是不希望存在的其他頻率的波) 這個波對電路的影響不大 但會降低電路的時鐘振盪器的穩定性 為了電路的穩定性起見 ATMEL公司只是建議在晶振的兩引腳處接入兩個10pf-50pf的瓷片電容接地來削減偕波對電路的穩定性的影響 所以晶振所配的電容在10pf-50pf之間都可以的 沒有什麼計算公式。

微控制器晶振作用

每個微控制器系統裡都有晶振,全程是叫晶體震盪器,在微控制器系統裡晶振的作用非常大,他結合微控制器內部的電路,產生微控制器所必須的時鐘頻率,微控制器的一切指令的執行都是建立在這個基礎上的,晶振的提供的時鐘頻率越高,那微控制器的執行速度也就越快。

晶振用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態下工作,以提供穩定,精確的單頻振盪。在通常工作條件下,普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高階的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定範圍內調整頻率,稱為壓控振盪器(VCO)。

晶振的作用是為系統提供基本的時鐘訊號。通常一個系統共用一個晶振,便於各部分保持同步。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振,而透過電子調整頻率的方法保持同步。

晶振通常與鎖相環電路配合使用,以提供系統所需的時鐘頻率。如果不同子系統需要不同頻率的時鐘訊號,可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環來提供。

晶振一般採用如圖1a的電容三端式(考畢茲) 交流等效振盪電路;實際的晶振交流等效電路如圖1b,其中Cv是用來調節振盪頻率,一般用變容二極體加上不同的反偏電壓來實現,這也是壓控作用的機理;把晶體的等效電路代替晶體後如圖1c。其中Co,C1,L1,RR是晶體的等效電路。

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分析整個振盪槽路可知,利用Cv來改變頻率是有限的:決定振盪頻率的整個槽路電容C=Cbe,Cce,Cv三個電容串聯後和Co並聯再和C1串聯。可以看出:C1越小,Co越大,Cv變化時對整個槽路電容的作用就越小。因而能“壓控”的頻率範圍也越小。實際上,由於C1很小(1E-15量級),Co不能忽略(1E-12量級,幾PF)。所以,Cv變大時,降低槽路頻率的作用越來越小,Cv變小時,升高槽路頻率的作用卻越來越大。這一方面引起壓控特性的非線性,壓控範圍越大,非線性就越厲害;另一方面,分給振盪的反饋電壓(Cbe上的電壓)卻越來越小,最後導致停振。採用泛音次數越高的晶振,其等效電容C1就越小;因此頻率的變化範圍也就越小。