RC正弦波振荡电路的设计
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【摘要】 论文对rc文氏电桥正弦振荡器进行了设计，该电桥电路振荡频率f0=1000HZ，输出电压U0=4V（峰值），波形失真系数Kf=0.1％-0.2％。通过设计电路及选取各元件参数，输出电压均符号指标要求。
各种电器设备要正常工作，常常需要各种小波形信号的支持。电器设备中常用的信号有正弦波、矩形波、三角波和锯齿波等。在电器设备中，这些信号是由波形产生和变换电路来提供的。波形产生电路是一种不需外加激励信号就能将直流能源转化成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出电路，又称振荡器或波形发生器。通过与波形变换电路相结合，它能产生正弦波、矩形波、三角波和阶梯波等各种波形，能满足现代测量通信、自动控制和热加工、音视频设备及数字系统等对各种信号源的需求。
RC正弦波振荡电路因其选频网络由R、C元件组成而得名。根据选频网络的结构和连接方式的不同，又可分为文氏电桥振荡器、移相式振荡器和双T式振荡器。RC振荡电路的工作频率较低，一般为1HZ～1MHZ,常采用外稳幅电路，用于低频电子设备中。RC文氏电桥振荡器具有电路简单、易起振和振荡频率易调节等特点，为大多数低频振荡电路所采用。本文设计一个振荡频率f0=1000HZ的文氏电桥正弦振荡器，输出电压U0=4V（峰值），波形失真系数 。通过设计电路及选取各元件参数Kf=0.1％-0.2％，输出电压均符号指标要求。
1、主电路选择
根据输出指标的要求，本设计选择二极管外稳幅的文氏电桥电路。该电路利用二极管的非线性自动调节负反馈的强弱来控制电压的恒定。其中，二极管VD1、VD2组成外稳幅电路，振荡过程中VD1、VD2将交替导通和截止，总有一个处于正向导通状态的二极管与R3并联，由于二极管正向电阻 随 增大而下降，因此负反馈随振幅上升而增加，直到满足振幅平衡条件为止。二极管稳幅电路简单又经济。
图1 二极管外稳幅的文氏电桥振荡器
该电路的放大倍数为
Au=1+RFR4
式中，RF为等效电阻；RF=r∥R3+RP ； 为二极管VD1、VD2导通时的动态电阻。振荡电路刚起振时，输出电压U0幅度较小，rd较大，Au较大，有利于起振。随着振荡的进行，输出电压U0幅度逐渐增大，导致二极管动态电阻 逐渐减小， 逐渐下降，输出电压U0幅度趋于稳定，最终电路达到稳定振荡状态。
2、 电路参数选择
2.1 选择R、C
为了使RC选频网络的特性不受集成运算放大器的输入输出电阻的影响，在选择R时，应满足以下条件
r1＞R＞＞r0
式中，r1是集成运算放大器同相输入电阻； r0是集成运算放大器的输出电阻。查阅集成运放手册，可以初选R2=R1=15KΩ ,则根据式f0=12πRC,可计算出电容值为
C=12πf0R=12×3.14×103×15×103
据此，可选取标称值为C=0.01μF的电容。将C=0.01μF代入式f0=12πRC计算电阻 R的准确值R=15.9KΩ,取标称值R=16KΩ的电阻即可。
2．2 选择 、
电阻R4和RF可根据 文氏电桥振荡电路的振幅起振条件：RF＞2R3来确定，本设计取RF=2.1R4,这样即能保证起振，又不会引起严重的波形失真。同时，为了减小运算放大器输入失调及其漂移的影响，根据平衡电阻概念，应使电阻R4和RF尽量满足R2=R=R4∥RF的条件。联解RF2.1R4和R=R4∥RF可得
R3.12.1R=3.12.1×16KΩ=23.6KΩ
可选取标称值为R4=24KΩ的电阻，则RF的取值为
RF=2.1KΩ=2.1×24KΩ=50.4KΩ
2.3 二极管VD1、VD2的选择
稳幅二极管的选择应特别注意两点：一是为了保证电路的对称性，两个稳幅二极管的特性参数必须匹配；二是为了提高电路的温度稳定性，应采用硅管。由于二极管VD1、VD2导通时的动态电阻rd的值与Rf有关，二极管VD1、VD2的选择还要通过实验调整来确定。
2.4 选择RF和Rf
实验表明，二极管动态电阻rd与并联电阻阻值相当时，稳幅特性和改善波形失真都有较好的效果。通常Rf选几千欧姆，Rf选定后，Rp的值便可以初步确定。因为RF=r∥Rf+Rp
设rd≈Rf ，则RP=RF-rd∥RF-0.5Rf，取Rf=6.8KΩ，则Rp=50.4KΩ-3.4KΩ=47KΩ，选WXWX-3型47KΩ多圈微调电位器。
注意：Rp和Rf的最佳值，仍然要通过实验调整来确定。
2.5 选择集成运算放大器
选择集成运算放大器时，除希望输入电阻较高和输出电阻较低外，最主要的是要选择其增益宽积（（G•BW）能满足下面的关系式，即Aod•BW＞3f0
在实际电路中，可选择运放μA471，它的上限截止频率（即-3dB带宽）fH，10HZ开环差模电压放大倍数Aod=2×105 ，可以满足设计需要。
3、结束语
本文通过工程设计中常采用的方法，根据振荡器的振荡频率和设计原则，合理地选择电路形式和器件，然后进行近似估算确定参数，最后通过实验调整，使电路达到要求的设计指标。
参考文献
［1］ 陈梓城 ，《实用电子电路设计与调试》 中国电力出版社，2006