一、RC 相移振荡器概述
RC 相移振荡器作为一种电子振荡器电路,在音频领域广泛应用,主要用于产生正弦波输出。其工作原理是借助 RC 网络与有源组件协同作用实现振荡。
二、相移原理与基本电路构成
单个 RC 网络通常使输入信号相位偏移不超过 60 度。

理想 RC 电路相移虽为 90 度,但实际受电容不理想性影响,相位角 φ 的计算公式为 φ = tan⁻¹(Xc/R),其中 Xc 是电容的容抗,R 是与之相连的电阻值。当多个 RC 网络级联时,可实现 180 度相移,为振荡产生必要条件。


理想 RC 电路相移虽为 90 度,但实际受电容不理想性影响,相位角 φ 的计算公式为 φ = tan⁻¹(Xc/R),其中 Xc 是电容的容抗,R 是与之相连的电阻值。当多个 RC 网络级联时,可实现 180 度相移,为振荡产生必要条件。

三、有源组件选择考量
在构建 RC 相移振荡器时,相较于晶体管,运算放大器具有显著优势。晶体管存在一些局限性:
仅在低频下稳定。
波形幅度稳定需额外电路。
频率精度欠佳,易受噪声干扰。
不利的加载效应明显,随着级联滤波器增多,输入阻抗变化会干扰前级滤波器电阻特性,进而影响相移振荡器频率准确性。此外,电阻和电容两端衰减致使每级损耗增加,总损耗约达输入信号的 1/29,需相应恢复损失。
四、运算放大器在 RC 相移振荡器中的应用
运算放大器在 RC 相移振荡器中充当反相放大器角色。输入波先经过 RC 网络产生 180 度相移,随后此输出馈送至运算放大器的反相端,由于运算放大器在反相放大模式下会带来额外 180 度相移,最终输出正弦波实现 360 度相移,且其输出频率在变化负载条件下仍能保持恒定。
五、典型组件配置与工作原理
以常见运算放大器 RC 相移振荡器为例,其组件包括:运算放大器 IC(如 LM741)、电阻器(100kΩ、10kΩ、4.7kΩ 等)、电容器(100pF 等)。
电路原理图

使用运算放大器模拟RC相移振荡器
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电路原理图

使用运算放大器模拟RC相移振荡器
RC相移振荡器提供准确的正弦波输出。在最后的仿真视频中可以看到,我们已经将示波器的探头设置为电路的四个阶段。

工作时,反馈网络提供 180 度相移,每个 RC 网络贡献 60 度相移,反相配置的运算放大器产生剩余 180 度相移。振荡频率计算公式为 F = 1/(2πRC√2N),其中 F 表示振荡频率,R 是电阻值,C 表示电容值,N 代表相移阶数。需注意,基于运算放大器的 RC 相移振荡器存在局限,因其电容在高频时电抗降低,近似短路,故不适用于高频场景。
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