相移振荡器电路-维恩桥，缓冲，正交，布巴

相移振荡器是一种振荡器电路设计产生正弦波输出。它使用单个有源元件，如BJT或配置为反相放大模式的运放工作。

该电路通过使用设置在梯形网络中的RC(电阻/电容)电路，产生从输出到输入的反馈。这种反馈的引入使放大器输出的相位在振荡器频率上发生180度的正“位移”。

由RC网络产生的相移幅度是频率相关的。更高的振荡器频率产生更大的相移量。

下面的全面解释将帮助我们更详细地了解这个概念。

在以前的文章我们了解了设计运放相移振荡器电路时需要考虑的关键因素。在这篇文章中，我们将进一步深入，了解更多关于相移振荡器的类型以及如何通过公式计算出涉及的参数。

维恩电桥电路

下面给出的图显示了温电桥电路的设置。

在这里，我们可以在运放的正输入处中断循环，并使用以下公式2计算返回信号:

当⍵= 2πpf = 1/RC，反馈处于阶段(正反馈)，具有增益1／3．

因此，振荡需要运放电路的增益为3。

当RFr = 2G，放大器增益为3，振荡始于f = 1/2πRC。

在我们的实验中，电路振荡在1.65 kHz，而不是1.59 kHz，使用图3中指示的部分值，但有一个明显的失真。

下一幅图展示了一个具有非线性反馈．

我们可以看到一种灯的RL，它的灯丝电阻被选择得非常低，大约是RF反馈电阻值的50%，因为灯的电流由RF和RL定义。

灯电流和灯电阻之间的非线性关系，有助于保持输出电压的变化在最小的水平。

你也可以发现许多电路使用二极管而不是上面解释的非线性反馈元件的概念。

二极管的使用有助于通过提供一个温和的输出电压控制来降低失真水平。

然而，如果上述方法对你不有利，那么你必须采用AGC方法，这同样有助于得到一个减少失真。

下图显示了使用AGC电路的普通温桥振荡器。

这里，它通过D1对负正弦波进行采样，样本存储在C1中。

计算R1和R2时，偏差集中在Q1上，以确保(RG+ R第一季度) = RF/2与预期输出电压。

如果输出电压趋于更高，Q1的电阻上升，从而降低增益。

在第一维恩桥振荡器电路中，可以看到0.833伏特的电源应用于正运放输入引脚。这样做是为了将输出静态电压集中在VCC/2 = 2.5 V。

相移振荡器(一个运放)

如上所示，一个相移振荡器电路也可以只使用一个运放来构建。

传统的想法是，在相移电路中，各阶段是孤立的，彼此是自治的。这给了我们以下的方程:

当单个截面相移为-60°时，回路相移为-180°。发生这种情况时⍵= 2πpf＝1.732 / RC因为切线60°= 1.73。

此时β的值恰好是(1/2)^3.，这意味着增益A必须为8级，系统增益为1级。

在这张图中，显示部分值的振荡频率为3.76 kHz，而不是根据计算的2.76 kHz振荡频率。

此外，激发振荡所需的增益被测量为26，而不是根据计算增益8。

这些类型的不准确性在某种程度上是由于组件的缺陷。

然而，最重要的影响方面是由于错误的预测，即RC阶段从不影响彼此。

这种单运放电路设置曾经是相当知名的时候，主动组件是庞大和高价格。

现在运放经济和紧凑，可以在一个包内四个数字，因此单运放相移振荡器最终失去了它的识别。

缓冲相移振荡器

我们可以在上图中看到一个缓冲相移振荡器电路，脉动在2.9 kHz，而不是预期的理想频率2.76 kHz，增益为8.33，而不是理想增益8。

缓冲器禁止RC部分相互影响，因此缓冲器相移振荡器能够更接近计算的频率和增益。

电阻RG负责增益设置，加载第三RC段，允许四管运放中的第4运放作为该RC段的缓冲器。这使得效率水平达到一个理想值。

我们可以从任何相移振荡器阶段提取低失真的正弦波，但最自然的正弦波可以从最后一个RC部分的输出得到。

这通常是一个高阻抗低电流结，因此必须在这里使用高阻抗输入级电路，以避免负载变化响应的负载和频率偏差。

正交振荡器

正交振荡器是相移振荡器电路的另一个版本，然而，三个RC阶段放在一起的方式，每个部分加起来90°相移。

输出被命名为正弦和余弦(正交)，只是因为在运放输出之间存在90°相移。环路增益由公式4确定。

与⍵= 1 / RC式5化简为√-180°，导致在⍵= 2πpf = 1/RC。

实验电路的脉冲为1.65 kHz，而计算值为1.59 kHz，这种差异主要是由于部分值的变化。

布巴振荡器

上图所示的Bubba振荡器电路是相移振荡器的另一种变体，但它得益于四运放封装而产生了一些独特的特性。

四个RC部分要求45°相移为每个部分，这意味着该振荡器具有一个杰出的dΦ/dt来减少频率偏差。

每个RC截面产生45°相移。意思是，因为我们有输出从交替部分确保低阻抗正交输出。

每当从每个运放提取输出时，电路产生4个45°相移正弦波。循环方程可以写成:

当⍵= 1 / RCs，将上述方程压缩为公式7和8。

增益A应该达到4的值，从而引发振荡。

分析电路在1.76 kHz振荡，而不是理想频率1.72 kHz，而增益似乎是4.17，而不是理想增益4。

由于增益减少一个和低偏置电流运算放大器，负责固定增益的电阻RG不加载最终的RC部分。这保证了最准确的振荡器频率输出。

从R和RG的连接处可以获得极低失真的正弦波。

当所有输出都需要低失真的正弦波时，增益实际上应该均匀地分布在所有的放大器中。

增益运放的非反相输入偏置在0.5 V，从而产生2.5 V的静态输出电压。增益分布需要对其他放大器进行偏置，但它肯定不会对振荡频率有任何影响。

结论

在上面的讨论中，我们了解到运放相移振荡器电路被限制在频段的下端。

这是由于运放没有必要的带宽来实现低相移在更高的频率。

在振荡器电路中应用现代的电流反馈运算放大器看起来很困难，因为它们对反馈电容非常敏感。

电压反馈运算放大器被限制在只有几个100 kHz，因为它们建立过多的相移。

维恩桥振荡器使用少量部件工作，其频率稳定性非常好。

但是，在温电桥振荡器电路中降低失真比启动振荡过程本身更容易。

正交振荡器当然使用一对运算放大器运行，但它包含更高的失真。然而，相移振荡器，如布巴振荡器表现出更低的失真和一些像样的频率稳定性。

话虽如此，这种类型的相移振荡器电路的增强功能并不便宜，因为在电路的各个阶段涉及的部件成本更高。

相关网站
www.ti.com/sc/amplifiers
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2471.html
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2472.html
www.ti.com/sc/docs/products/analog/tlv2474.html