第3章 正弦波振荡器仿真设计

3.1  RC文氏桥正弦波振荡器仿真设计

    新建RC文氏桥振荡器项目，在项目中添加RC文氏桥振荡器电路，选高增益运放LM358D或UA741CD，设计电路如图3.1所示。

    图3.1  RC文氏桥振荡器电路

振幅起振条件: |AF|>1且Ui 与Uf同相位，才能自激励起振。当起振后又要满足|AF|=1，才能稳定振荡（也就是Ui =Uf）

反馈系数：  

当此网络发生谐振时虚部为零，即RC振荡器震荡角频率为：

此为谐振角频率如果取R₁=R₂=R，C₁=C₂=C，那么

反馈系数F的模如下：

反馈系数F的相角如下：

当选频正反馈网络谐振时正反馈系数|F|=1/3，由振幅起振条件|AF|>1 ，需要负反馈网络组成的闭环增益大于3即

而起振后应该A=3，所以需要R₃、R₄分别是负温度系数热敏电阻和正温度系数热敏电阻，如果不用热敏电阻，有啥办法到稳定后让放大倍数减小呢?下面我们对电路进行分析：

1.对图3.1放置示波器进行仿真，这时A=11倍比较大，看到波形已经限幅了，而且很容易起振，如图3.2所示。注意观察震荡频率是否与理论值995Hz相符。

图3.2 A=11倍时放置电路及波形

2.如果把R₃改成30kΩ，A=4倍看看波形如何，如图3.3所示。

图3.3 A=4倍时放置电路及波形

3. 如果把R₃改成21kΩ，A=3.1倍,看到波形已变成正弦波，如图3.4所示。注意观察震荡频率是否与理论值相符，此时实际震荡频率与理论值995Hz已经接近。

图3.4 A=3.1倍时放置电路及波形

4. 如果把R₃改成20kΩ，A=3倍，看到此时振荡器永远不会起振了。如果我们想个办法，刚起振时候为4倍，而起振完成后变成稍稍小于3倍，不就不在限幅也能起振，得到正弦波输出波形，如图3.5所示。很明显刚起振时候，U₀输出幅度小，D₁、D₂截至，A=4。而起振后，由于二极管D₁、D₂导通R₃//R₅=18.9KΩ，得A≈2.89倍。

图3.5 RC文氏桥正弦波振荡器实际电路及仿真波形

5.如果运放是单电源供电又该咋办呢，就需要抬一下直流电平更改如图3.6所示。

    工作原理：V1通过R6和R2分压，由于2个阻值相等，又由于运放正端输入阻抗无穷大，那么可以认为运放正端的直流电平为V1/2，而负端"虚短"缘故则也为V1/2，从而输出处也为V1/2的直流电平（也可以看做一个电压跟随器，所以负端和输出都为V1/2的直流电平），交流通路就是把V1和C3短路，这样R6和R4接地，由于R2//R6=R1，交流通路没变，所以还是满足振荡条件的。

图3.6 单电源供电仿真结果

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