RC振蕩器使用放大器和RC網絡的組合，由于各級之間的相移而產生振蕩

在放大器教程中我們看到單級晶體管放大器可以產生當以A類型配置連接時，輸出和輸入信號之間的相移為180 o

對于振蕩器無限期地維持振蕩，正確相位的充分反饋，必須提供“正反饋”以及用作反相級的晶體管放大器來實現這一目的。

在RC振蕩器電路中，輸入移位180 o 通過放大器階段和180 o 再次通過第二個反相階段給出“180 o +180 o =相移的360 o “實際上與0 o 相同，從而給出了所需的正反饋。換句話說，反饋環路的相移應為“0”。

在電阻 - 電容振蕩器或簡稱RC振蕩器中，例如，我們利用反饋支路中的RC元件，在RC網絡的輸入和同一網絡的輸出之間發生相移這一事實。

RC相移網絡

左邊的電路顯示一個電阻 - 電容網絡，其輸出電壓“超前”輸入電壓某個角度小于90 o 。一個理想的單極RC電路會產生90° o 的相移，并且因為振蕩需要180° o 相移，所以至少需要兩個單極用于 RC振蕩器設計。

然而實際上很難準確地獲得相移的90° o ，因此使用了更多的階段。電路中的實際相移量取決于電阻和電容的值，并且選擇的相位角（Φ）的振蕩頻率如下：

RC相角

其中：X C 是電容的電抗反應電容器，R是電阻器的電阻，?是頻率。

在上面的簡單示例中， R 和 C 的值有選擇使得在所需頻率下輸出電壓使輸入電壓超過約60 o 的角度。然后，每個連續RC部分之間的相角增加另外60 o ，給出180 o 的輸入和輸出之間的相位差（3 x 60 o ）如下面的矢量圖所示。

矢量圖

然后通過將三個這樣的RC網絡串聯連接在一起，我們可以在所選擇的頻率下在180 o 的電路中產生總相移，這形成了“相移振蕩器”的基礎，也稱為RC振蕩器電路。

我們知道在使用雙極晶體管或運算放大器的放大器電路中，它會在輸入和輸出之間產生180° o 的相移。如果在放大器的輸入和輸出之間連接三級RC相移網絡，則再生反饋所需的總相移將變為3 x 60 o + 180 o = 360 o 如圖所示。

三個RC階段是級聯的一起獲得穩定振蕩頻率所需的斜率。當每級的相移為-60 o 時，反饋回路相移為-180 o 。當ω=2π?= 1.732 / RC （ tan 60 o = 1.732 ）時會發生這種情況。然后在RC振蕩器電路中實現所需的相移是使用多個RC相移網絡，例如下面的電路。

基本RC振蕩器電路

基本RC振蕩器，也稱為相移振蕩器，產生正弦波使用從電阻器 - 電容器組合獲得的再生反饋的輸出信號。來自 RC 網絡的再生反饋是由于電容器存儲電荷的能力（類似于LC振蕩電路）。

該電阻 - 電容反饋網絡可以如上所示連接以產生超前相移（相位超前網絡）或互換以產生滯后相移（相位延遲網絡），結果仍然與正弦波振蕩相同，僅發生在整體頻率處相移為360 o 。

通過改變相移網絡中的一個或多個電阻器或電容器，可以改變頻率，通常這可以通過保持電阻相同并使用3組可變電容器。

如果相移網絡中的所有電阻 R 和電容 C 如果值相等，那么RC振蕩器產生的振蕩頻率如下：

其中：

<跨度>? r 是以赫茲為單位的輸出頻率

R 是以歐姆為單位的電阻

C 是法拉的電容

N 是 RC 階段的數量。 （N = 3）

由于RC振蕩器電路中的電阻 - 電容組合也可用作衰減器，從而產生總衰減在三個階段中， -1 / 29th （Vo / Vi =β），放大器的電壓增益必須足夠高，以克服這些RC損耗。因此，在我們上面的三級RC網絡中，放大器增益必須相等，或者大于 29 。

放大器在反饋網絡上的負載效應有一個對振蕩頻率的影響可能導致振蕩器頻率比計算值高出25％。然后反饋網絡應該從高阻抗輸出源驅動并饋入低阻抗負載，例如共發射極晶體管放大器，但更好的是使用運算放大器，它完全滿足這些條件。

運算放大器RC振蕩器

當用作RC振蕩器時，運算放大器RC振蕩器比它們的雙極晶體管更常見。振蕩器電路由負增益運算放大器和三段 RC 網絡組成，產生180 o 相移。相移網絡從運算放大器輸出連接回其“反相”輸入，如下所示。

運算放大器RC振蕩器電路

當反饋連接到反相輸入時，運算放大器因此以其“反相放大器”配置連接，產生所需的180 o 相移，而 RC 網絡以所需頻率產生另一個180 o 相移（180 o + 180 o ）。

盡管可以僅將兩個單極 RC 級組合在一起，以提供所需的180° o 相移（90 o + 90 o ），振蕩器在低頻時的穩定性通常很差。

RC振蕩器最重要的特性之一是它的頻率穩定性是在不同負載條件下提供恒定頻率正弦波輸出的能力。通過級聯三個甚至四個 RC 級（4 x 45 o ），可以大大提高振蕩器的穩定性。

通常使用具有四級的RC振蕩器，因為通常可用的運算放大器采用四IC封裝，因此設計相對于彼此具有45°相移的4級振蕩器相對容易。

RC振蕩器穩定并提供形狀良好的正弦波輸出，其頻率與 1 / RC 成比例，因此頻率范圍更寬使用可變電容器時是可能的。然而，RC振蕩器僅限于頻率應用，因為它們的帶寬限制能夠在高頻下產生所需的相移。

RC振蕩器示例No1

A 3級RC相移振蕩器需要產生 6.5kHz 的振蕩頻率。如果在反饋電路中使用 1nF 電容，則計算頻率確定電阻的值和維持振蕩所需的反饋電阻值。同時繪制電路。

給出相移RC振蕩器的標準公式為：

該電路應為3級RC振蕩器，因此由相同的電阻和3個相等的 1nF 電容組成。由于振蕩頻率為6.5kHz，電阻值計算如下：

運算放大器增益必須等于29才能維持振蕩。振蕩電阻的電阻值10kΩ，因此運算放大器反饋電阻 R f 的值計算如下：

RC振蕩器運算放大器電路

在下一個關于振蕩器的教程中，我們將研究另一種稱為Wien橋振蕩器的RC振蕩器，它使用電阻和電容作為其振蕩電路來產生低頻正弦波形。