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具有运算放大器的Twin-T振荡器电路

2020-9-27 10:12:31  149 运算放大器 振荡器 电路设计
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Twin-T振荡器是另一种RC振荡器,它产生正弦波输出以用于类似于Wein-bridge振荡器的固定频率应用。的双T振荡器使用两个“T”形形状的RC的反相放大器的输出和输入端之间在其反馈回路网络(因此而得名)。
如我们所见,振荡器基本上是具有正反馈的放大器,具有保持振荡所需的固定电压增益,而Twin-T振荡器也不例外。由Twin-T配置的RC网络提供反馈,允许一些输出信号反馈到放大器的输入端子。因此,Twin-T RC网络提供了180 o的相移,而放大器提供了另外180 o的相移。这两个条件总共产生360 o的相移,从而允许持续的振荡。
与典型的RC相移振荡器(将反馈电阻和电容器配置为梯形网络)或标准Wien桥振荡器(以桥配置使用电阻器和电容器)不同,双T振荡器(有时称为并联振荡器)如图所示,T振荡器使用无源电阻电容(RC)网络,其中两个互连的“ T”部分(它们的R和C元素以相反的形式)并联在一起。

双T网络

显然,我们可以看到其中一个RC无源网络具有低通响应,而另一个具有高通响应,并且我们在关于陷波滤波器的教程中已经看到了这种RC网络的布置。此时所不同的是,我们使用组合并联RC T-配置的网络来产生,其具有中心频率的陷波型应答ƒ Ç等于振荡的所需空频。
结果是由于通过Twin-T网络创建的负反馈路径,在高于或低于调谐陷波频率的频率上不会发生振荡。但是,在调谐频率下,任何负反馈都可以忽略不计,从而允许由放大设备创建的正反馈路径占主导地位,从而在一个单一频率上产生振荡(不同于维恩桥振荡器,后者可以在较大的频率范围内进行调整)。
然后,Twin-T振荡器的选频Twin-T网络产生输出传递函数,陷波的频率,深度和相移由所使用的分量值确定。因此,由以下等式定义了组成RC网络的各个twin-T网络:
对于低通RCR网络:


对于高通CRC网络:


将这两组方程式组合在一起将为我们提供陷波的零频率或中心频率的最终方程式,从而导致双T型网络产生振荡。

  • 哪里:
  • ƒ Ç   是振荡的频率(赫兹)
  • R    是以欧姆为单位的反馈电阻
  • C    是以法拉表示的反馈电容
  • π    (pi)是一个常数,值约为3.142

为振荡器确定了Twin-T网络,该网络会产生所需的180 o的相移,该相移发生在-90 o至+90 o的零频率(与Wien桥振荡器的零至180 o相反) ,我们需要一个放大器电路来提供电压增益。通过将RC反馈网络与运算放大器相结合,可以最好地实现Twin-T振荡器的奇妙之处,因为由于其高输入阻抗特性,因此与晶体管相比,这种类型的振荡器的运算放大器往往工作得更好。

双T放大标准运算放大器可以提供高电压增益,高输入阻抗以及低输出阻抗,因此是用于双T振荡器的出色放大器。在振荡频率,ƒ Ç反馈增益下降到几乎为零,所以我们需要与电压增益远大于1(单一)的放大器。
振荡所需的正反馈由反馈电阻R 1提供,而电阻R 2确保启动。作为一般经验法则,为确保电路振荡尽可能接近所需的频率,这两个电阻的比率必须大于一百(> 100)。
为了在振荡频率上获得所需的正增益,我们可以使用同相放大器配置,其中一小部分输出电压信号 通过合适的分压器网络直接施加到同相(  +)输入端子。双T型振荡器电路产生的负反馈连接到反相(  -  )输入端子。如图所示,这种闭环配置可产生具有非常好的稳定性,非常高的输入阻抗和较低的输出阻抗的同相振荡器电路。

双T型振荡器电路

然后我们可以看到twin-T振荡器通过分压器网络接收到同相输入的正反馈,并通过twin-T RC网络接收到它的负反馈。为确保电路以所需的单频振荡,“ T形腿”电阻器R / 2可以是可调节的微调电位器,但也可以进行调整以补偿电容器的容差,以使电路在启动时振荡。

双T型振荡器示例1需要双T型振荡器电路来产生1kHz正弦输出信号,以用于电子电路。如果使用增益比为200的运算放大器,请计算频率确定组件R和C的值以及增益电阻的值。
振荡频率应为1kHz,如果我们为两个反馈电阻选择一个合理的值R为10kΩ(请记住,这两个电阻必须具有相同的值),则可以使用以下公式计算所需的电容器值:从上方振荡。

因此,R =10kΩ,C = 16nF。中心三通脚电容器2C = 2 x 16nF = 32nF,因此使用最接近的首选值33nF。
由于高通分支三通电容器的值是33nF,因此不完全等于2C(2 x 16nF),因此我们可以对此变化进行调整,并通过调整低通分支三通来确保正确启动振荡-相同数量的电阻。因此,R (支路)的精确值为10kΩ/ 2 =5kΩ,但是该电阻的计算值为:R (支路) = R /(33nF / 16nF)=4.85kΩ。显然,在本示例中,使用5kΩ的微调电位器将满足我们的要求。
运算放大器的环路增益要求为200,因此,如果我们为R 2选择一个1kΩ的值,则电阻R 1将为200kΩ,如图所示。

最终的Twin-T振荡器电路

双T型振荡器电路摘要我们在本教程中已经看到,可以使用一些无源元件和一个运算放大器轻松构建Twin-T振荡器电路。双T型振荡器电路将调谐RC网络用于反馈电路,以产生所需的正弦输出波形。它们是两个并联在一起的T网络,彼此反相工作,在零频率下产生零输出,而在所有其他频率下产生有限的输出。
结果,由于通过Twin-T RC网络产生的负反馈,电路不会在高于或低于调谐频率的频率下振荡。因此,在零频率下,运算放大器的同相输入端的电压与其输出电压同相,从而在所需频率下产生连续振荡。
为了确保振荡频率尽可能接近零频率,可以在低通级的三通腿电阻中使用一个微调电位器,以平衡RC网络的启动和输出波形的纯度,这是其中之一。 “ twin-T振荡器”的主要缺点在于,振荡频率和输出波形的质量很大程度上取决于twin-T网络中电阻器和电容器的相互作用,因此,显然必须确定这些元件的值和选择以确保在所需的零频振荡。

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