相移互补式振荡器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及振荡器领域，其公开了一种相移互补式振荡器，由一个放大器和一个相移互补单元构成；所述相移互补单元为两级相移网络。本发明的有益效果是：作为经典的RC相移振荡器的替代电路，本发明整个电路中放大器和相移互补单元的相移均为零，以此保证整个电路成为正反馈放大器，这种电路的组成方式符合振荡器结构的一般要求，因而本发明是相移振荡器的全新构成方式。由于相移网络的结构从三级变成两级，其中参与分压及分流的电阻和电抗元件数目减少，因此内部各环节的信号大小具有较好的一致性。它涉及两种相似的电路结构，由此衍生的具体电路（指交流通路）共有四个。
【专利说明】相移互补式振荡器 【技术领域】
[0001] 本发明设及振荡器领域，尤其设及一种相移互补式振荡器。 【【背景技术】】
[0002] 正弦波振荡器作为电子电路的基本单元电路，对电路的整体功能实现具有基础性 的地位与作用。经典的R讨目移振荡器由反相电压放大器与反相R讨目移网络构成，运两部分 分别产生180°的相移，最终使整个电路成为正反馈放大器，得到正弦波振荡。经典的RC相移 振荡器的相移对象只能是电压，同时，经典的RC相移振荡器相移网络的结构有S级。
[0003] 由于运种相移网络的结构有=级，其中参与分压及分流的电阻电容器件过多，会 导致经过相移网络后信号有较大的衰减。因此，经典的RC相移振荡器内部各环节的信号大 小缺乏一致性。然而，除运种经典的RC相移振荡器W外，关于相移振荡器，至今没有其它实 现方式的提出。 【
【发明内容】
】
[0004] 为了解决现有技术中的问题，本发明构造了一种全新的相移互补式振荡器。
[0005] 本发明是相移振荡器的一种新的实现方式，与经典的RC振荡器实现方式相比，其 中的放大器既可W是电压放大器，也可W是电流放大器;其中相移网络的结构只有两级，相 移网络中的电抗元件既可W是电容，也可W是电感。
[0006] 本发明提供了一种相移互补式振荡器，由一个放大器和一个相移互补单元构成； 所述相移互补单元为两级相移网络。
[0007] 作为本发明的进一步改进:所述两级相移网络由一个电阻和两个电抗性质相同的 电抗元件组成;所述两个电抗性质相同的电抗元件同为电容或同为电感。
[000引作为本发明的进一步改进:在图1及图2的实施例中，所述放大器为电流放大器，当 输入端的交流电流方向是流入放大器时，该电流放大器在输出端所得到的交流电流方向是 流出放大器的。
[0009] 作为本发明的进一步改进:在图3及图4的实施例中，所述放大器为电压放大器，该 电压放大器为同相放大器。
[0010] 作为本发明的进一步改进:所述两级相移网络对电流或电压相位的影响具有互补 性。
[0011] 作为本发明的进一步改进:所述两级相移网络中的前后两级结构所产生的相移是 相反的，一级为超前，另外一级为滞后，W达到相移互补的目的。
[0012] 作为本发明的进一步改进:在图1及图2的实施例中，所述两个电抗性质相同的电 抗元件为第一电抗元件和第二电抗元件;所述放大器的输出端同时连接所述电阻的第一端 和所述第一电抗元件的第一端;所述放大器的输入端同时连接所述第一电抗元件的第二端 和所述第二电抗元件的第一端;所述电阻的第二端和所述第二电抗元件的第二端均接地。
[0013] 作为本发明的进一步改进:在图3及图4的实施例中，所述两个电抗性质相同的电 抗元件为第一电抗元件和第二电抗元件;所述放大器的输出端与所述电阻串联后再与所述 第一电抗元件串联;所述第一电抗元件的第二端同时连接所述第二电抗元件的第一端和所 述放大器的输入端;所述第二电抗元件的第二端接地。
[0014]本发明的有益效果是:作为经典的R讨目移振荡器的替代电路，本发明整个电路中 放大器和相移互补单元的相移均为零，W此保证整个电路成为正反馈放大器，运种电路的 组成方式符合振荡器结构的一般要求，因而本发明是相移振荡器的全新构成方式。由于相 移网络的结构从=级变成两级，其中参与分压及分流的电阻和电抗元件数目减少，因此内 部各环节的信号大小具有较好的一致性。它设及两种相似的电路结构，由此衍生的具体电 路(指交流通路)共有四个。 【【附图说明】】 图1是本发明一实施例示意图，为电流型RC相移互补式振荡器； 图2是本发明又一实施例示意图，为电流型化相移互补式振荡器； 图3是本发明另一实施例示意图，为电压型RC相移互补式振荡器； 图4是本发明再一实施例示意图，为电压型化相移互补式振荡器。 【【具体实施方式】】 下面结合附图及【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0017] 本发明提供了一种相移互补式振荡器，由一个放大器和一个相移互补单元构成； 所述相移互补单元为两级相移网络。
[0018] 所述两级相移网络由一个电阻和两个电抗性质相同的电抗元件组成;所述两个电 抗性质相同的电抗元件同为电容或同为电感。
[0019] 在图1及图2的实施例中，所述放大器为电流放大器，当输入端的交流电流方向是 流入放大器时，该电流放大器在输出端所得到的交流电流方向是流出放大器的。
[0020] 在图3及图4的实施例中，所述放大器为电压放大器，该电压放大器为同相放大器。
[0021] 所述两级相移网络对电流或电压相位的影响具有互补性。
[0022] 所述两级相移网络中的前后两级结构所产生的相移是相反的，一级为超前，另外 一级为滞后，W达到相移互补的目的。
[0023] 在图1及图2的实施例中，所述两个电抗性质相同的电抗元件为第一电抗元件和第 二电抗元件;所述放大器的输出端同时连接所述电阻的第一端和所述第一电抗元件的第一 端;所述放大器的输入端同时连接所述第一电抗元件的第二端和所述第二电抗元件的第一 端;所述电阻的第二端和所述第二电抗元件的第二端均接地。
[0024] 在图3及图4的实施例中，所述两个电抗性质相同的电抗元件为第一电抗元件和第 二电抗元件;所述放大器的输出端与所述电阻串联后再与所述第一电抗元件串联;所述第 一电抗元件的第二端同时连接所述第二电抗元件的第一端和所述放大器的输入端;所述第 二电抗元件的第二端接地。
[0025] 本发明给出了相移振荡器的全新构成方式，可W称为相移互补式振荡器。其电路 结构有两种相似的形式，分别是电流型相移互补式振荡器和电压型相移互补式振荡器。由 此衍生的具体电路共有四个(指交流通路，而实现交流通路的实际电路更是多样的）。运是 关于正弦波振荡器基本结构的一项技术改进，在此基础上可W搭建出丰富的电路实例。
[0026] 相移互补单元（即两级相移网络）的构成方式:相移互补单元有两种构成方式，即 电流型相移互补单元(见图1和图2中的相移互补单元，两图的区别在于电抗元件分别是电 容和电感)和电压型相移互补单元(见图3和图4中的相移互补单元，两图的区别在于电抗元 件分别是电容和电感）。
[0027] 电流放大器与电流型相移互补单元构成电流型相移互补式振荡器，它有电流型RC 相移互补式振荡器（图1)和电流型化相移互补式振荡器（图2)两种具体形式；电压放大器与 电压型相移互补单元构成电压型相移互补式振荡器，它有电压型RC相移互补式振荡器（图 3)和电压型化相移互补式振荡器(图4)两种具体形式。
[002引定性分析： 对于满足前述电流方向要求的电流放大器而言，如果将输出电流无相移地反馈至输入 端，整个电路就成为正反馈放大器，从而有可能实现正弦波振荡。而电流型相移互补单元的 功能就是将输出电流无相移地反馈至输入端。在图1中，考虑相移互补单元两端电流ii与i。 的相位关系。由于Ri与C2并联，因此相移互补单元也包括Ri，它由两级RC相移网络构成。Ri与 C2并联，构成第一级相移网络，运一级的总电流iA超前于电阻支路电流ii。若不考虑Ri与C2的 影响，R与Cl构成第二级相移网络，运一级的总电流i。滞后于电容支路电流；即使考虑Ri与C2 的影响，此支路仍为容性支路，总电流i。滞后于容性支路电流iA的定性结论也不会改变。总 的来说，图1中的两级RC相移网络对电流相位的影响起到了相互抵消的效果，它也因此而被 命名为电流型相移互补单元。一般地说，相移的变化情况与频率有关。在某个频率下，相移 互补单元所产生的电流总相移将为零，使整个电路成为正反馈放大器，得到正弦波振荡；因 此运个频率也就成为振荡频率。
[0029] 同理，在图2中，两级RL相移网络对电流相位的影响起到了相互抵消的效果，只是 第一级相移网络产生滞后作用，第二级相移网络产生超前作用。
[0030] 对于同相电压放大器而言，如果将输出电压无相移地反馈至输入端，整个电路就 成为正反馈放大器，从而有可能实现正弦波振荡。而相移互补单元的功能就是将输出电压 无相移地反馈至输入端。在图3中，考虑相移互补单元两端电压Vi与V。的相位关系。由于Ri与 C2并联，因此相移互补单元也包括Ri，它由两级RC相移网络构成。Ri与C2并联，构成第一级相 移网络，运一级的电流iA超前于电压Vi。若不考虑Ri与C2的影响，R与Cl构成第二级相移网络， 由于电阻与电容分压，运一级的总电压V。滞后于本支路的电流iA;即使考虑Ri与C2的影响， 电阻与容性器件分压的特点不会改变，运一级的总电压V。滞后于本支路的电流iA的定性结 论也不会改变。总的来说，图3中的两级RC相移网络对电压相位的变化起到了相互抵消的效 果，因此它就被命名为电压型相移互补单元。在某个频率下，相移互补单元所产生的电压总 相移将为零，使整个电路成为正反馈放大器，得到正弦波振荡；因此运个频率也就成为振荡 频率。
[0031] 同理，在图4中，两级RL相移网络对电压相位的变化起到了相互抵消的效果，只是 第一级相移网络产生滞后作用，第二级相移网络产生超前作用。
[0032] 定量分析； 考虑因形式简单而便于应用，从而有较大应用价值的情况。运就是两个电抗元件的元 件参数相同的情况（即相移互补单元中的两个电容的电容值相同或两个电感的电感值相 同）。
[00削 1.当Ci = Cs =別寸，分析电流型RC相移互补式振荡器（图1) 基本放大器的增益为
胃.絶r邮由施刑化啟百^苗壬'!的R?偶态掀兩
它可化 由此得； 一般而言，电路起振条件是T( j CO ) > 1。在
时，环路增益为正，说明此时 电流型两级RC相移网络对相位的影响正好相互抵消，输出电流无相移地反馈至输入端，整 个电路成为正反馈放大器。更准确地说，当Ai>l+2Ri/則寸，环路增益大于1。由此可知，电流 型RC相移互补式振荡器(图1)的起振条件可W具体表达为 Ai>l+2Ri/R 对应的振荡角频率为 振荡频率为
2.当^ = 1^2 = 1时，分析电流型化相移互补式振荡器（图2) 运种情况就是将图1中两个电容都替换成大小为L的电感而得到的电路，因此算式中电 容的阻抗（j ? C) -1也应替枪九由咸的阳坑1 ?
L曲而巧路蜡益姑欣巧写为 由此得到，起振条件是 Ai>l+2Ri/R 对应的振荡角频率为
振荡频率为
3. 当Ci = C2 =別寸，分析电压型RC相移互补式振荡器（图3) 基本放大器的增益为
反馈网络（即电压型相移互补单元)的反馈系数为
它可^巧 环路增置 在
时，环路增益为正，说明此时电压型两级R讨目移网络对相位的影响
正好相互抵消，输出电压无相移地反馈至输入端，整个电路成为正反馈放大器。更准确地 说，当Av>^R/Ri时，环路增益大于1。由此可知，电压型RC相移互补式振荡器（图3)的起振条 件可W具体表达为 Av>2+R/Ri 对应的振荡角频率为 振荡频率为 4. 当^ = 1^2 = 1时，分析电压型化相移互补式振荡器（图4) 运种情况就是将图3中两个电容都替换成大小为L的电感而得到的电路，因此算式中电 容的阻抗(jcoCri也应替换为电感的阻抗jcoL，故而环路增益相应地写为
由此得到，起振条件是 Av>2+R/Ri 对应的振荡角频率为 振荡频率为
[0034] 特别说明： 根据W上定性分析和定量分析，通过对根据图1-图4所示相移互补式振荡器(交流通 路)而搭建出的多个电路实例进行电路实验，已证实运类电路可W振荡，且起振条件及振荡 频率与前述理论分析的结论一致，运验证了本发明的设想与设计是可行的，分析是正确的。
[0035] 对于前述分析的两个电抗元件参数相同的情况，电路能否起振与起振后振荡频率 的决定因素都具有简明而易于判定的特点，即：电路能否起振只取决于放大器增益和电阻 的简单比较，而振荡频率的表达式是只与电抗元件和电阻有关的简单算式。
[0036] W上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于运些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种相移互补式振荡器，其特征在于：由一个放大器和一个相移互补单元构成;所述 相移互补单元为两级相移网络。2. 根据权利要求1所述的相移互补式振荡器，其特征在于:所述两级相移网络由一个电 阻和两个电抗性质相同的电抗元件组成;所述两个电抗性质相同的电抗元件同为电容或同 为电感。3. 根据权利要求1所述的相移互补式振荡器，其特征在于:所述放大器为电流放大器， 当输入端的交流电流方向是流入放大器时，该电流放大器在输出端所得到的交流电流方向 是流出放大器的。4. 根据权利要求1所述的相移互补式振荡器，其特征在于:所述放大器为电压放大器， 该电压放大器为同相放大器。5. 根据权利要求1所述的相移互补式振荡器，其特征在于:所述两级相移网络对电流或 电压相位的影响具有互补性。6. 根据权利要求1所述的相移互补式振荡器，其特征在于:所述两级相移网络中的前后 两级结构所产生的相移是相反的，一级为超前，另外一级为滞后，以达到相移互补的目的。7. 根据权利要求2和3所述的相移互补式振荡器，其特征在于:所述两个电抗性质相同 的电抗元件为第一电抗元件和第二电抗元件;所述放大器的输出端同时连接所述电阻的第 一端和所述第一电抗元件的第一端;所述放大器的输入端同时连接所述第一电抗元件的第 二端和所述第二电抗元件的第一端;所述电阻的第二端和所述第二电抗元件的第二端均接 地。8. 根据权利要求2和4所述的相移互补式振荡器，其特征在于:所述两个电抗性质相同 的电抗元件为第一电抗元件和第二电抗元件;所述放大器的输出端与所述电阻串联后再与 所述第一电抗元件串联;所述第一电抗元件的第二端同时连接所述第二电抗元件的第一端 和所述放大器的输入端;所述第二电抗元件的第二端接地。
【文档编号】H03B5/24GK105827206SQ201610151657
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】于红兵
【申请人】成都信息工程大学