当作为共发射极型放大器连接时，单级晶体管放大器可以在其输出和输入信号之间产生 180 o的相移，我们可以使用这种配置来产生 RC 振荡器电路。

但是我们可以通过在晶体管周围放置电阻电容 (RC) 网络来将晶体管级配置为作为振荡器运行，以提供所需的再生反馈，而无需储能电路。选频 RC 耦合放大器电路易于构建，并且可以通过选择适当的电阻和电容值使其在任何所需频率下振荡。

对于 RC 振荡器无限期地维持其振荡，必须提供正确相位的足够反馈，即正（同相）反馈以及用于将足够的环路增益注入闭环的单晶体管放大器的电压增益。循环电路，以维持振荡，使其能够以选定的频率连续振荡。

在RC 振荡器电路中，输入通过反馈电路偏移 180度，返回异相信号，并通过反相放大器级再次偏移180度，以产生所需的正反馈。然后这给了我们“180 o  + 180 o  = 360 o ”的相移，实际上与 0 o相同，从而给了我们所需的正反馈。换言之，反馈环路的总相移应为“0”或 360 度的任意倍数才能获得相同的效果。

在电阻电容振荡器或简称为RC 振荡器中，我们可以利用这样一个事实，即通过在反馈分支中使用互连的 RC 元件，在 RC 网络的输入和同一网络的输出之间发生相移，例如。

RC 相移网络

左边的电路显示了一个电阻电容网络，其输出电压“超前”输入电压的角度小于 90度。在纯或理想的单极 RC 网络中。它会产生恰好 90度的最大相移，并且由于振荡需要180度的相移，因此在RC 振荡器设计中必须至少使用两个单极网络。

然而，实际上很难为每个 RC 级获得精确的 90 o相移，因此我们必须使用更多的 RC 级级联在一起以获得振荡频率下的所需值。电路中的实际相移量取决于电阻器 (R) 和电容器 (C) 的值，在选定的振荡频率下，相位角 ( φ ) 给出 如下：

RC 相角

其中：X C是电容器的容抗，R 是电阻器的电阻，ƒ是频率。

在我们上面的简单示例中，已选择R和C的值，以便在所需频率下输出电压超前输入电压约 60度角。然后，每个连续 RC 部分之间的相位角再增加 60 度，从而使输入和输出之间的相位差为 180度（3 x 60度），如下面的矢量图所示。

矢量图

因此，通过将三个这样的 RC 网络串联起来，我们可以在所选频率的电路中产生 180度的总相移，这形成了“RC 振荡器”的基础，也称为相移振荡器，因为相位角是通过电路的每一级移动一定量。然后相移发生在各个 RC 级之间的相位差中。方便的运算放大器电路采用四路 IC 封装。例如，LM124 或 LM324 等，因此也可以使用四个 RC 级在所需的振荡频率下产生所需的 180 o相移。

我们知道，在使用双极晶体管或反相运算放大器配置的放大器电路中，它会在其输入和输出之间产生 180 o的相移。如果在放大器电路的输出和输入之间连接一个三级 RC 相移网络作为反馈网络，则产生所需再生反馈的总相移为：3 x 60 o + 180 o =  360 o  = 0 o如图所示。

三个 RC 级级联在一起以获得稳定振荡频率所需的斜率。当每一级的相移为-60 o时，反馈回路相移为-180 o。这发生在jω = 2piƒ = 1/1.732RC as ( tan 60 o  = 1.732 ) 时。那么在一个RC振荡电路中实现所需的相移就是使用多个RC移相网络，例如下面的电路。

基本 RC 振荡器电路

基本RC 振荡器也称为相移振荡器，使用从电阻 - 电容器 (RC) 梯形网络获得的再生反馈产生正弦波输出信号。来自RC网络的这种再生反馈是由于电容器存储电荷的能力（类似于 LC 储能电路）。

这个电阻电容反馈网络可以如上所示连接以产生超前相移（相位超前网络）或互换以产生滞后相移（相位延迟网络）结果仍然与正弦波振荡仅发生在总相移为 360 o的频率。

通过改变相移网络中的一个或多个电阻器或电容器，可以改变频率，通常这是通过保持电阻器相同并使用 3 联可变电容器来实现的，因为容抗 (X C )随着频率变化，因为电容器是频率敏感元件。但是，可能需要针对新频率重新调整放大器的电压增益。

如果三个电阻R的值相等，即R 1 = R 2 = R 3，并且相移网络中的电容器C的值也相等，C 1= C 2 = C 3，则频率由 RC 振荡器产生的振荡简单地给出为：

• 在哪里：
• ƒ r  是以赫兹为单位的振荡器输出频率
• R   是以欧姆为单位的反馈电阻
• C   是以法拉为单位的反馈电容
• N是RC反馈   级数。

这是相移电路振荡的频率。在我们上面的简单示例中，级数为三，因此 N = 3 (√ 2*3 = √ 6)。对于四级 RC 网络，N = 4 (√ 2*4 = √ 8 ) 等。

由于RC 振荡器梯形网络中的电阻电容组合也充当衰减器，即信号在通过每个无源级时会减少一定量。可以假设三个相移部分相互独立，但事实并非如此，因为所有三个阶段的总累积反馈衰减变为-1/29 (Vo/Vi = β = -1/29)。因此，放大器的电压增益必须足够高以克服这些无源 RC 损耗。显然，为了产生 -1 的总环路增益，在我们上面的三级 RC 网络中，放大器增益也必须等于或大于 29，以补偿 RC 网络的衰减。

放大器对反馈网络的负载效应会影响振荡频率，并可能导致振荡器频率比计算值高出 25%。然后反馈网络应从高阻抗输出源驱动并馈入低阻抗负载，例如共发射极晶体管放大器，但更好的是使用运算放大器，因为它  完全满足这些条件。

运算放大器 RC 振荡器

当用作 RC 振荡器时，运算放大器 RC 振荡器比其双极晶体管对应物更常见。振荡器电路由一个负增益运算放大器和一个产生 180 o相移的三段式RC网络组成。相移网络从运算放大器输出连接回其“反相”输入，如下所示。

运算放大器相位超前 RC 振荡器电路

由于反馈连接到反相输入，因此运算放大器以其“反相放大器”配置连接，产生所需的 180 o相移，而RC网络在所需频率下产生另一个 180 o相移（180 o + 180度）。这种由串联电容器和接地 (0V) 电位的电阻器组成的反馈连接称为相位超前配置。换句话说，输出电压超前输入电压产生正相角。

但是我们也可以通过简单地改变 RC 组件的位置来创建相位滞后配置，这样电阻器串联连接，电容器连接到地 (0V) 电势，如图所示。这意味着输出电压滞后于输入电压，产生负相角。

运算放大器相位滞后 RC 振荡器电路

然而，由于反馈分量的反转，相位超前 RC 振荡器的频率输出的原始方程被修改为：

尽管可以仅将两个单极RC级级联在一起以提供所需的 180 o相移 (90 o + 90 o )，但低频振荡器的稳定性通常较差。

RC 振荡器最重要的特性之一是其频率稳定性，即它能够在变化的负载条件下提供恒定频率的正弦波输出。通过将三个甚至四个RC级级联在一起 (4 x 45 o )，可以大大提高振荡器的稳定性。

通常使用具有四级的RC 振荡器，因为常用的运算放大器采用四通道 IC 封装，因此设计相对于彼此具有 45 o相移的4 级振荡器相对容易。

RC 振荡器稳定并提供形状良好的正弦波输出，频率与1/RC成正比，因此，使用可变电容器时可以实现更宽的频率范围。然而，由于 RC 振荡器在高频下产生所需相移的带宽限制，因此仅限于频率应用。

RC 振荡器示例 No1

需要一个基于运算放大器的3 级 RC 相移振荡器来产生4kHz的正弦输出频率。如果在反馈电路中使用2.4nF电容，计算频率确定电阻的值和维持振荡所需的反馈电阻的值。也画出电路。

相移 RC 振荡器的标准方程式为：

该电路是一个 3 级 RC 振荡器，因此由相等的电阻器和三个相等的2.4nF电容器组成。由于振荡频率为 4.0kHz，因此电阻值计算如下：

运算放大器增益必须等于 29 才能维持振荡。振荡电阻的阻值为6.8kΩ，因此运算放大器反馈电阻R ƒ的值计算如下：

RC振荡器运算放大器电路

在下一个关于振荡器的教程中，我们将研究另一种称为维恩桥振荡器的RC 振荡器，它使用电阻器和电容器作为其储能电路来产生低频正弦波形。