開關電容文氏振蕩器電路圖分析及詳解

開關電容文氏振蕩器

由運放、電阻和電容構成的RC正弦振蕩器有多種形式，但歸納起米，主要有相移振蕩器、雙T選頻網絡振蕩器和文氏（Wien）振蕩器等，其中文氏振蕩器能產生頻率可變范圍寬、失真小的正弦信號，因此在RC振蕩器中通常采用文氏振蕩器。這種文氏振蕩器由于電阻值和電容值均較大，因而要制成單片集成電路十分困難，若將文氏振蕩器中的電阻R用開關電容（圖5.3-1）來代替。就成為MOS集成開關電容振蕩器。這一節除了介紹開關電容文氏振蕩器外，還將介紹開關電容正弦振蕩器，它是利用雙二階開關電容濾波器（參看第五章第三節）來實現的，其優點是幅度、頻率穩定，而且失真很小?，F分別介紹如下。

RC文氏振蕩器如圖6.2-1a所示。很容易證明，它的振蕩頻率和振蕩條件分別為

式中A1為運放的閉環增益。

若圖中的電阻R分別由圖5.3-1并聯型開關電容電路和串聯型開關電容電路來代替，即得到開關電容文氏振蕩器，其電路形式如圖6.2-10所示。圖中ф1、ф2表示雙相時鐘信號（見圖5.3-1c），以控制開關導通與斷開。圖（a）中電阻R與圖（b）中電容CR有如下關系式：

將（6.2-3）式代入（6.2-1）式，得到開關電容文氏振蕩器的振蕩頻率為

上式表明，開關電容文氏振蕩器的振蕩頻率fo決定于時鐘信號頻率fcx和電容CR/C之比。CR/C比值確定之后，其正弦信號頻率只決定于時鐘信號頻率fcx.若取CR/C=0.314，則

文氏振蕩器的主要缺點是它的輸出幅度較難控制。若運放的閉環增益A1>3，輸出正弦信號變成方波，被形嚴重失真；若A1<3，則振蕩器停振。若要獲得失真小，幅度穩定的正弦信號，需要在負反饋回路中引入非線性元件，以控制運放的閉環增益。幅度控制電路如圖6.2-2所示。圖中耗盡型MOS管作為非線性元件，以控制運放的的環增益。虛線框內是絕對值檢波電路（其工作原理參看本章第四節），它將振蕩器的輸出正弦信號變為負向直流電壓。此電壓加到M1的柵極，使M1的導通電阻發生變化，以調整A1運放的閉環增益。振蕩器剛開始工作時，M1柵極電位為零，阻值較小，A1運放的閉環增益，使振蕩器的輸出幅度迅速增大。該信號通過絕對值檢波電路，使M1柵極電位下降，阻值增大，減小。當振蕩器的輸出幅度為某一幅值時，等于3，達到動態平衡。這樣，絕對值檢波電路和M1管使振蕩器的輸出幅度保持定值。

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