基于運(yùn)算放大器的三相正弦波振蕩電路的研究

摘 要：在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、測(cè)量等過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)用到三相正弦信號(hào)。通常情況下可以利用變壓器從電網(wǎng)獲得，但很不方便而且有一定的危險(xiǎn)性和局限性。這里，利用運(yùn)算放大器構(gòu)成一種三相正弦波振蕩電路，可以輸出三相正弦波電壓。輸出頻率可以由直流電壓控制，并具有自動(dòng)幅度穩(wěn)定功能。

關(guān)鍵詞：運(yùn)算放大器；三相正弦波；正弦波振蕩電路；自動(dòng)幅度穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：TN710 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2008)10-017-02

Research of Three Phase Sinusoidal Oscillator Based on Operational Amplifier

YAO Xudong，SHAO Maidun

(Luoyang Institute of Science and Technology，Luoyang，471023，China)

Abstract：In process of laboratory experiment，survey，three phase sinusoidal signals are always applied.Usually in the situ[CD*4]ation we may obtain the transformer from the electrical network，but not convenient and has certain risk and the limitation very much.Here，the operational amplifier to constitute one kind of three phase sine wave oscillating circuit，it can output three phase sine wave voltages.The output frequency is controlled by the DC voltage，and has the automatic scope stable function.

Keywords：operational amplifier;three phase sinusoidal wave;sinusoidal oscillator;automatic scope stability

1 引 言

正弦波振蕩電路是最常用的電子電路之一，電路類型也很多。而三相正弦波電子振蕩電路的研究一般來(lái)說(shuō)比較少。這里利用運(yùn)算放大器組成一種比較新穎的正弦波振蕩電路，并且可以由電壓控制其振蕩頻率。具有頻率連續(xù)可調(diào)、幅度穩(wěn)定、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是一種比較簡(jiǎn)單實(shí)用的振蕩電路。

2 原理電路

圖1為基本電路。

圖1 基本電路

其中A為理想運(yùn)算放大器，則很容易推導(dǎo)出該電路的傳遞函數(shù)為：



F(s)=Vo(s)Vi(s)=-2c(3RW+2R)s+1[JY](1)



令：s=jω代入式(1)可分別得其幅頻、相頻特性如下：

幅頻特性：



|F(jω)|=2\\[c(3RW+2R)\\]2ω2+1[JY](2)



相頻特性：



∠F(jω)=π-tg-1c(3RW+2R)ω[JY](3)



由圖1基本電路可以構(gòu)成三段閉環(huán)回路如圖2所示。

圖2 三段閉環(huán)回路

該電路為閉環(huán)反饋電路。必須滿足正反饋相位條件才可以產(chǎn)生正弦振蕩。由式(3)可知，每一段基本電路的相移范圍為π~0。因此，對(duì)于該三段閉環(huán)電路來(lái)說(shuō)，必然存在一個(gè)頻率f0可以使其滿足正反饋相位要求從而產(chǎn)生正弦振蕩。其振蕩頻率可以由閉環(huán)回路的特性方程求得：

特性方程為：



8\\[c(3RW+2R)s+1\\]3+1=0[JY](4)

[FL)]

即：

\\[c(3RW+2R)s\\]3+3\\[c(3RW+2R)s\\]2+3c\\[(3RW+2R)s\\]+9\\[c(3RW+2R)s+1\\]3=0[JY](5)



[FL(K2]

令：s=jω0代入式(5)可得：

振蕩頻率：



f0=3\\[c(3RW+2R)\\]#8226;2π[JY](6)

[HJ1]

如果從圖2中A，B，C三點(diǎn)輸出信號(hào)，則他們的相位差為各段電路的相移。將式(6)代入式(2)，(3)可得：

[HJ1]

|F(jω0)|=2\\[c(3RW+2R)\\]2ω20+1=1

∠F(jω0)=π-tg-1c(3RW+2R)ω0=23π



可見：A，B，C三點(diǎn)的輸出信號(hào)幅度相等、相位依次相差23π，所以是三相正弦波信號(hào)。

3 實(shí)驗(yàn)電路

實(shí)驗(yàn)電路如圖3所示。其中虛線框中為自動(dòng)穩(wěn)幅電路。運(yùn)算放大器A以用μA741型號(hào)，R0=5 kΩ，C=0.1 μF，R0=100 kΩ。[FL)0][HT2.]

圖3 實(shí)驗(yàn)電路

[FL(K2]

RW由光電耦合器輸出電阻Re與R0并聯(lián)代替，其中：



RW=R0ReR0+Re



由于Re隨電壓VC變化而變化，從而可以由VC來(lái)控制輸出頻率fo。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)VC在0~4 V變化時(shí)，fo在40~200 Hz變化，幅度保持5 V基本不變。如果改變R，C的數(shù)值，可以改變輸出頻率的變化范圍。

4 結(jié) 語(yǔ)

該電路用運(yùn)算放大器構(gòu)成，三段電路結(jié)構(gòu)相同，頻率由直流電壓控制，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、相位穩(wěn)定、頻率調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)。可以用于實(shí)驗(yàn)室等多種場(chǎng)合。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］邱關(guān)源.電路\\[M\\].北京:高等教育出版社，1999.

［2］沈志勤.電子技術(shù)基礎(chǔ)\\[M\\].北京:清華大學(xué)出版社，2005.

［3］Sergio Franco.Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits.McGraw Hill，2004.

［4］張玉環(huán).電路與模擬電子技術(shù)\\[M\\].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［5］魏漢勇.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)\\[M\\].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2004.

［6］\\[日\(chéng)\] 遠(yuǎn)板俊昭.測(cè)量電子電路設(shè)計(jì)[CD2]模擬篇\\[M\\].北京:科學(xué)出版社，2006.

［7］Paul R Gray.Analysis and Design of Analog Integrated Circuits\\[M\\].Hon WileySons.Inc，2003.

［8］影印版.模擬集成電路的分析與設(shè)計(jì)\\[M\\].北京:高等教育出版社，2003.

［9］楊林耀.信號(hào)與系統(tǒng)\\[M\\].北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社，2003.

［10］GOO J S.A Noise Optimization Technique for Integrated Low-noise Amplifier\\[J\\].IEEE Solid-State Circuit，2002，37(8):994.

［11］楊歆漪，蕭蘊(yùn)詩(shī).基于等價(jià)CCII結(jié)構(gòu)的電壓型/電流型轉(zhuǎn)換方法\\[J\\].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30(11):168-171.

作者簡(jiǎn)介

姚旭東 男，1959年出生，洛陽(yáng)理工學(xué)院，副教授。主要從事電子電路研究。

邵麥頓 男，1964年出生，洛陽(yáng)理工學(xué)院，副教授。主要從事電氣控制研究。

電 路 設(shè) 計(jì)金 鷹等：抽油機(jī)無(wú)功補(bǔ)償策略研究及應(yīng)用

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。