开关电容文氏振荡器电路图分析及详解

开关电容文氏振荡器

由运放、电阻和电容构成的RC正弦振荡器有多种形式，但归纳起米，主要有相移振荡器、双T选频网络振荡器和文氏（Wien）振荡器等，其中文氏振荡器能产生频率可变范围宽、失真小的正弦信号，因此在RC振荡器中通常采用文氏振荡器。这种文氏振荡器由于电阻值和电容值均较大，因而要制成单片集成电路十分困难，若将文氏振荡器中的电阻R用开关电容（图5.3-1）来代替。就成为MOS集成开关电容振荡器。这一节除了介绍开关电容文氏振荡器外，还将介绍开关电容正弦振荡器，它是利用双二阶开关电容滤波器（参看第五章第三节）来实现的，其优点是幅度、频率稳定，而且失真很小。现分别介绍如下。

RC文氏振荡器如图6.2-1a所示。很容易证明，它的振荡频率和振荡条件分别为

文氏振荡器,开关振荡器

式中A1为运放的闭环增益。

文氏振荡器,开关振荡器

若图中的电阻R分别由图5.3-1并联型开关电容电路和串联型开关电容电路来代替，即得到开关电容文氏振荡器，其电路形式如图6.2-10所示。图中ф1、ф2表示双相时钟信号（见图5.3-1c），以控制开关导通与断开。图（a）中电阻R与图（b）中电容CR有如下关系式：

文氏振荡器,开关振荡器

将（6.2-3）式代入（6.2-1）式，得到开关电容文氏振荡器的振荡频率为

文氏振荡器,开关振荡器

上式表明，开关电容文氏振荡器的振荡频率fo决定于时钟信号频率fcx和电容CR/C之比。CR/C比值确定之后，其正弦信号频率只决定于时钟信号频率fcx.若取CR/C=0.314，则

文氏振荡器,开关振荡器

文氏振荡器的主要缺点是它的输出幅度较难控制。若运放的闭环增益A1>3，输出正弦信号变成方波，被形严重失真；若A1<3，则振荡器停振。若要获得失真小，幅度稳定的正弦信号，需要在负反馈回路中引入非线性元件，以控制运放的闭环增益。幅度控制电路如图6.2-2所示。图中耗尽型MOS管作为非线性元件，以控制运放的的环增益。虚线框内是绝对值检波电路（其工作原理参看本章第四节），它将振荡器的输出正弦信号变为负向直流电压。此电压加到M1的栅极，使M1的导通电阻发生变化，以调整A1运放的闭环增益。振荡器刚开始工作时，M1栅极电位为零，阻值较小，A1运放的闭环增益，使振荡器的输出幅度迅速增大。该信号通过绝对值检波电路，使M1栅极电位下降，阻值增大，减小。当振荡器的输出幅度为某一幅值时，等于3，达到动态平衡。这样，绝对值检波电路和M1管使振荡器的输出幅度保持定值。