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颇为全面的文氏电桥振荡电路的分析与设计拿走不谢!

文章来源:亚洲城人气:发表时间:2019-01-03 10:30

  正弦波振荡电路的具体形有很多种,比如电容三点式、电感三点式、LC振荡式等等,文氏电桥振荡电路(Wien bridge oscillator circuit),简称文氏电桥,也是一种适于产生正弦波信号的振荡电路,因振荡稳定且输出波形良好,在较宽的频率范围内也能够容易调节,因此应用场合较为广泛。

  上图中,R1、R2、C1、C2组成的RC串并网络将输出正反馈至同相输入端,R3、R4则将输出负反馈至运放的反相输入端,电路的行为取决于正负反馈那一边占优势(为便于分析,通常都假设R1=R2=R且C1=C2=C,当然这并不是必须的)。

  可以将该电路看作对A点输入(即同相端电压)的同相放大器,因此该电路的放大倍数如下:

  可以证明,当放大倍数小于3时(即R4/R3=2),负反馈支路占优势,电路不起振;当放大倍数大于3时,正反馈支路占优势,电路开始起振并不是稳定的,振荡会不断增大,最终将导致运放饱和,输出的波形是削波失真的正弦波。

  但是这个电路的实际应用几乎没有,因为它对器件的要求非常高,即R4/R3必须等于2(也就是放大倍数必须为3),只要有一点点的偏差,电路就不可能稳定地振荡下去,因为元件不可能十分精确,就算可以做到,受到温度、老化等因素,电路也可会出现停振(放大倍数小于3)或失线)的情况。

  注意纵轴单位为mV(毫伏),此时电路起振后不断地放大导致幅度增加(此图只是一部分),但由于放大倍数太小,因此达到大信号电平需要更长的时间。

  注意纵轴单位为pV(皮伏),放大倍数太小,一直都处在小信号状态,什么时候达到大信号状态也无从得知,因此这里就没图了,不好意思。

  当R3=15K时,放大倍数为2.5倍(负反馈占优势),其波形如下图所示:

  可以看到,电路的放大倍数越大,则电路越容易起振,但只要放大倍数超过3,则输出波形都将出现削波失真,如果放大倍数设置恰好为3,则仿真时间要等很久才会有结果。实际用器件搭电路时,要做到放大倍数为3.00000XXXX可真不是件容易的事.

  我们的修改思路是这样:当电路开始振荡时保证放大倍数大于3,这样可以使得电路容易起振,而当电路的振荡幅度增大到某个程度时,将其放大倍数自动切换为小于3,这样就能限制振荡的最大幅度,从而避免振荡波形出现削波失真。

  ,因此,当振荡信号比较小时,二极管没有导通,因此R5、D1、D2支路相当于没有,因此放大倍数大于3,而当振荡信号比较大时,二极管导通,相当于R5与R4并联,这样放大倍数就会小一些(合理设置R5的阻值,可以使其放大倍数小于3)。

  在单电源供电系统中,我们增加了电阻R6与电容C3,电阻R6的值通常与R1相同,这样两者对直流正电源VCC分压,则有A点的电位为(VCC/2),再利用电容C3的隔直流通交流特性,使R4(R5)引入直流全负反馈,此时相当于一个电压跟随器,因此输出静态时输出电压为VCC/2,此时电路的直流通路等效如下图所示:

  其输出波形如下图所示,输出正弦波是以6V(即12V的一半)作为中点的。:

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