文氏电桥正弦波振荡电路1.doc

文氏电桥正弦波振荡电路
（2007.4.27总结）
一、振荡原理

如上图所示，信号Xi经过一个放大环节A放大后得到放大信号Xo=A*Xi。
    如果在上图中加一个反馈环节，如下图所示：

    Xo经过反馈环节F后得到反馈信号Xf=A*F*Xi。当反馈信号Xf与输入信号Xi幅值和相位都相同时，即以Xf作为输入Xi，则可以在输出端维持原有的信号Xo，也就是自激。所以，要使得上图中的系统平衡，则应有A*F=1。
    即|A*F|=1（幅度平衡条件）
    且Ψa+Ψf=2*n*PI  （n为整数） Ψa和Ψf分别为A、F的幅角，此式说明反馈环节F是一个正反馈。
    A*F=1是振荡平衡的条件，也就是可维持等幅振荡输出；如果A*F<1，则电路的振荡输出将越来越小，直到停止振荡；如果A*F>1,振荡电路的输出将越来越大，直到电路中器件达到饱和或者截止。所以电路维持等幅振荡的唯一条件是A*F=1。

二、振荡的建立和稳定
    前面讨论的自激振荡条件，是假设先给振荡电路的放大环节有一个外加的输入信号。但实际振荡电路一般不会外加激励信号。
    对于一个正弦波振荡器来说，有一个选频网络，所以振荡电路只可能在某一个频率f0下满足相位平衡的条件（在后面的内容中将会对此做详细的叙述）。放大电路中存在噪声或干扰（例如接通直流电源时电路中就会产生电压或者电流的瞬变过程），它的频谱范围很广，必然包括振荡频率的分量。这些噪声和干扰经过选频网络选频后，只有f0这一频率分量满足相位平衡条件，只要此时A*F>1则可以增幅振荡，将此信号放大，建立起振荡。而除了f0之外的其他频率的分量则衰减。
    所以电路起振的条件为A*F>1且Ψa+Ψf=2*n*PI（n为整数）。除了要求电路的相位满足条件之外还要满足|A*F|>1。
    从A*F>1到A*F=1：接通电源后，频率为f0的分量将逐渐增大，当幅值达到一定程度后，放大环节的非线性期间就会接近甚至进入非线性工作区（饱和区或者截止区），这时候放大增益A将逐渐下降，输出波形产生失真，所以经过选频网络后其输入也将随之下降。形成失真振荡。所以为了避免失真振荡，应尽量避免放大器件进入非线性工作区。解决办法是在放大器件在没有进入非线性工作期前加稳幅环节，使A*F从大于1逐渐减小到1，从而达到稳幅振荡的目的。

三、文氏电桥振荡电路

1.选频网络

    RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。

    在设计过程中为了使频率可调，可以先选定电容C，再根据所要得到的频率范围选择电位器代替R。
    当  f = f0  时的反馈系数|F|=1/3 ，且与频率f0 的变化无关。此时的相角 jF=0 °。即改变频率不影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。

    反馈网络为正反馈，满足相位平衡条件。
2.放大环节
    由起振条件|A*F|>=1。
    所以放大环节的放大倍数A>=3。即 Af=1+（R3/R4）>=3
3.稳幅过程
（1）.用热敏电阻稳幅。

   RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置。热敏电阻稳幅可以得到失真较小的波形，但是受环境温度影响较大，输出幅值随温度改变而改变。

（2）.反并联二极管稳幅。

    利用二极管的非线性自动调节负反馈的强弱来控制输出电压的恒定。振荡过程中D1、D2将交替导通和截止，总有一个处于正向导通状态的二极管与R3并联，由于二极管正向电阻rd随ud增大而下降，因此负反馈随振幅上升而增强，也就是说A随振幅增大而下降，直到满足振幅平衡条件为止。二极管稳幅电路简单又经济，但波形失真较大，适用于要求不高的场合。