一、文氏桥振荡电路简介
如图所示,将RC串并联选频网络和集成运放
TL082结合起来即可构成RC振荡电路。RC串并联选
频网络接在运算放大器的输出端和同相输入端之间,构成正反馈,接在运算放大器的输出端和反相输入端
之间的电阻,构成电压串联负反馈。正反馈电路和负
反馈电路构成了文氏电桥电桥。
文氏电桥振荡器的优点是:不仅振荡较稳定,波
形良好,带负载能力强,而且振荡频率在较宽的范围
内能方便地连续调节,输出电压失真也比较小。
二、理论分析与计算
1、文氏选频网络(RC串并联网络)
由图1的电路可以看出,电路在回路网络中加入了文氏选频网络,下面对文氏选频网络进行理论上的分析,从电路总提取文氏电路如图2所示。
是运放的反馈量, 是输出量。为了保证振荡的产生,就必须满足与
同相位。因为R1=R2=R,C1=C2=C,当频率比较低的情况下,就有
此时的相位会超前于 ,当ω趋近于零时,其相位超前接近于 。同理,相反地,当ω趋近于无穷大时,此时的相位会滞后于 接近。
所以在在信号频率由零到无穷大的变化过程中,必然有某一个频率,使得输出量与反馈量同相,从而形成正反馈。下面进行定量分析。
RC串并联网络的频率特性可表示为
令 ,则上式可简化为
为了使反馈量足够大,则要求 尽可能大,由上面的关系式不难得到,当
时,F的模有最大值
同时为了能够起振,又要求电路的电压放大倍数A与反馈系数F之间满足关系
这就要求
整理得到
也就是说, 的最小值是7.96KΩ,事实上,应略大于这个值。
2.当电路产生正弦振荡时,振荡电路中的负反馈
根据以上分析可知,RC串并联网络振荡电路中,只要达到,即可满足产生正弦波振荡的起振条件。如果的值过大,由于振荡幅度超出放大电路的线性放大范围而进入非线性区,输出波形将产生明显的失真。另外放大电路的放大倍数因受环境温度及元件老化等因素影响,也要发生波动。以上情况都将直接影响振荡电路输出波形的质量,因此,通常在放大电路中引入负反馈以改善振荡波形。
此外如图3所示进行研究,
设运放输出电压为最大值Uo,同相输入端电压最大值为Up,那么由前面的分析有
那么如果波波形不失真或失真不严重的话,同相输入端电压应与输出电压同相,且同相输入端电压的幅值应为输出端电压的三分之一。
但是,如果Rf的阻值远大于7.96KΩ,那么振荡幅度的增长使放大电路工作到非线性区域,输出波形会产生较严重的失真,此时上面所得到的描述输出电压与反馈电压的关系式将不再成立。
同时,由于在反馈网络中并没有加入限幅的环节,那么如果运放理想的话,输出电压的幅值将是无穷大,但是由于运放实际上有一个最大输出电压,所以输出电压的幅值实际上由运放的最大输出电压控制,而无法由电路的参数求出。
3.二极管的引入
当在反馈回路中加入由二极管构成的非线性环节时,由于非线性结构的影响,具体来说,利用电流增大时二极管动态电阻减小,电流减小时动态电阻增大的特点,可以输出电压稳定。此时比例系数为
下面进行定性分析。
电路如图1。对于正反馈网络中的的文氏选频网络来说,选定的频率仍然是不变的,而且在该频率下,同相输入端和输出端仍然满足三分之一的比例关系,即
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。振荡过程中两个二极管将交替导通和截止,其中一个处于正向导通状态的二极管与R2并联,由于二极管正向电阻随其两端电压的增大而下降,故电路的负反馈随振幅上升而增强,也就是说运放的闭环放大倍数随振幅增大而下降,直到满足振幅平衡条件为止。这样就容易使得输出电压稳定下来,故会看到比不加二极管时幅值更小的稳定振荡。而且由于其动态电阻的影响,Rf可以取的最小值也可以比不加非线性环节时更小一些。
此时如果R4增大,二极管稳定输出的功能仍然存在。但是由于电路的闭环放大倍数增加,并且对频率不是选频网络确定的其他噪音信号的抑制增强,故电路稳定输出的电压幅值将会增加。
第二篇:文氏桥
RC文氏桥振荡电路如上图所示,RC 串并联网络是正反馈网络,另外还增加了R3和R4负反馈网络。C1、R1和C2、R2正反馈支路与R3、R4负反馈支路正好构成一个桥路,称为文氏桥。
为满足振荡的幅度条件 | |=1,所以Af≥3。加入R3、R4支路,构成串联电压负反馈。
采用RC振荡的方法非常多,如文氏桥振荡等。这里介绍几种笔者常用的方法:
1.最简单的振荡器
这种振荡器特点是:T≈(1.4~2.3)R*C
电源波动将使频率不稳定,适合小于100KHz的低频振荡情况。
2.加补偿电阻的振荡
T≈(1.4~2.2)R*C,电源对频率的影响减小,频率稳定度可控制在5%
3.环行振荡器
采用TTL反相器,频率可达50MHz
4.采用施密特触发器构成的振荡器
5.采用两三极管构成的振荡器
其中R5=R8,R7=R6,C5=C6