文氏電橋

Max.Wien發明的電路

文氏電橋(Wien bridge oscillator circuit),又稱文氏電橋振蕩電路,是利用RC串並聯實現的振蕩電路,由Max.Wien發明的。由放大電路和選頻網路組成。

發明人


文氏電橋是Max.Wien發明的,此後William Redington Hewlett於1939年的碩士論文中進行了完善。根據發明者的姓名,這個電路被稱為Wien bridge,也就是文氏電橋。
關於Max Wien相關情況如下:Max Wien (1866–1938)a German physicist and the director of the Institute of Physics at the University of Jena. In 1891,Wien invented the Wien Bridge oscillator but did not have a means of developing electronic gain so a workable oscillator could not be achieved.
Max Wien,德國物理學家,耶拿大學物理學院導師。1891年,Wien發明了文氏電橋振蕩器。但他沒有研究出產生電子增益的方法,因此一個真正可行的振蕩器那時並未被完成。

工作原理


組成部分
文氏橋振蕩電路由兩部分組成:即選頻網路和放大電路。由集成運放組成的電壓串聯負反饋放大電路,取其輸入電阻高、輸出電阻低的特點。
由Z1、Z2組成,同時兼作正反饋網路,稱為RC串並聯網路。由右圖可知,Z1、Z2和Rf、R3正好構成一個電橋的四個臂,電橋的對角線頂點接到放大電路的兩個輸入端。
由於1、2和、f正好形成一個四臂電橋,電橋的對角線頂點接到放大電路的兩個輸入端,因此這種振蕩電路常稱為橋式振蕩電路。
RC串並聯網路的選頻特性
為克服RC移相振蕩器的缺點,常採用RC串並聯電路作為選頻反饋網路的正弦振蕩電路,也稱為文氏電橋振蕩電路,如圖Z0820所示。它由兩級共射電路構成的同相放大器和RC串並聯反饋網路組成。由於φA=0,這就要求RC串並聯反饋網路對某一頻率的相移φF=2nπ,才能滿足振蕩的相位平衡條件。下面分析RC串並聯網路的選頻特性,再介紹其它有關元件的作用。
文氏電橋
文氏電橋
圖1:RC串並聯選頻網路振蕩器
圖1中RC串並聯網路在低、高頻時的等效電路如圖1所示。這是因為在頻率比較低的情況下,(1/ωC)>R,而頻率較高的情況下,則(1/ωC)
文氏電橋
文氏電橋
圖2
為調節頻率方便,通常取R1=R2=R,C1=C2=C,如果令ω0=1/RC,則上式簡化為:
圖3
可見,RC串並聯反饋網路的反饋係數是頻率的函數。由式GS0821可畫出的幅頻和相頻特性,如圖Z0822所示。由圖可以看出:
文氏電橋
文氏電橋
圖4
這就表明RC串並聯網路具有選頻特性。因此圖Z0820電路滿足振蕩的相位平衡條件。如果同時滿足振蕩的幅度平衡條件,就可產生自激振蕩
文氏電橋
文氏電橋
一般兩級阻容耦合放大器的電壓增益Au遠大於3,如果利用晶體管非線性兼作穩幅環節,放大器件的工作範圍將超出線性區,使振蕩波形產生嚴重失真。為了改善振蕩波形,實用電路中常引進負反饋作穩幅環節。圖1中電阻Rf和Re引入電壓串聯深度負反饋。這不僅使波形改善、穩定性提高,還使電路的輸入電阻增加和輸出電阻減小,同時減小了放大電路對選頻網路的影響,增強了振蕩電路的負載能力。通常Rf用負溫度係數的熱敏電阻(Rt)代替,能自動穩定增益。假如某原因使振蕩輸出Uo增大,Rf上的電流增大而溫度升高,阻值Rf減小,使負反饋增強,放大器的增益下降,從而起到穩幅的作用。
從圖1可以看出,RC串並聯網路和Rf、Re,正好組成四臂電橋,放大電路輸入端和輸出端分別接到電橋的兩對角線上,因此稱為文氏電橋振蕩器。
目前廣泛採用集成運算放大器代替圖1中的兩級放大電路來構成RC橋式振蕩器。圖5是它的基本電路。
文氏電橋振蕩器的優點是:不僅振蕩較穩定,波形良好,而且振蕩頻率在較寬的範圍內能方便地連續調節。
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