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文氏電橋振蕩器的工作原理

 LC書房齋 2014-08-03

文氏電橋振蕩器的工作原理

  運算放大器在組成放大電路時,都要引入深度負反饋,也就是把輸出信號通過電阻分壓電路構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)返送到運算放大器的反相輸入端,這樣,放大電路的電壓放大倍數(shù)就由反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)來決定。在這個電路中,由電阻R3、R4和R5構(gòu)成了反饋網(wǎng)絡(luò),在(R4+R5)兩端取得反饋電壓。這是一個同相放大器,它的閑環(huán)電壓放大倍數(shù)是Af=1+R3/(R4+R5),算出來是3倍。

  從電路圖上看,輸出電壓U通過Rl、C1串聯(lián)的支路和R2、C2并聯(lián)的支路組成分壓電路取出正反饋電壓,返送到運算放大器的同相輸入端,應(yīng)該是正反饋可是,由電阻、電容串并聯(lián)組成的正反饋網(wǎng)絡(luò)是怎么起到正反饋作用。

  由電阻、電容組成的RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)正是文氏電橋振蕩器的核心。這部分電路不僅用來提供正反饋信號,使振蕩器產(chǎn)生振蕩,還由它決定著振蕩器的振蕩頻率fo,所以稱它為Rc選頻網(wǎng)絡(luò)。為什么能選頻,關(guān)鍵是網(wǎng)絡(luò)里接入了電容器。電容器的容抗與頻率成反比,也就是Xc=1/(2πfC)。頻率很高時,容抗很??;頻率很低時,容抗很大。

RC選頻網(wǎng)絡(luò)

  RC選頻網(wǎng)絡(luò)(上圖)網(wǎng)絡(luò)中的電阻R是不變的,當頻率很低時,Xc>>R,在RC串聯(lián)支路上,起作用的是電容C,電阻R可以忽略;在RC并聯(lián)部分,當頻率很低時,電容C的作用可以忽略,起作用的是電阻R,這就可以畫出網(wǎng)絡(luò)的低頻等效電路[圖(b)]。當頻率很高時,Xc<<R,在RC串聯(lián)部分,電容C的作用可以忽略;在RC并聯(lián)部分,電阻R的作用可以忽略,又可以畫出網(wǎng)絡(luò)的高頻等效電路[圖(c)]??梢钥闯?,當網(wǎng)絡(luò)輸入電壓  U不變時,頻率行艮低或很高時,網(wǎng)絡(luò)的  輸出電壓U2都很小,也就是網(wǎng)絡(luò)的電壓傳輸系數(shù)F=U2/U1都很小。

電壓傳輸系數(shù)F與頻率f的關(guān)系曲線

  由此可以推斷,在頻率他很低向很高的連續(xù)變化過程中,總會有某一中問頻率fo使電壓傳輸系數(shù)F達到最大,畫出電壓傳輸系數(shù)F與頻率f的關(guān)系曲線(上圖)就看得更清楚了。由于網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓U2就是運放的正反饋信號,所以只有頻率為fo的正反饋信號最強,才能使振蕩器產(chǎn)生振蕩。振蕩頻率fo完全由選頻網(wǎng)絡(luò)的電阻R和電容C決定。根據(jù)理論分析,fo=1/(2πRC),對頻率為fo的信號F=1/3,同時U2與Ul同相,這就滿足了振蕩電路的幅度條件和相位條件,使振蕩器起振對頻率fo的正反饋信號則不能產(chǎn)生振蕩。因為運算放大器的正反饋網(wǎng)絡(luò)和負反饋網(wǎng)絡(luò)相對于運算放大器的輸入端和輸出端正好組成了一個四臂電橋的形式。參見文氏電橋振蕩器的原理電路(下圖)。

參見文氏電橋振蕩器的原理電路

  電阻R6和兩個反向串聯(lián)的穩(wěn)壓管VD1、VD2組成的這條支路是一條非線性負反饋電路,它的作用是穩(wěn)定振蕩器的輸出電壓幅度。由于電路本身的不穩(wěn)定性,會引起電壓放大倍數(shù)的不穩(wěn)定,特別是輸出電壓Uo幅度太大時,會使輸出正弦波形產(chǎn)生失真,當輸出電壓幅度大于穩(wěn)壓管擊穿電壓時,穩(wěn)壓管反向?qū)?,使放大器閉環(huán)電壓放大倍數(shù)下降,達到穩(wěn)幅的目的。

參見文氏電橋振蕩器的原理電路

穩(wěn)幅電路也可以采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻取代負反饋網(wǎng)絡(luò)中的固定電阻R3(下圖),大家可以自己分析。

熱敏電阻取代負反饋網(wǎng)絡(luò)中的固定電阻R3

也可以由兩個反并聯(lián)的二極管組成穩(wěn)幅電路(下圖)。當然還有其他形式的穩(wěn)幅電路。

反并聯(lián)的二極管組成穩(wěn)幅電路

  二極管可以看成是—個非線性電阻,其導(dǎo)通電阻隨Uo的增大而減小,從而使電路的負反饋加深,電壓放大倍數(shù)下降,起到了穩(wěn)幅作用。

 

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