文氏桥振荡电路原理

一:文氏桥振荡器的振荡原理是什么?

文氏桥振荡器的电路原理图如下:

从电路构成看,电路由两个“桥臂”构成,R1、RF构成负反馈桥臂,并联RC网络和串联RC网络再串联构成正反馈桥臂。也就是说,文氏桥振荡器既有正反馈,又有负反馈。

我们知道,正反馈电路是不稳定系统,那么,整个电路到底表现为正反馈,还是负反馈呢?这要取决于正反馈和负反馈哪个占“上风”!

负反馈增益为A1=1+RF/R1

正反馈增益A2(jf)=1/(3+j(f/f0-f0/f))

总增益A(jf)=A1*A2(jf)=(1+RF/R1)/(3+j(f/f0-f0/f))

上式中f0=1/2πRC,先定性分析:

频率无穷低时,即f趋于0时,f0/f趋于无穷大,总增益趋于零。

频率无穷高时,即f趋于∞时,f/f0趋于无穷大,总增益趋于零。

直观判断,是一个带通网络,事实上,的确如此,并且增益的峰值出现在f=f0此时A(jf)=(1+RF/R1)/3

即:A(jf)是实数,也就是说,频率为f0的信号经过环路一周后,其相移为0°。

RF/R1的值不同时,电路出现下述三种情况:

a、A<1时,假如电路有一个扰动,扰动每经过环路一次,信号被衰减,负反馈占“上风”,电路是稳定系统,最终扰动趋于零。

b、A>1时,假如电路有一个扰动,扰动每经过环路一次,信号被放大,正反馈占“上风”,电路是不稳定系统,出现幅度不断增大的振荡。

c、A=1时,负反馈与正反馈“旗鼓相当”,电路为中性的稳定状态,出现扰动时,频率为f0的信号分量维持原有大小,无限的持续下去。

显然,上述电路还会有问题,首先,实际不可能做到A=1,其次,振荡器的输出幅值不可控。为此,最好是开始时,振荡幅值足够大之前,A>1,振荡幅值达到预定的幅值之后,A=1,显然,这样的电路,需要加入一些非线性环节。

下述电路就是这样的电路:

二:文氏桥原理

RC振荡电路可以可以产生特定频率的正弦波,这在很多数字系统中用来产生时钟信号,最大的优点就是成本低,而且在低频时,他的体积优势也很明显,LC振荡电路在低频是体积和成本都是问题。之前看过很多次资料一直不太理解这个振荡器的工作原理,今天又找到一点资料,顿时理解了一些,不过也只能算是基本了解了原理吧~

上图就是文氏桥振荡电路的原理图,在一个运放上,分别有正反馈和负反馈,正反馈为一个RC串并联选频网络,这也就是这个电路能产生特定频率波形的原因,因此先分析选频网络

图a为RC串并联选频网络,左端输入,右端输出。当输入信号的频率足够低的时候,可以将该网络等效为中图(频率小,电容容抗远大于电阻),输出超前于输入,如果频率趋近于0,输出将为趋近于0,相位超前趋近于90°,当输入信号足够大的时候,网络等效为右图(频率大,电容容抗远小于电阻),输出将滞后于输入,如果频率趋近于无穷大,输出趋近于0,相位滞后趋近于90°。两种情况下,信号都有衰减

对这样一个网络,输出的相位总是在滞后90°和超前90°之前徘徊,那么显然,总存在一个频率,使得输出和输入同相位,而且此时信号衰减最低,为三分之一,下图为网络的幅频特性和相频特性

如图,当频率在f0左右时,信号衰减小,而偏移这个频率的,衰减严重。

f0=1/2πRC

对选频网络的仿真

此时频率大于f0,很明显,输出的衰减已经超过1/3,而且相位滞后

现在再看文氏桥振荡电路,负反馈上的反馈系数为1+Rf/R1,而正反馈系数就为该选频网络的衰减系数。

在这个运放没有输入信号的时候,会有很多干扰,这个干扰先被放大为1+Rf/R1倍,如果某个干扰的频率正好为f0时,他正好又会被衰减为抚/3 ,所以设定 1+Rf/R1=3,这样该信号就会被还原,而其他频率的信号经过这个过程后会被衰减,被抑制,这样,就选出了一个特定频率的干扰来放大,便得到了需要的正弦波。

在实际中,应当适当增大Rf,是负反馈系数大于3,让振荡器能起振,然而,这样的后果便是这个波形不断放大,最后让运放饱和,得到的波形就会失真,成了一个削去顶部的正弦波,这是不允许的,所以便在Rf上并联一个调节电路,使得负反馈系数不停在3左右跳动,让波形稳定在一个满意的范围

如图为仿真电路图,这个R2和R5我取了很久,才让电路输出一个5v的正弦波,本来20k的R2已经变成了31k,不知道这样是不是规范,反正仿真已经能出来波形了,实际中能不能行有待考证,不过也就是调节这几个电阻罢了。

如图,可以看到探针上显示的频率为1.58KHz,这个值正好等于1/2*π*R*C。

三:RC文氏电桥振荡器中二极管在电路中起什么作用?以及它们的工作原理

RC文氏电桥振荡器中二极管在电路中起调幅作用。

振荡输出电压信号过零时,二极管上的电压很小,电阻很大,使负反馈最弱,于是整体上正反馈最强,输出信号电压迅速增大。到输出电压达到0.5V以上时,二极管逐渐导通,负反馈作用逐渐体现并加强,于是输出信号电压增幅减小,配合电位器,振幅得到控制。

四:文氏桥振荡电路产生的正弦波幅值怎么计算

文氏桥振荡电路产生的正弦波幅值取决于非线性稳幅电路的特性,幅度越大增益越小,当幅度大到能使增益达到理论增益(3倍)时,就是理论振荡幅度。

但是实际这个幅度——增益的关系式并不那么好计算,就算能够确定它,由于3倍的放大增益也只是个理论值,由于桥路实际元件的误差,实际需要的增益并非是准确的3倍,本人曾经用仿真确认,桥路的一个元件有1%误差,最终幅度误差至少6%甚至达20%(看具体非线性反馈的电路构成),因此就算是计算出幅度依然不靠谱,实际幅度应该采用实测加可调元件来获得。

五:RC文氏桥震荡电路的问题

没有那么乱的公式的了,这个电路的振荡频率是F=1/(2*PI*R*C)

想让它振荡,搐让这个运放的增益在2左右就行了.你把R1R4R5的值除以5,它一样的正常工作

六:如图所示的文氏电桥振荡器频率怎么计算?

f=1/[2π√(R1R2C1C2)]

参见元增民写作的新体系特色模电教科书《模拟电子技术简明教程》第10章 振荡电路

七:文氏桥振荡电路的固有频率为

文氏电桥振荡器的振荡频率为f=1/RC

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