文氏橋正弦波產(chǎn)生電路淺析

陳亮 施智興

摘 要 正弦波產(chǎn)生電路很多，根據(jù)頻率高低要求、頻率穩(wěn)定性要求以及成本要求等等選擇具體電路。前面對(duì)三極管RC移項(xiàng)振蕩器和555時(shí)基模塊波形產(chǎn)生電路進(jìn)行了淺析和Multisim 12仿真。本文論述的是文氏橋正弦波產(chǎn)生電路，其是一個(gè)很實(shí)用的電路。

【關(guān)鍵詞】仿真 文氏橋 正弦波產(chǎn)生電路

正弦波產(chǎn)生電路很多，有由分立元件構(gòu)成的，有由555時(shí)基模塊構(gòu)成的，有由IC8038摸塊構(gòu)成的等等，根據(jù)頻率高低要求、頻率穩(wěn)定性要求以及復(fù)雜簡單（成本）要求等等選擇具體電路。前面已經(jīng)對(duì)三極管RC移項(xiàng)振蕩器和555時(shí)基模塊波形產(chǎn)生電路進(jìn)行了淺析和Multisim 12仿真。本文論述的是應(yīng)用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的文氏橋正弦波產(chǎn)生電路，其是一個(gè)很實(shí)用的電路，它不僅是一個(gè)比較穩(wěn)定的信號(hào)源電路，而且是讓學(xué)生進(jìn)一步掌握集成運(yùn)算放大器使用的實(shí)訓(xùn)好項(xiàng)目。

1 文氏橋振蕩器原理

文氏橋振蕩器基本電路如圖1所示。電路由兩個(gè)“橋臂”構(gòu)成，R1、RF構(gòu)成負(fù)反饋橋臂，并聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)和串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)再串聯(lián)構(gòu)成正反饋橋臂。

負(fù)反饋增益為 A1=1+RF/R1

正反饋增益為 A2（jf）=1/[3+j（f/f0-f0/f）]

總增益為 A（jf）=A1*A2（jf）=（1+RF/R1）/[3+j（f/f0-f0/f）]

其中 f0=1/2πRC

當(dāng)f趨于0時(shí)，f0/f趨于無窮大，總增益趨于零。

當(dāng)f趨于∞時(shí)，f/f0趨于無窮大，總增益趨于零。

當(dāng)f=f0時(shí)A（jf）=（1+RF/R1）/3，即A（jf）是實(shí)數(shù)，也就是說，頻率為f0的信號(hào)經(jīng)過環(huán)路一周后，其相移為0°。當(dāng)RF/R1的值不同時(shí)，電路出現(xiàn)下述三種情況：

a、當(dāng)A<1時(shí)，假如電路有一個(gè)擾動(dòng)（有信號(hào)輸入），則信號(hào)每經(jīng)過環(huán)路一次，就被衰減一次，最終信號(hào)趨于零。

b、A>1時(shí)，假如電路有一個(gè)擾動(dòng)，則信號(hào)每經(jīng)過環(huán)路一次，就被放大一次，信號(hào)幅度將不斷增大，電路將不穩(wěn)定。

c、A=1時(shí)，頻率為f0的信號(hào)（擾動(dòng)信號(hào)中的f0分量）維持原有大小，無限的持續(xù)下去。顯然，這樣的電路不適用。

適用的電路應(yīng)該是開始時(shí)，A>1，振蕩幅值達(dá)到預(yù)定的幅值之后，A=1，輸出穩(wěn)定的波形。如圖2為文氏橋穩(wěn)幅電路，其利用二極管的非線性來改變電路啟動(dòng)到穩(wěn)定工作的負(fù)反饋深度。

2 文氏橋正弦波產(chǎn)生電路

在Multisim 12仿真上可調(diào)幅文氏橋正弦波產(chǎn)生電路如圖3所示。波形由U1A運(yùn)放產(chǎn)生，其由兩個(gè)“橋臂”構(gòu)成，R2、R4、R5、R6、D1、D2構(gòu)成負(fù)反饋橋臂，并聯(lián)R3、C3網(wǎng)絡(luò)和串聯(lián)R1、C2網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反饋橋臂，正反饋大于負(fù)反饋，電路就發(fā)生振蕩，產(chǎn)生正弦波。其計(jì)算公式為：

3 仿真實(shí)驗(yàn)

文氏橋正弦波產(chǎn)生電路仿真波形如圖4所示。

改變電阻，頻率變化表如表1所示。

改變電容，頻率變化表如表2所示。

仿真值與計(jì)算值相差約2%左右。

該電路如果±12V換成±5V，電路也能起振，但幅度變小。如果換成單電源，則不能起振。

4 用文氏橋電路產(chǎn)生的正弦波做單管放大實(shí)驗(yàn)

如果把文氏橋電路產(chǎn)生的正弦波作為單管放大實(shí)驗(yàn)的信號(hào)源，則比較理想。圖5為在Multisim 12仿真軟件上的電路，圖6為三極管工作點(diǎn)適合時(shí)三極管輸入輸出波形圖；圖7為三極管工作點(diǎn)偏低時(shí)三極管輸入輸出波形圖（截止失真）；圖8為三極管工作點(diǎn)偏高時(shí)三極管輸入輸出波形圖（飽和失真）。

（圖8）（上方為輸入波形，下方為輸出波形。）

從上圖可以看出，輸出波形調(diào)節(jié)出三種狀態(tài)（不失真放大、截止失真、飽和失真）時(shí)，輸入波形均保持穩(wěn)定不失真。可見，文氏橋正弦波產(chǎn)生電路不僅波形失真度小，帶負(fù)載能力也好，可以作為信號(hào)源。

5 結(jié)語

RF>2R2時(shí)（在線性區(qū)），電路就能順利起振，產(chǎn)生正弦波；若RF<2R2，則電路不能振蕩；若AU1A>>3（在非線性區(qū)），則輸出波形失真（不能穩(wěn)幅），輸出為近似于方波的波形。為輸出穩(wěn)定的正弦波，必須同時(shí)調(diào)整R1R3C1C3以得到不同頻率。此電路一般產(chǎn)生低頻正弦波。

參考文獻(xiàn)

[1]張樹江.王成安.模擬電子技術(shù)（基礎(chǔ)篇）（第二版）[M].大連：大連理工大學(xué)出版社.2010.149-153.

[2]陳亮.施智興.三極管RC移項(xiàng)振蕩器淺析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（04）.

[3]陳亮.施智興.555時(shí)基模塊波形產(chǎn)生電路淺析[J].科技展望.2015（04）.

作者簡介

陳亮（1963-），男，海南省海口市人。工程師職稱，現(xiàn)為海南科技職業(yè)學(xué)院教師。

施智興（1993-），男，海南省澄邁人。現(xiàn)為海南科技職業(yè)學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)2012級(jí)學(xué)生。

作者單位

海南科技職業(yè)學(xué)院 海南省海口市 571126