魏桥振荡器

由于具有良好的频率稳定性、极低的失真和易于调谐等优点，维恩桥振荡器成为最流行的音频范围信号产生电路。这种振荡器采用RC反馈网络，因此也可以认为是RC振荡器。

一般振荡器和Wien桥振荡器之间的主要区别在于，在振荡器中，放大器级引入180度相移，并通过反馈网络引入额外的180度相移，以便在循环周围获得360度或零相移。满足巴克豪森标准。

但是，在维恩桥振荡器的情况下，放大器级使用的非反相放大器不会引入任何相移。因此，为了满足巴克豪森准则，不需要通过反馈网络进行相移。让我们简要地讨论一下维恩桥振子。

文氏桥振荡器

维恩桥式振荡器产生的正弦波使用RC网络作为电路的频率决定部分。放大级维恩桥振荡器的基本电路如下图所示。

放大器的输出施加在端子1和端子3之间，而放大器级的输入来自端子2和端子4，因此放大器的输出成为桥的输入电压，而桥的输出成为放大器的输入电压。

当桥接桥平衡到放大器的输入电压变为零，因此为了产生输入的持续振荡，必须是非消失的。因此，通过调整电阻器的适当值，桥梁不平衡。

正如我们上面提到的，RC网络负责确定振荡器的频率。该RC网络由串联R1C1和并联R2, C2两个频率敏感臂组成。这个网络也被称为超前滞后电路。

在滞后电路中，电容上的输出电压滞后于输入电压一个0到- 90度的角度。在导通电路中，通过电阻器的输出电压引导输入电压0到90度之间的角度。

在非常低的频率下，输出电压变为零，因为串联电容表现为开路，也没有输出在非常高的频率，因为并联电容作为短路路径到输入电压。因此在这两个极端条件之间，输出电压达到最大值。

谐振频率是输出电压最大的频率。在该频率下，反馈分数K的最大值为1/3。

当Xc = R时，反馈将是最大的，因此谐振频率由

f = 1 / 2πRC

上图为谐振频率下的输出电压。在谐振频率下，通过电路的相移为零，衰减V1/V0为1/3。因此，为了保持振荡，放大器的增益必须大于3。

通过在轴上安装两个电容器并同时改变它们的值，维恩桥振荡器可以提供不同的频率范围。

使用运放的维恩桥振荡器

下图显示了一种广泛使用的维恩桥振荡器。运算放大器采用非反相结构，反馈形成分压网络。电阻R1和Rf构成反馈路径的一部分，决定或促进调节放大器增益。

运算放大器的输出在a点和c点作为电桥的输入，而电桥在b点和d点的输出则连接到运算放大器的输入。

放大器输出的一部分通过分压器网络(电阻和电容的串联组合)反馈到放大器的正端或非反相端。

此外，放大器的第二部分通过2R量级的阻抗反馈到放大器的反相或负极。

如果选择适当的反馈网络元件，放大器输入信号的相移在特定频率为零。由于放大器是不可逆的，引入零相移和反馈网络零相移，在回路周围的总相移为零，因此是振荡的必要条件。

因此，Wien桥振荡器用作正弦波发生器，其振荡频率由R和C组件确定。

运算放大器的增益表示为

A = 1 + (Rf / R1)

我们在上面讨论过，非反相放大器的增益必须小于3才能满足巴克豪森准则。

因此，1 + (Rf / R1)≥3

→(Rf / R1)≥2

因此，电阻Rf与R1的比值必须等于或大于2。振荡的频率由

f = 1 / 2πRC

Wien Bridge振荡器上的示例问题

如果R = 100 K欧姆和R1 = 1 K欧姆，确定10 kHz频率下Wien桥振荡器电路的RC值。

已知f = 10 kHz, R = 100 K欧姆，R1 = 1K欧姆。

给出了Wien桥振荡器中的振荡频率

f = 1 / (2πRC)

则C = 1 /(2π × 100 × 103 × 10 × 103)

= 0.159 nF

对于持续振荡，增益必须大于3，即A≥3

那么1 + (Rf / R1)≥3

（rf / r1）≥2

Rf≥1K欧姆

因此，R和C值分别为0.159 nF和1K欧姆。

晶体管维恩桥振荡器

下图显示了采用两级共发射极晶体管放大器的晶体管化维恩桥振荡器。每个放大器级引入180度相移，因此引入了总的360度相移，这是零相移条件。

反馈电桥由RC串联元件、RC并联元件、R3和R4电阻组成。桥式电路的输入从晶体管T2的集电极通过耦合电容输入。

当直流电源应用于电路时，由于载流子通过晶体管和其他电路元件的移动，在晶体管T1基部产生噪声信号。这个电压用增益A放大，产生输出电压与输入电压180度反相。

这个输出电压作为T2基端第二个晶体管的输入。这个电压乘以T2的增益。

晶体管T2的放大输出与T1的输出相差180度。这个输出通过耦合电容c反馈到晶体管T1。因此，当巴克豪森条件满足时，这个正反馈在很宽的频率范围内产生振荡。

一般来说，反馈网络中的维恩桥在一个期望的频率上包含振荡。

电桥在总相移为零的频率上得到平衡。

两级晶体管的输出作为反馈网络的输入，反馈网络应用在基极和地之间。

反馈电压，Vf = (Vo × R4) / (R3 + R4)

维恩桥的自动增益控制

增益必须自调整，以实现反馈振荡器的稳定性。这是一种自动增益控制(AGC)。这可以通过简单地在反馈网络中与电阻R3并联一个齐纳二极管来实现。当输出信号达到齐纳击穿电压时，齐纳二极管导通，从而导致短路电阻R3。

这将放大器增益降低到3，因此持续的振荡产生的结果全回路增益1。这种自动增益控制方法虽然简单，但由于齐纳二极管的非线性，使得正弦波失真。

另一种控制增益的方法是使用JFET作为负反馈路径中的电压控制电阻。与齐纳二极管方法相比，这种增益控制方法产生稳定的正弦波形。JFET工作在欧姆区，Vos很小或为零。

因此漏源电阻随栅极电压的增大而增大。因此，当JFET被置于负反馈回路时，该电压控制电阻可实现自动增益控制。

上图展示了JFET稳定的维恩桥振荡器的自动增益控制。在这个电路中，放大器的增益由射频、R3和Q1控制。漏源极电阻随栅极电压的变化而变化。当栅极电压为零时，这个电阻最小。此时，环路增益将大于1。

当输出电压迅速增加，负输出信号正向偏压二极管，因此电容器充电到负电压。这种充电电压增加了漏极和源极之间JFET的电阻，从而进一步降低了放大器的增益。

通过选择适当的反馈元件，环路增益可以稳定在期望的水平。

优势

• 由于采用了两级放大器，该振荡器的总增益很高。
• 通过改变C1和C2的值或使用可变电阻器，可以改变振荡的频率。
• 它产生的正弦波非常好，失真小
• 频率稳定性好
• 由于没有电感器，外部磁场不会产生干扰。

缺点

• 两级放大型维恩桥振荡器需要更多的元件。
• 无法生成非常高的频率。