魏桥振荡器

由于频率稳定性好、失真低、易于调谐等优点,Wien桥振荡器成为目前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,在放大器级使用的非反相放大器不引入任何相移。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荡器。

Wien Bridge振荡器

Wien桥振荡器产生正弦波,该正弦波使用RC网络作为电路的频率确定部分。具有放大器级的Wien桥振荡器的基本电路如下图所示。

在端子1和3之间施加放大器的输出,同时从端子2和4提供输入到放大器级的输入,因此放大器输出变为桥的输入电压,而桥的输出变为放大器的输入电压。。

Wien Bridge振荡器

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。

如上所述,RC网络负责确定振荡器的频率。该RC网络由两个频率敏感的臂组成,即系列R1C1和并联R2,C2。该网络也称为引线滞后电路。

领先-落后网络

电容器两端的输出电压在滞后电路中的0到90度之间的角度滞后于输入电压。在引线电路中,电阻器两端的输出电压在0到90度之间引入输入电压。

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放式循环,并且在非常高的频率下也没有输出,因为并联电容器发挥为输入电压的短路通路路径。因此在这两个极端条件下,输出电压达到最大值。

谐振频率是输出电压最大的频率。在此频率下,反馈分数K达到最大值1/3。

当XC = R并因此给出谐振频率时,反馈将是最大的

f = 1 / 2πRC

引导滞后网络波前
上图表示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是1/3。因此,为了保持振荡,放大器必须具有大于3的增益。

通过将两个电容器安装在轴上并同时改变它们的值来由Wien桥振荡器提供不同的频率范围。

Wien Bridge振荡器使用OP-AMP

下图显示了广泛使用的Wien桥振荡器类型。运算放大器用于非反相配置和反馈形成分压器网络。电阻R1和RF形成反馈路径的一部分,其确定或有助于调整放大器增益。

运放的输出作为a点和c点的输入连接到电桥上,而b点和d点的电桥输出连接到运放的输入端。

Wien Bridge振荡器使用OP-AMP

放大器输出的一部分通过分压器网络(电阻器和电容器的串联组合)反馈到放大器的正或非反相端子。

而且,放大器的第二部分通过幅度2R的阻抗反馈到放大器的反相或负极端子。

如果正确选择反馈网络元件,则输入到放大器的信号的相移在某些频率下为零。由于放大器是非反相的,因此引入零相移加上反馈网络零相移,因此围绕环路的总相移变为零,因此振荡的所需条件。

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。

维恩桥振荡器工作

运算放大器的增益表示为

a = 1 +(rf / r1)

如前所述,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和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,R1 = 1 K欧姆,则确定Wien桥振荡器电路在10 kHz频率运行时的RC值。

鉴于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)

然后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

然后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Wien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Wien桥振荡器。每个放大器级引入一个180度的相移,因此一个总共360度的相移被引入,这只是一个零相移条件。

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器施加到桥式电路。

晶体管Wien桥振荡器

当直流源应用于电路时,由于载流子通过晶体管和其他电路元件的运动,在晶体管T1基部产生一个噪声信号。这个电压用增益A放大,产生输出电压与输入电压相差180度。

这个输出电压作为T2底端的第二晶体管的输入。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反馈给晶体管T1。因此,当满足巴克豪森条件时,这个正反馈会在很宽的频率范围内产生振荡。

一般情况下,反馈网络中的维恩桥包含了单期望频率的振荡。

电桥在总相移为零的频率处得到平衡。

两级晶体管的输出作为反馈网络的输入,反馈网络应用于基极和地之间。

反馈电压,Vf = (Vo × R4) / (R3 + R4)

维也纳桥自动增益控制

增益必须是自调整的,以实现反馈振荡器的稳定性。这是一种自动增益控制(AGC)。这可以通过简单地将齐纳二极管与电阻R3并联在反馈网络中实现。当输出信号达到齐纳击穿电压时,齐纳二极管传导,从而导致电阻R3短路。

这将放大器增益降低到3,因此通过全环增益1的结果产生的持续振荡。尽管这种自动增益控制方法很简单,但它受到齐纳二极管的非线性,因此正弦波变得扭曲。

控制增益的另一种方法是在负反馈路径中使用JFET作为电压控制电阻。与齐纳二极管法相比,这种增益控制方法产生稳定的正弦波形。JFET在具有小或零VOS的欧姆地区进行操作。

因此,漏极电阻随栅极电压的增加而增加。因此,当JFET放置在负反馈回路中时,通过该电压控制电阻实现自动增益控制。

维也纳桥自动增益控制
上图说明了JFET稳定Wien桥振荡器的自动增益控制。在这个电路中,放大器的增益由组件Rf、R3和Q1控制。漏源极电阻随栅极电压的不同而不同。当栅极电压为零时,该电阻最小。此时,环路增益将大于1。

当输出电压迅速增加时,负输出信号正向偏压二极管,因此电容电荷为负电压。充电电压增加了漏极和源极之间JFET的电阻,从而导致放大器增益的降低。

通过选择反馈组件的适当值,可以在所需水平下稳定环路增益。

优势

  • 由于使用两级放大器,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。
  • 它能产生失真较小的非常好的正弦波
  • 频率稳定性好
  • 由于不存在电感器,外部磁场不会发生干扰。

缺点

  • 两级放大器类型的Wien桥式振荡器需要更多组件。
  • 无法生成非常高的频率。

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