葡萄酒桥振荡器

由于频率稳定性好、失真度低、易于调谐等优点，维恩桥式振荡器成为目前最流行的音频范围信号产生电路。这种振荡器使用RC反馈网络，所以它也可以被认为是RC振荡器。

一般振子与维恩桥振子的主要区别在于:在振子中，放大器级引入180度相移，通过反馈网络引入额外的180度相移，从而得到环内360度或零相移，满足巴克豪森准则。

但是，对于维恩桥振荡器，放大器级使用的非反相放大器不引入任何相移。因此，通过反馈网络不需要相移就可以满足巴克豪森准则。让我们简单地讨论一下维恩桥振荡器。

文氏桥振荡器

维恩桥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。一个基本电路放大级维恩桥式振荡器的结构如下图所示。

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

当电桥平衡时，放大器的输入电压变为零，因此为了产生持续振荡，放大器的输入必须不消失。因此，通过调整电阻器的适当值，电桥是不平衡的。

正如我们上面提到的，RC网络负责确定振荡器的频率。该RC网络由两个频敏臂组成，即系列R1C1和并联R2, C2。这种网络也称为超前滞后电路。

在滞后电路中，输出电压在0到90度之间滞后于输入电压。在引入电路中，通过电阻的输出电压与输入电压形成0到90度之间的夹角。

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，而且在非常高的频率下，由于并联电容作为输入电压的短路路径，所以也没有输出。因此在这两种极端情况之间，输出电压达到最大值。

谐振频率是输出电压最大的频率。在此频率下，反馈分数K达到最大值1/3。

当Xc = R时反馈最大，共振频率为

f = 1 / 2πRC

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

通过在轴上安装两个电容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。

使用运算放大器的维恩桥振荡器

下图显示了一种广泛使用的韦恩桥振荡器。运算放大器采用非反相结构，反馈形成分压器网络。电阻R1和Rf构成反馈路径的一部分，决定或便于调整放大器增益。

运算放大器的输出连接到电桥的a点和c点，而电桥的b点和d点的输出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(电阻和电容的一系列组合)反馈到放大器的正端或非反相端。

另外，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端。

如果选择适当的反馈网络元件，输入到放大器的信号在一定频率下的相移为零。由于放大器是非反相的，引入零相移和反馈网络零相移，环上的总相移为零，这就满足了振荡的条件。

因此，维恩桥振荡器作为一个正弦波发生器，其振荡频率由R和C分量决定。

运算放大器的增益表示为

A = 1 + (Rf / R1)

如上所述，非逆变放大器的增益必须小于3才能满足巴克豪森判据。

因此，1 + (Rf / R1)≥3

→(Rf / R1)≥2

因此，电阻Rf与R1的比值必须大于等于2。振荡的频率由

f = 1 / 2πRC

维恩桥振荡器的示例问题

当R = 100k欧姆和R1 = 1k欧姆时，确定工作频率为10khz的维恩桥式振荡器电路的RC值。

假设f = 10 kHz, R = 100 K欧姆，R1 = 1K欧姆。

给出了维恩桥振子的振荡频率

f = 1 / (2πRC)

那么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

则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

下图显示了使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度的相移，因此总共引入360度的相移，这只是一个零相移的条件。

反馈电桥由RC串联元件、RC并联元件、R3和R4电阻组成。桥接电路的输入由晶体管T2的集电极通过耦合电容施加。

当直流电源施加到电路上时，由于载流子通过晶体管等运动而产生晶体管T1底部的噪声信号电路元件．该电压被增益A放大，产生与输入电压相位差180度的输出电压。

该输出电压作为输入施加到T2基极的第二晶体管。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，因此当满足巴克豪森条件时，这个正反馈在宽频率范围内产生振荡。

通常，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达到平衡。

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)

Wien Bridge的自动增益控制

增益必须是自调整的，以达到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将齐纳二极管与电阻R3并联来实现。当输出信号达到齐纳击穿电压时，齐纳二极管导通，从而导致电阻R3短路。

这使放大器增益降低到3，因此由总环路增益1产生持续的振荡。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导致正弦波失真。

另一种控制增益的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了稳定的正弦波形。JFET工作在欧姆区，具有很小的或零的Vos。

因此，漏源电阻随着栅极电压的增加而增加。因此，当JFET被放置在负反馈回路时，通过电压控制电阻实现自动增益控制。

上图说明了JFET稳定维恩桥振荡器的自动增益控制。在该电路中，放大器增益由射频、R3和Q1三个元件控制。漏源极电阻随栅极电压的变化而变化。当栅极为零伏时，这个电阻是最小的。此时，环路增益将大于1。

当输出电压迅速增加时，负输出信号正向偏置二极管，因此电容器充电到负电压。这个充电电压增加了漏极和源极之间JFET的电阻，进一步降低了放大器增益。

通过选择合适的反馈分量值，环路增益可以稳定在期望的水平。

优势

• 由于使用了两级放大器，该振荡器的整体增益很高。
• 通过改变C1和C2的值或使用可变电阻，可以改变振荡的频率。
• 它能产生很好的正弦波，失真小
• 频率稳定性好
• 由于没有电感器，不会产生外部磁场的干扰。

缺点

• 两级放大型维恩桥振荡器需要更多的元件。
• 无法产生非常高的频率。