RC文氏桥振荡电路

图2 文氏选频网络

R C

>>ω1

90RC 文氏桥振荡电路

一、文氏桥振荡电路简介

如图所示，将RC 串并联选频网络和集成运放 TL082结合起来即可构成RC 振荡电路。RC 串并联选 频网络接在运算放大器的输出端和同相输入端之间， 构成正反馈，接在运算放大器的输出端和反相输入端 之间的电阻，构成电压串联负反馈。正反馈电路和负 反馈电路构成了文氏电桥电桥。

文氏电桥振荡器的优点是：不仅振荡较稳定，波 形良好，带负载能力强，而且振荡频率在较宽的范围 内能方便地连续调节，输出电压失真也比较小。

二、理论分析与计算

1、文氏选频网络（RC 串并联网络）

由图1的电路可以看出，电路在回路网络中加入了文氏选频网络，下面对文氏选频网络进行理论上的分析，从电路总提取文氏电路如图2所示。

f U •

是运放的反馈量， 是输出量。为了保证振荡的产生，就必须满足f U •

与

同相位。因为R1=R2=R ，C1=C2=C ，当频率比较低的情况下，就有

此时f U •

的相位会超前于 ，当ω趋近于零时，其相位超前接近于

。同理，相反地，当ω趋近于无穷大时，此时f U •的相位会滞后于 接近 90-。

所以在在信号频率由零到无穷大的变化过程中，必然有某一个频率，使得输出量与反馈量同相，从而形成正反馈。下面进行定量分析。

o U •

o

U •

o U •

o U •

图1 文氏桥振荡电路

RC 串并联网络的频率特性可表示为

令 ,则上式可简化为

为了使反馈量足够大，则要求 尽可能大，由上面的关系式不难得到，当

时，F 的模有最大值

同时为了能够起振，又要求电路的电压放大倍数A 与反馈系数F 之间满足关系

这就要求

整理得到

也就是说，

的最小值是7.96K Ω，事实上，应略大于这个值。

2.当电路产生正弦振荡时，振荡电路中的负反馈

根据以上分析可知，RC 串并联网络振荡电路中，只要达到3>•

u A ，即可满

足产生正弦波振荡的起振条件。如果u A •

的值过大，由于振荡幅度超出放大电路的线性放大范围而进入非线性区，输出波形将产生明显的失真。另外放大电路的

)1(31

RC

RC j ωω-

+=

RC

j R

C j R RC j R

U U F f ωωω++

++=

=••

•111RC

10=ω)(

31

0ω

ωωω-+=

•

j F •

F ωω=031

max =

•F ||1

AF >1

13

f R A R =+

>Ω

=>K R R f 96.721f R

放大倍数因受环境温度及元件老化等因素影响，也要发生波动。以上情况都将直接影响振荡电路输出波形的质量，因此，通常在放大电路中引入负反馈以改善振荡波形。

此外如图3所示进行研究，

设运放输出电压为最大值Uo ，同相输入端电压最大值为Up ，那么由前面的分析有

那么如果波波形不失真或失真不严重的话，同相输入端电压应与输出电压同相，且同相输入端电压的幅值应为输出端电压的三分之一。

但是，如果Rf 的阻值远大于7.96K Ω，那么振荡幅度的增长使放大电路工作到非线性区域，输出波形会产生较严重的失真，此时上面所得到的描述输出电压与反馈电压的关系式将不再成立。

同时，由于在反馈网络中并没有加入限幅的环节，那么如果运放理想的话，输出电压的幅值将是无穷大，但是由于运放实际上有一个最大输出电压，所以输出电压的幅值实际上由运放的最大输出电压控制，而无法由电路的参数求出。

3.二极管的引入

当在反馈回路中加入由二极管构成的非线性环节时，由于非线性结构的影

1

3

P f f o

U U U U ==

图3 由文桥选频电路和放大器组成正弦波发生器的电路原理图

响，具体来说，利用电流增大时二极管动态电阻减小，电流减小时动态电阻增大的特点，可以输出电压稳定。此时比例系数为

下面进行定性分析。

电路如图1。对于正反馈网络中的的文氏选频网络来说，选定的频率仍然是不变的，而且在该频率下，同相输入端和输出端仍然满足三分之一的比例关系，即

利用二极管的非线性自动调节负反馈的强弱来控制输出电压的恒定。振荡过程中两个二极管将交替导通和截止，其中一个处于正向导通状态的二极管与R2并联，由于二极管正向电阻随其两端电压的增大而下降，故电路的负反馈随振幅上升而增强，也就是说运放的闭环放大倍数随振幅增大而下降，直到满足振幅平衡条件为止。这样就容易使得输出电压稳定下来，故会看到比不加二极管时幅值更小的稳定振荡。而且由于其动态电阻的影响，Rf 可以取的最小值也可以比不加非线性环节时更小一些。

此时如果R4增大，二极管稳定输出的功能仍然存在。但是由于电路的闭环放大倍数增加，并且对频率不是选频网络确定的其他噪音信号的抑制增强，故电路稳定输出的电压幅值将会增加。

3

4

//1R R r R A d f u ++

=•

o

p U U RC C C R R f 3

121

2121210==

=

ππ