1.文氏电桥振荡电路结构及工作原理
运算放大器A和电阻 R1、Rf 构成同相比例放大电路,RC串并联网络构成的正反馈支路作为选频网络,输出端信号电压 Uo。由于初始状态时电路并没有外加输入信号,要输出稳定的振荡信号 ,需要满足以下几个条件。
(1)自激起振
初始状态下,电路中存在微弱的噪声,经正反馈支路 (反馈系数为F)送回运放同相输入端,再经过比例放大电路 (放大系数为A) 输出,只有当|AF|>1时,才能够使振荡电路自行建立振荡,即起振条件:
|AF|>1
(2)形成特定频率正弦波
文氏电桥的RC串并联网络既是正反馈支路,同时也是一个选频网络,该网络的谐振频率为:
f0 =1/(2πRC)
当信号频率f=f0时,选频网络传递系数最大。此时,选频网络|F|=1/3,同时相移为0。即电路谐振时,输出的是一个频率为f0的正弦波信号, 其他频率分量的信号将被抑制。
(3)保持振荡平衡
幅度平衡条件:
|AF|=1
相位平衡条件:
φ=2nπ(n=0,1,2...)
2.实验电路
首先确定选频网络参数,由f0 =1/(2πRC)知,该电路产生的正弦波频率为3.386kHz。其次确定同相比例放大电路参数, 该放大网络增益为:
A=(R1+R4+R6)/R6
根据幅度平衡条件:|AF|=1,|F|=1/3知|A|=3。带入上式,得:R6=(R1+R4)/2=3.45kΩ。
3.实验结果
当R6=3.5kΩ>3.45kΩ,示波器无波形,频率计无示数。因为此时|A|<3,不满足起振条件。当R6=3.4kΩ时,示波器与频率计显示如下: