文氏电桥

物理学术语

文氏电桥（Wien bridge oscillator circuit），又称文氏电桥振荡电路，是利用RC串并联实现的振荡电路，由Max.Wien发明的。由放大电路和选频网络组成。

发明人

文氏电桥是Max.Wien 发明的, 此后 William Redington Hewlett 于1939年的硕士论文中进行了完善。根据发明者的姓名, 这个电路被称为Wien bridge , 也就是文氏电桥。

关于Max Wien 相关情况如下:Max Wien (1866 – 1938) a German physicist and the director of the Institute of Physics at the University of Jena. In 1891,Wien invented the Wien Bridge oscillator but did not have a means of developing electronic gain so a workable oscillator could not be achieved.

Max Wien，德国物理学家，耶拿大学物理学院导师。1891年，Wien 发明了文氏电桥振荡器。但他没有研究出产生电子增益的方法，因此一个真正可行的振荡器那时并未被完成。

工作原理

组成部分

文氏桥振荡电路由两部分组成：即选频网络和放大电路。由集成运放组成的电压串联负反馈放大电路，取其输入电阻高、输出电阻低的特点。

由Z1、Z2组成，同时兼作正反馈网络，称为RC串并联网络。由右图可知，Z1、Z2和Rf、R3正好构成一个电桥的四个臂，电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端。

由于Z1、Z2和R3、Rf正好形成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端，因此这种振荡电路常称为RC桥式振荡电路。

RC串并联网络的选频特性

为克服RC移相振荡器的缺点，常采用RC串并联电路作为选频反馈网络的正弦振荡电路，也称为文氏电桥振荡电路，如图Z0820所示。它由两级共射电路构成的同相放大器和RC串并联反馈网络组成。由于φA=0，这就要求RC串并联反馈网络对某一频率的相移φF=2nπ，才能满足振荡的相位平衡条件。下面分析RC串并联网络的选频特性，再介绍其它有关元件的作用。

图1：RC串并联选频网络振荡器

图1中RC串并联网络在低、高频时的等效电路如图1所示。这是因为在频率比较低的情况下，（1/ωC）＞R，而频率较高的情况下，则（1/ωC）＜R，前者等效于一节超前型移相电路，后者等效于一节滞后型移相电路。显然频率从低到高连续变化，相移从90°到-90°连续变化，其中必存在一个中间频率f0，使RC串并联网络的相移为零。于是满足相位平衡条件。对此，可进一步作定量分析，由图1得：

图2

为调节频率方便，通常取R1=R2=R，C1=C2=C，如果令ω0=1/RC，则上式简化为：

图3

可见，RC串并联反馈网络的反馈系数是频率的函数。由式GS0821可画出的幅频和相频特性，如图Z0822所示。由图可以看出：

图4

这就表明RC串并联网络具有选频特性。因此图Z0820电路满足振荡的相位平衡条件。如果同时满足振荡的幅度平衡条件，就可产生自激振荡。

一般两级阻容耦合放大器的电压增益Au远大于3，如果利用晶体管的非线性兼作稳幅环节，放大器件的工作范围将超出线性区，使振荡波形产生严重失真。为了改善振荡波形，实用电路中常引进负反馈作稳幅环节。图1中电阻Rf和Re引入电压串联深度负反馈。这不仅使波形改善、稳定性提高，还使电路的输入电阻增加和输出电阻减小，同时减小了放大电路对选频网络的影响，增强了振荡电路的负载能力。通常Rf用负温度系数的热敏电阻（Rt）代替，能自动稳定增益。假如某原因使振荡输出Uo增大，Rf上的电流增大而温度升高，阻值Rf减小，使负反馈增强，放大器的增益下降，从而起到稳幅的作用。

从图1可以看出，RC串并联网络和Rf、Re，正好组成四臂电桥，放大电路输入端和输出端分别接到电桥的两对角线上，因此称为文氏电桥振荡器。

广泛采用集成运算放大器代替图1中的两级放大电路来构成RC桥式振荡器。图5是它的基本电路。

文氏电桥振荡器的优点是：不仅振荡较稳定，波形良好，而且振荡频率在较宽的范围内能方便地连续调节。

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