实验七 文氏桥正弦振荡器

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1、实验七文氏桥正弦振荡器一、实验目的1．掌握振荡条件和稳幅措施。2．研究文氏桥网络的选频特性和传输特性。3.学习文氏桥振荡器的调试与测试技术。二、实验原理1.振荡器的振荡条件振荡过程是一个正反馈过程，振荡常常是一个微扰引起的，如果这个微扰经过反馈，弱于原输入的讯号，循环一次减弱一次，直至消亡，即为负反馈或环增益小于1,无法起振。如果经过反馈后的信号强于原来的输入讯号，循环一次增强一次，振幅越来越大，直至晶体管的非线性或外部稳幅系统限制了它的振幅为止。我们把这个放大与反馈的过程表达为，即反馈系数与增益的乘积称为环路增益，简称环增益。电压放大倍数

2、与反馈系数都是复数：7-1=7-2令，，因此起振条件有两个：振幅条件：(6-3)相位条件：(6-4)起振以后，振幅逐渐增大，但由于晶体管的非线性或稳幅系统起控，A逐渐变小，达到一个平衡状态，此时，所以振荡器的振幅平衡条件为：(6-5)A与F都是频率的函数，在某个频率上，这两个条件都满足了，这个频率便是振荡器的振荡频率。2.文氏桥正弦振荡器文氏桥振荡器是低频振荡器中最常见的一种电路。它使用的元件只需电阻、电容，而不需要难于制作的电感元件，且波形比较好，故得到广泛应用。文氏桥原是电学中的交流电桥，用来测量电容的容量，以及交流电频率的电桥。原名是

3、维恩电桥（WienBridge），我国简称为文氏桥。这个电桥的电路如图7-1（a）所示图7-1文氏电桥如果电桥的R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，R4＝2R3，那么从A、C两端输入一个频率为：的正弦波电压，B、D两端的电压便为零。我们可以将这个桥路分解为图7-1（b）与7-1（c）两个网络。网络（b）具有以下的传输函数Fb(jω)：(6-6)上式仅在时，F(jω)才能成为实数，此时的ω0为：有(6-7)如果选R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，（6-7）式可以简化为：或(6-8)此时的Fb为极大值：(6-9)由于虚部为零，故此时的相位为(6-10

4、)注意：（6-8）与（6-9）仅在网络（b）负载为∞W时才成立。如果这个条件不满足，将略有偏离。而网络（c）则具有以下的传输函数Fc：(6-11)集成运放有两个输入端可以分别进行正反馈与负反馈，网络（b）是决定振荡器频率的网络，它在时相移，适宜于在同相输入端作正反馈网络，但是从网络的输入到输出，信号衰减为1/3，如果不从放大器得到补充，就产生不了振荡，放大器应大于3倍的电压增益，而且在正好3倍的时候，满足了振荡器的振幅平衡条件。根据运放同相放大器增益公式：。假如用网络（c）的R4作为Rf，而R3作为R1，因此要求：即(6-12)所以如果选，

5、便能满足稳定振荡的条件。于是文氏桥振荡器接成图7-2的形式。图7－2文氏桥振荡电路为了方便调试我们将R3换成一个可变电阻，接好电路以后，调节R3，发现时，输出为零，不起振。而当时，波形严重失真。时，可以出现很好的正弦波，但是很不稳定，稍有一些干扰，波形就失真了。为了克服这种不稳定现象，我们希望起振时AF>1,而当幅度达到一定时振荡器能自动调整增益使AF=1以满足振幅平衡条件。故可在R4两边并联一个双向基准稳压管(±6V)和一个电阻的串联支路，以稳定输出幅度。如图7-3所示。由于目前市场上不易买到这种双向基准稳压管(2DW7C)，故可由以稳压

6、二极管为负载的硅整流桥并串一电阻代之。如图7-4所示，它的作用与使用双向基准稳压管相同。如何起了稳定振幅的作用，请同学们自己分析。图7－3稳定的文氏桥振荡电路三、实验电路实验电路如图7-4（a）、（b）所示。（a）文氏桥选频网络（b）文氏桥振荡器实验电路图7-4文氏桥振荡器实验电路　　四、实验内容　　1.测量文氏桥选频网络的衰减比Fb按图7-4(a)插接电路；输入100mV信号，用示波器X,Y输入通道监测输入和输出信号，改变输入信号频率。当Vi、Vo相位差为0时，说明在此频率(ω0=2f0)下电路发生谐振。用mV表测量Vi、V0，计算网络的

7、衰减比Fbm=Vo/Vi(此时Fbm≈1/3)。将数据填入表7-1。表7-1文氏桥选频网络衰减比的测量数据f0(kHz)Vi(mV)Vo(mV)Fbm=Vo/Vi　　2.测量振荡器输出正弦波的频率和最大峰峰值（输出不失真条件下）按图2插接电路；调节RP(10K多圈电位器)，使电路起振；进一步调节RP，使输出振幅最大且不失真，用示波器和交流mV表两种方法测量VoP-P；并用三种方法（数字频率计法、示波器测周期法、李萨茹图法）测量文氏桥振荡器输出的正弦波频率f0；记录测量数据，并将其填入表7-2中。表7-2文氏桥振荡器指标测试数据表VoP-P测

8、量振荡频率f0的测量示波器法mV表法频率计法示波器法李莎如图法VoP-P(V)Vo(V)VoP-P(V)f0(kHz)T(ms)1/T(kHz)f0(kHz)　　五、思考题1.试