文氏橋信號發(fā)生器的工作原理和結(jié)構(gòu)

文氏橋信號發(fā)生器是一種基于文氏橋電路的信號發(fā)生器，它能夠產(chǎn)生穩(wěn)定且頻率可調(diào)的正弦波信號。以下是對文氏橋信號發(fā)生器的工作原理和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)闡述。

一、文氏橋信號發(fā)生器的工作原理

文氏橋信號發(fā)生器的工作原理主要依賴于文氏橋電路的正反饋機(jī)制和選頻特性。文氏橋電路由兩個(gè)電容、兩個(gè)電感和一個(gè)電阻組成，這些元件按照特定的方式連接，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)輸入信號的頻率與文氏橋的自然頻率相等時(shí)，電路中的電勢差為零，此時(shí)輸出電壓最小，稱為“贊揚(yáng)點(diǎn)”（null point）。當(dāng)輸入信號的頻率偏離自然頻率時(shí)，文氏橋的輸出電壓會(huì)增加，從而實(shí)現(xiàn)信號的選頻和放大。

具體來說，文氏橋信號發(fā)生器的工作原理包括以下幾個(gè)方面：

1. 選頻特性 ：文氏橋電路具有選頻特性，即它只能對某一特定頻率的信號進(jìn)行放大和輸出。這個(gè)特定頻率就是文氏橋的自然頻率，它取決于電路中電容、電感和電阻的數(shù)值。通過調(diào)整這些元件的數(shù)值，可以改變文氏橋的自然頻率，從而改變輸出信號的頻率。
2. 正反饋機(jī)制 ：文氏橋電路中的正反饋機(jī)制是實(shí)現(xiàn)信號放大的關(guān)鍵。當(dāng)輸入信號進(jìn)入電路后，經(jīng)過一系列的處理和放大，部分輸出信號會(huì)作為正反饋信號重新輸入到電路中，與原始輸入信號疊加。這樣，隨著信號的不斷循環(huán)和放大，輸出信號的幅度會(huì)逐漸增加，直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
3. 振蕩條件 ：為了使文氏橋電路能夠持續(xù)振蕩并產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波信號，必須滿足一定的振蕩條件。這些條件包括振幅平衡條件和相位平衡條件。振幅平衡條件要求電路的放大倍數(shù)與反饋系數(shù)之積等于1，即 A ? F = 1 ，其中A是放大器的增益，F是反饋系數(shù)。相位平衡條件要求整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的相位差為2nπ（n為整數(shù)），以確保信號能夠循環(huán)振蕩。
4. 波形變換 ：除了產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波信號外，文氏橋信號發(fā)生器還可以通過特定的電路設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)從正弦波到方波、三角波等多種波形的變換。這些變換通常利用過零比較器、積分電路等元件實(shí)現(xiàn)。

二、文氏橋信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)

文氏橋信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)主要由文氏橋電路、放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)以及輸出濾波器等部分組成。以下是對各部分結(jié)構(gòu)的詳細(xì)介紹：

1. 文氏橋電路 ：文氏橋電路是文氏橋信號發(fā)生器的核心部分，由兩個(gè)電容（Cs和Cr）、兩個(gè)電感（Ls和Lr）以及一個(gè)電阻（R）組成。這些元件按照特定的方式連接，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，為了減小電路的復(fù)雜性和成本，有時(shí)會(huì)采用RC振蕩器來代替文氏橋電路中的電感元件，特別是在低頻信號的產(chǎn)生中。
2. 放大器 ：放大器是文氏橋信號發(fā)生器中的關(guān)鍵元件之一，它負(fù)責(zé)將輸入信號進(jìn)行放大并輸出到負(fù)載上。在文氏橋電路中，放大器通常采用運(yùn)算放大器或集成運(yùn)放等元件實(shí)現(xiàn)。這些元件具有高增益、低噪聲、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足文氏橋信號發(fā)生器對放大器性能的要求。
3. 反饋網(wǎng)絡(luò) ：反饋網(wǎng)絡(luò)是文氏橋信號發(fā)生器中的重要組成部分，它用于實(shí)現(xiàn)正反饋機(jī)制并將部分輸出信號反饋到輸入端。反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)直接影響到文氏橋信號發(fā)生器的穩(wěn)定性和輸出信號的波形質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，反饋網(wǎng)絡(luò)通常由電阻、電容等元件組成，并通過精確的計(jì)算和調(diào)試來確定其參數(shù)值。
4. 輸出濾波器 ：輸出濾波器用于濾除文氏橋信號發(fā)生器輸出信號中的高頻噪聲和雜波，使輸出信號更加純凈和穩(wěn)定。輸出濾波器通常由電感、電容等元件組成，并根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試。

文氏橋信號發(fā)生器的工作原理和結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜但功能強(qiáng)大。它能夠通過調(diào)整電路中元件的數(shù)值來改變輸出信號的頻率和波形，并在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，文氏橋信號發(fā)生器的性能將不斷提高，應(yīng)用范圍也將不斷擴(kuò)大。

三、文氏橋信號發(fā)生器電路圖

1、由LM358組成的1kHz文氏橋信號發(fā)生器電路圖

如圖是由LM358雙運(yùn)算放大器及Rl～R15，Cl～C5等元件組成的lkHz信號發(fā)生器。文氏橋(C2、C3、R4和R6)產(chǎn)生的lkHz弱信號，經(jīng)Al放大，然后，通過A2、A3兩個(gè)運(yùn)放用作緩沖放大，這兩個(gè)運(yùn)放輸出反相，因而使單端轉(zhuǎn)換成雙端平衡輸出。

2、450Hz文氏橋信號發(fā)生器電路圖

450Hz信號發(fā)生器為文氏橋振蕩器，也稱RC振蕩器，電路如圖所示。振蕩器由VTl、VT2和反饋網(wǎng)絡(luò)Rl、R2和Cl、C2組成。R6、R9和Cl0組成的負(fù)反饋使輸出振幅穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定。R3、R4、R7、R8、R9為三極管VTl的直流偏置電阻。

R5為增加輸入電阻，以提高輸入阻抗。Rl0．Rll、Rl2、Rl3為VT2的直流偏置電阻。VT3為功率輸出級，輸出的信號經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)C9、L1-2后，由變量器T的次級L3-4送出，同時(shí)采用變量器T能使450Hz信號為平衡輸出。