文氏桥正弦波产生电路浅析

陈亮 施智兴

摘 要 正弦波产生电路很多，根据频率高低要求、频率稳定性要求以及成本要求等等选择具体电路。前面对三极管RC移项振荡器和555时基模块波形产生电路进行了浅析和Multisim 12仿真。本文论述的是文氏桥正弦波产生电路，其是一个很实用的电路。

【关键词】仿真 文氏橋 正弦波产生电路

正弦波产生电路很多，有由分立元件构成的，有由555时基模块构成的，有由IC8038摸块构成的等等，根据频率高低要求、频率稳定性要求以及复杂简单（成本）要求等等选择具体电路。前面已经对三极管RC移项振荡器和555时基模块波形产生电路进行了浅析和Multisim 12仿真。本文论述的是应用集成运算放大器构成的文氏桥正弦波产生电路，其是一个很实用的电路，它不仅是一个比较稳定的信号源电路，而且是让学生进一步掌握集成运算放大器使用的实训好项目。

1 文氏桥振荡器原理

文氏桥振荡器基本电路如图1所示。电路由两个“桥臂”构成，R1、RF构成负反馈桥臂，并联RC网络和串联RC网络再串联构成正反馈桥臂。

负反馈增益为 A1=1+RF/R1

正反馈增益为 A2（jf）=1/[3+j（f/f0-f0/f）]

总增益为 A（jf）=A1*A2（jf）=（1+RF/R1）/[3+j（f/f0-f0/f）]

其中 f0=1/2πRC

当f趋于0时，f0/f趋于无穷大，总增益趋于零。

当f趋于∞时，f/f0趋于无穷大，总增益趋于零。

当f=f0时A（jf）=（1+RF/R1）/3，即A（jf）是实数，也就是说，频率为f0的信号经过环路一周后，其相移为0°。当RF/R1的值不同时，电路出现下述三种情况：

a、当A<1时，假如电路有一个扰动（有信号输入），则信号每经过环路一次，就被衰减一次，最终信号趋于零。

b、A>1时，假如电路有一个扰动，则信号每经过环路一次，就被放大一次，信号幅度将不断增大，电路将不稳定。

c、A=1时，频率为f0的信号（扰动信号中的f0分量）维持原有大小，无限的持续下去。显然，这样的电路不适用。

适用的电路应该是开始时，A>1，振荡幅值达到预定的幅值之后，A=1，输出稳定的波形。如图2为文氏桥稳幅电路，其利用二极管的非线性来改变电路启动到稳定工作的负反馈深度。

2 文氏桥正弦波产生电路

在Multisim 12仿真上可调幅文氏桥正弦波产生电路如图3所示。波形由U1A运放产生，其由两个“桥臂”构成，R2、R4、R5、R6、D1、D2构成负反馈桥臂，并联R3、C3网络和串联R1、C2网络构成正反馈桥臂，正反馈大于负反馈，电路就发生振荡，产生正弦波。其计算公式为：

3 仿真实验

文氏桥正弦波产生电路仿真波形如图4所示。

改变电阻，频率变化表如表1所示。

改变电容，频率变化表如表2所示。

仿真值与计算值相差约2%左右。

该电路如果±12V换成±5V，电路也能起振，但幅度变小。如果换成单电源，则不能起振。

4 用文氏桥电路产生的正弦波做单管放大实验

如果把文氏桥电路产生的正弦波作为单管放大实验的信号源，则比较理想。图5为在Multisim 12仿真软件上的电路，图6为三极管工作点适合时三极管输入输出波形图；图7为三极管工作点偏低时三极管输入输出波形图（截止失真）；图8为三极管工作点偏高时三极管输入输出波形图（饱和失真）。

（图8）（上方为输入波形，下方为输出波形。）

从上图可以看出，输出波形调节出三种状态（不失真放大、截止失真、饱和失真）时，输入波形均保持稳定不失真。可见，文氏桥正弦波产生电路不仅波形失真度小，带负载能力也好，可以作为信号源。

5 结语

RF>2R2时（在线性区），电路就能顺利起振，产生正弦波；若RF<2R2，则电路不能振荡；若AU1A>>3（在非线性区），则输出波形失真（不能稳幅），输出为近似于方波的波形。为输出稳定的正弦波，必须同时调整R1R3C1C3以得到不同频率。此电路一般产生低频正弦波。

参考文献

[1]张树江.王成安.模拟电子技术（基础篇）（第二版）[M].大连：大连理工大学出版社.2010.149-153.

[2]陈亮.施智兴.三极管RC移项振荡器浅析[J].电子技术与软件工程，2015（04）.

[3]陈亮.施智兴.555时基模块波形产生电路浅析[J].科技展望.2015（04）.

作者简介

陈亮（1963-），男，海南省海口市人。工程师职称，现为海南科技职业学院教师。

施智兴（1993-），男，海南省澄迈人。现为海南科技职业学院应用电子技术2012级学生。

作者单位

海南科技职业学院 海南省海口市 571126