文氏橋正弦波產生電路淺析

陳亮 施智興

摘 要 正弦波產生電路很多，根據頻率高低要求、頻率穩定性要求以及成本要求等等選擇具體電路。前面對三極管RC移項振蕩器和555時基模塊波形產生電路進行了淺析和Multisim 12仿真。本文論述的是文氏橋正弦波產生電路，其是一個很實用的電路。

【關鍵詞】仿真 文氏橋 正弦波產生電路

正弦波產生電路很多，有由分立元件構成的，有由555時基模塊構成的，有由IC8038摸塊構成的等等，根據頻率高低要求、頻率穩定性要求以及復雜簡單（成本）要求等等選擇具體電路。前面已經對三極管RC移項振蕩器和555時基模塊波形產生電路進行了淺析和Multisim 12仿真。本文論述的是應用集成運算放大器構成的文氏橋正弦波產生電路，其是一個很實用的電路，它不僅是一個比較穩定的信號源電路，而且是讓學生進一步掌握集成運算放大器使用的實訓好項目。

1 文氏橋振蕩器原理

文氏橋振蕩器基本電路如圖1所示。電路由兩個“橋臂”構成，R1、RF構成負反饋橋臂，并聯RC網絡和串聯RC網絡再串聯構成正反饋橋臂。

負反饋增益為 A1=1+RF/R1

正反饋增益為 A2（jf）=1/[3+j（f/f0-f0/f）]

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

其中 f0=1/2πRC

當f趨于0時，f0/f趨于無窮大，總增益趨于零。

當f趨于∞時，f/f0趨于無窮大，總增益趨于零。

當f=f0時A（jf）=（1+RF/R1）/3，即A（jf）是實數，也就是說，頻率為f0的信號經過環路一周后，其相移為0°。當RF/R1的值不同時，電路出現下述三種情況：

a、當A<1時，假如電路有一個擾動（有信號輸入），則信號每經過環路一次，就被衰減一次，最終信號趨于零。

b、A>1時，假如電路有一個擾動，則信號每經過環路一次，就被放大一次，信號幅度將不斷增大，電路將不穩定。

c、A=1時，頻率為f0的信號（擾動信號中的f0分量）維持原有大小，無限的持續下去。顯然，這樣的電路不適用。

適用的電路應該是開始時，A>1，振蕩幅值達到預定的幅值之后，A=1，輸出穩定的波形。如圖2為文氏橋穩幅電路，其利用二極管的非線性來改變電路啟動到穩定工作的負反饋深度。

2 文氏橋正弦波產生電路

在Multisim 12仿真上可調幅文氏橋正弦波產生電路如圖3所示。波形由U1A運放產生，其由兩個“橋臂”構成，R2、R4、R5、R6、D1、D2構成負反饋橋臂，并聯R3、C3網絡和串聯R1、C2網絡構成正反饋橋臂，正反饋大于負反饋，電路就發生振蕩，產生正弦波。其計算公式為：

3 仿真實驗

文氏橋正弦波產生電路仿真波形如圖4所示。

改變電阻，頻率變化表如表1所示。

改變電容，頻率變化表如表2所示。

仿真值與計算值相差約2%左右。

該電路如果±12V換成±5V，電路也能起振，但幅度變小。如果換成單電源，則不能起振。

4 用文氏橋電路產生的正弦波做單管放大實驗

如果把文氏橋電路產生的正弦波作為單管放大實驗的信號源，則比較理想。圖5為在Multisim 12仿真軟件上的電路，圖6為三極管工作點適合時三極管輸入輸出波形圖；圖7為三極管工作點偏低時三極管輸入輸出波形圖（截止失真）；圖8為三極管工作點偏高時三極管輸入輸出波形圖（飽和失真）。

（圖8）（上方為輸入波形，下方為輸出波形。）

從上圖可以看出，輸出波形調節出三種狀態（不失真放大、截止失真、飽和失真）時，輸入波形均保持穩定不失真。可見，文氏橋正弦波產生電路不僅波形失真度小，帶負載能力也好，可以作為信號源。

5 結語

RF>2R2時（在線性區），電路就能順利起振，產生正弦波；若RF<2R2，則電路不能振蕩；若AU1A>>3（在非線性區），則輸出波形失真（不能穩幅），輸出為近似于方波的波形。為輸出穩定的正弦波，必須同時調整R1R3C1C3以得到不同頻率。此電路一般產生低頻正弦波。

參考文獻

[1]張樹江.王成安.模擬電子技術（基礎篇）（第二版）[M].大連：大連理工大學出版社.2010.149-153.

[2]陳亮.施智興.三極管RC移項振蕩器淺析[J].電子技術與軟件工程，2015（04）.

[3]陳亮.施智興.555時基模塊波形產生電路淺析[J].科技展望.2015（04）.

作者簡介

陳亮（1963-），男，海南省海口市人。工程師職稱，現為海南科技職業學院教師。

施智興（1993-），男，海南省澄邁人。現為海南科技職業學院應用電子技術2012級學生。

作者單位

海南科技職業學院 海南省海口市 571126