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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A F ，即称为环路增益，简称环增益。电压放大倍数A与反馈系数F都是复数： F = F e 加 f7-
2、1 A = A e j a A F A F e j(8A +8F)7-2令”，F =F，因此起振条件有两个：振幅条件：AF (6-3)相位条件：8 A +8 F = 2n 兀n=0,1,2 (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AF = 1，所以振荡器的振幅平衡条件为：AF = 1(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。
3、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。原名是维恩电桥(Wien Bridge)，我国简称 为文氏桥。这个电桥的电路如图7-1(a)所示(a)(b)1 f =2兀RCC1C 2 R1R 2如果选R =R =R12C1 = C2=C，(6-7)式可以简化为:此时的Fb为极大值:1=F (w )= 一 3Fbm b o(6-8)(6-9)图7-1文氏电桥如果电桥的R = R2 = R，q=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
4、的传 输函数Fb(j3 )：V1Fc = Fb(Jw)= T = RC1(6-6)V +- + 1 + J (血 C R )i R C2 1 wCR上式仅在C2R-一 = 0时，F(j3 )才能成为实数，此时的3 0为: C1R 2 0C 2 R1 = E 有0 1 2(6-7)由于虚部为零，故此时的相位为中=2兀（6-10）VVi注意：（6-8）与（6-9）仅在网络（b）负载为8 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F : c(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3=时相移巾f = 2兀，适宜
5、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，因此要求: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A = 土 = 1 + 土 = 3F RRc33(6-12)所以如果选R4 = 2R3，便能满足稳定振荡的条件。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R3 R4/2时，输出为零，不起振。而当R 3 1,而当幅度达到一定时振荡器能自动调整增
6、益使AF=1以满足振幅平衡条件。故可在日4两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
7、 输入和输出信号，改变输入信号频率。当V七相位差为0时，说明 在此频率（0=2 f0）下电路发生谐振。用mV表测量VV0，计算网络 的衰减比Fbm=Vo/Vi （此时Fbm1/3）。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/Vi2.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 V ；并用三种方法（数字频率计法、示波器测周期法、李萨茹图法） oP-P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.试比较选频网络的谐振频率f （表7-1中）和文氏桥振荡器实测频率f （表7-2中）的 大小，并解释原因。注意：回答思考题1 （因没有讲到略九下次做实验十二。
