文氏橋振蕩電路的原理?看完這篇文章你就清楚了
發(fā)布時(shí)間:2020-04-05 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】文氏橋電路是一個(gè)非常經(jīng)典的電路,歷經(jīng)多年,盡管存在一些缺點(diǎn),但仍然是教科書里面的必講內(nèi)容。從電路結(jié)構(gòu)來看,并不復(fù)雜,但是這里面隱含的知識(shí)點(diǎn)卻很多,涉及的內(nèi)容也比較廣泛,有信號(hào)與系統(tǒng)的知識(shí),還要用到一點(diǎn)復(fù)變函數(shù)的知識(shí),還涉及到相位的概念。因此,值得把這個(gè)電路仔細(xì)研究一下。
文氏橋電路是一個(gè)非常經(jīng)典的電路,歷經(jīng)多年,盡管存在一些缺點(diǎn),但仍然是教科書里面的必講內(nèi)容。從電路結(jié)構(gòu)來看,并不復(fù)雜,但是這里面隱含的知識(shí)點(diǎn)卻很多,涉及的內(nèi)容也比較廣泛,有信號(hào)與系統(tǒng)的知識(shí),還要用到一點(diǎn)復(fù)變函數(shù)的知識(shí),還涉及到相位的概念。因此,值得把這個(gè)電路仔細(xì)研究一下。
知識(shí)鋪墊
?什么是文氏橋振蕩?
圖1
如圖1所示,左邊是文氏橋的電路連接形式,右邊是仿真的結(jié)果,從示波器顯示的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)一個(gè)1.54KHz的正弦信號(hào)從無到有,就這么神奇的產(chǎn)生了,而且信號(hào)增大到一定幅值自動(dòng)穩(wěn)定下來。
我們都知道,能量是守恒的,不可能憑空產(chǎn)生一個(gè)信號(hào),而這個(gè)電路沒有任何輸入的信號(hào)源,那這個(gè)正弦信號(hào)的能量來自哪里呢?答案是運(yùn)放的供電電源。那這個(gè)電路之所以會(huì)產(chǎn)生這個(gè)信號(hào),是由于自激振蕩的結(jié)果。
?怎樣才能讓運(yùn)放電路發(fā)生自激振蕩呢?
一個(gè)閉環(huán)的反饋系統(tǒng)可以按照下面的結(jié)構(gòu)圖來描述,如圖2所示。
圖2
A可以理解為正向通路系統(tǒng)函數(shù),F(xiàn)為反饋通路系統(tǒng)函數(shù),Xi為輸入量。按照?qǐng)D2中所畫,實(shí)際上引入的是負(fù)反饋,所以Xi’=Xi-Xf,Xo=AFXo。
我們知道,交流信號(hào)需要用幅值和相位才能描述全面,那要想實(shí)現(xiàn)一個(gè)信號(hào)的自激,需要同時(shí)滿足幅值和相位條件:
幅值條件。|AF|略>1,因?yàn)榧词故?.00001,無數(shù)個(gè)1.00001相乘最終也會(huì)是無窮大。
相位條件。一個(gè)信號(hào)從原點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過系統(tǒng)(A、F)走一圈,再回到原點(diǎn)時(shí),要保持和原來的信號(hào)相位一致,正弦信號(hào)的周期是360°;對(duì)于一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)而言,由于負(fù)反饋本身就有180°的相位移動(dòng),所以需要附加±180°相移,才能使得信號(hào)與源信號(hào)同相。
而對(duì)于正反饋系統(tǒng),只要不引入額外的相移,就可以保持和原信號(hào)同相。
還有一個(gè)隱含條件是Xi如果是0,那0放大多少倍都是0,無法自激。因此,系統(tǒng)中我們需要在一開始給入一個(gè)初始信號(hào),無論這個(gè)信號(hào)有多小,終究會(huì)放大出一個(gè)幅值客觀的信號(hào)。
進(jìn)入正題
我們先看這個(gè)文氏橋振蕩電路的下半部分(圖3),從輸出端反饋回來的信號(hào)接在的運(yùn)放的同相端,實(shí)際上引入的是正反饋,也就是說只要保持在反饋回路中不引入額外的相移就可以了。
圖3
但是在這個(gè)反饋回路當(dāng)中,有電容的存在。我們都知道,電容實(shí)際上會(huì)貢獻(xiàn)復(fù)數(shù)里面的虛部,一旦引入電容,不可避免的要引入相移,那這個(gè)正反饋的電路在這里是起到什么作用呢?
先把電路提取出來,整理一下,看的更清楚,如4所示。
圖4
對(duì)這個(gè)電路仿真一下,得到下面的幅頻特性曲線(圖5)。不難看出這是一個(gè)帶通濾波電路,再由于2個(gè)R和2個(gè)C的取值一致,所以這是一個(gè)單頻點(diǎn)的選頻器,中心頻率是1/(2πRC)。而帶通濾波一定是由高通濾波和低通濾波組成,低通濾波使得信號(hào)的相位發(fā)生滯后,高通濾波使得信號(hào)相位超前;且由于R、C相同,高通與低通的特征頻率一致,使得這個(gè)信號(hào)的相位移了2次又回到原點(diǎn)了,所以這里完全是虛驚一場。
圖5
對(duì)于這個(gè)正反饋電路我們還得深入剖析,那最最根本的就是傳遞函數(shù)了,這里有我們想要的一切信息:
上面這個(gè)等式ω為角頻率,這個(gè)式子要想取得最大值,需要讓分母的模值最小,也就是分母的虛部為0。
令ωRC-1/(wRC)=0,求得ω=1/RC;再根據(jù)ω=2πf,推出f=1/(2πRC)時(shí),整個(gè)正反饋電路的模值|F|最大為1/3。
這里其實(shí)也解釋了為什么最終輸出的信號(hào)頻率是1.54kHz的問題,是根據(jù)1/(2πRC)算出來的,也只有這個(gè)頻率的信號(hào)經(jīng)過反饋電路時(shí)幅值最大,而且沒有相位移動(dòng),那你要想改變輸出信號(hào)的頻率,就去改R和C的值就好了。
上面我們一直再說的是系統(tǒng)中的F,下面來說A,來看上半部分電路(圖6):
圖6
這個(gè)電路我們簡直再熟悉不過了,這就是一個(gè)典型的同相放大器,放大倍數(shù)為:A=(1+Rf/R1)。
這里Rf與R1是不是隨便取的呢?答案是否定的。因?yàn)樯衔囊呀?jīng)知道|F|=1/3;要保證|AF|>=1,|A|必須>=3;根據(jù)A=(1+RF/R1),推出(Rf/R1)>=2。
在一開始起振的時(shí)候,我們需要讓它Rf略>2R1,當(dāng)信號(hào)達(dá)到一定幅度的時(shí)候,我們不想讓它繼續(xù)增加,需要讓Rf=2R1,因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候|AF|=1,無數(shù)個(gè)1相乘,最終也是1,所以就穩(wěn)定下來了。
那問題又來了,怎么能讓這個(gè)Rf自動(dòng)發(fā)生變化,從而使得輸出穩(wěn)定下來呢?
答案是加入穩(wěn)幅電路,可以在Rf回路上加入2個(gè)二極管,也可以用一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,隨電流增加,溫度升高,可以自動(dòng)降低自身阻值。
最后一個(gè)問題,就是巧婦難為無米之炊,一開始我們需要把一個(gè)小信號(hào)給進(jìn)去,這個(gè)小信號(hào)還要包含各種頻率成分,才能在眾多信號(hào)當(dāng)中挑選出我們想要的進(jìn)行自激放大;而在實(shí)際電路中,其實(shí)很容易獲得,因?yàn)樵谖覀兊沫h(huán)境中,有各種頻率的噪聲,取之不盡用之不竭,所以這個(gè)就不用管了,它自己會(huì)進(jìn)去的。
總 結(jié)
所以,一個(gè)系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)自激振蕩需要滿足2個(gè)條件:
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- ADI電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制解決方案 驅(qū)動(dòng)智能運(yùn)動(dòng)新時(shí)代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 精準(zhǔn)監(jiān)測電離分?jǐn)?shù)與沉積通量,助力PVD/IPVD工藝與涂層質(zhì)量雙重提升
- ADC 總諧波失真
- 貿(mào)澤電子持續(xù)擴(kuò)充工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品陣容
- 更高精度、更低噪音 GMCC美芝電子膨脹閥以創(chuàng)新?lián)屨夹袠I(yè)“制高點(diǎn)”
- 本立租完成近億元估值Pre-A輪融資,打造AI賦能的租賃服務(wù)平臺(tái)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電工電路
電機(jī)控制
電解電容
電纜連接器
電力電子
電力繼電器
電力線通信
電流保險(xiǎn)絲
電流表
電流傳感器
電流互感器
電路保護(hù)
電路圖
電路圖符號(hào)
電路圖知識(shí)
電腦OA
電腦電源
電腦自動(dòng)斷電
電能表接線
電容觸控屏
電容器
電容器單位
電容器公式
電聲器件
電位器
電位器接法
電壓表
電壓傳感器
電壓互感器
電源變壓器