文氏電橋

文氏電橋（Wien bridge oscillator circuit），又稱文氏電橋振盪電路，是利用RC串並聯實現的振盪電路，由Max.Wien發明的。由放大電路和選頻網路組成。

基本介紹

• 中文名：文氏電橋
• 外文名：Wien bridge oscillator circuit
• 發明人：Max.Wien
• 組成部分：放大電路和選頻網路

發明人

文氏電橋是Max.Wien 發明的, 此後 William Redington Hewlett 於1939年的碩士論文中進行了完善。根據發明者的姓名, 這個電路被稱為Wien bridge , 也就是文氏電橋。

關於Max Wien 相關情況如下:Max Wien (1866 – 1938) a German physicist and the director of the Institute of Physics at the University of Jena. In 1891,Wien invented the Wien Bridge oscillator but did not have a means of developing electronic gain so a workable oscillator could not be achieved.

Max Wien，德國物理學家，耶拿大學物理學院導師。1891年，Wien 發明了文氏電橋振盪器。但他沒有研究出產生電子增益的方法，因此一個真正可行的振盪器那時並未被完成。

工作原理

組成部分

文氏橋振盪電路由兩部分組成：即選頻網路和放大電路。 由集成運放組成的電壓串聯負反饋放大電路，取其輸入電阻高、輸出電阻低的特點。

由Z1、Z2組成，同時兼作正反饋網路，稱為RC串並聯網路。由右圖可知，Z1、Z2和Rf、R3正好構成一個電橋的四個臂，電橋的對角線頂點接到放大電路的兩個輸入端。

由於Z1、Z2和R3、Rf正好形成一個四臂電橋，電橋的對角線頂點接到放大電路的兩個輸入端，因此這種振盪電路常稱為RC橋式振盪電路。

RC串並聯網路的選頻特性

為克服RC移相振盪器的缺點，常採用RC串並聯電路作為選頻反饋網路的正弦振盪電路，也稱為文氏電橋振盪電路，如圖Z0820所示。它由兩級共射電路構成的同相放大器和RC串並聯反饋網路組成。由於φA=0，這就要求RC串並聯反饋網路對某一頻率的相移φF=2nπ，才能滿足振盪的相位平衡條件。下面分析RC串並聯網路的選頻特性，再介紹其它有關元件的作用。

圖1：RC串並聯選頻網路振盪器

圖1中RC串並聯網路在低、高頻時的等效電路如圖1所示。這是因為在頻率比較低的情況下，（1/ωC）>R，而頻率較高的情況下，則（1/ωC）<R，前者等效於一節超前型移相電路，後者等效於一節滯後型移相電路。顯然頻率從低到高連續變化，相移從90°到-90°連續變化，其中必存在一個中間頻率f0，使RC串並聯網路的相移為零。於是滿足相位平衡條件。對此，可進一步作定量分析，由圖1得：

圖2

為調節頻率方便，通常取R1=R2=R，C1=C2=C，如果令ω0=1/RC，則上式簡化為：

圖3

可見，RC串並聯反饋網路的反饋係數是頻率的函式。由式GS0821可畫出的幅頻和相頻特性，如圖Z0822所示。由圖可以看出：

圖4

這就表明RC串並聯網路具有選頻特性。因此圖Z0820電路滿足振盪的相位平衡條件。如果同時滿足振盪的幅度平衡條件，就可產生自激振盪。

一般兩級阻容耦合放大器的電壓增益Au遠大於3，如果利用電晶體的非線性兼作穩幅環節，放大器件的工作範圍將超出線性區，使振盪波形產生嚴重失真。為了改善振盪波形，實用電路中常引進負反饋作穩幅環節。圖1中電阻Rf和Re引入電壓串聯深度負反饋。這不僅使波形改善、穩定性提高，還使電路的輸入電阻增加和輸出電阻減小，同時減小了放大電路對選頻網路的影響，增強了振盪電路的負載能力。通常Rf用負溫度係數的熱敏電阻（Rt）代替，能自動穩定增益。假如某原因使振盪輸出Uo增大，Rf上的電流增大而溫度升高，阻值Rf減小，使負反饋增強，放大器的增益下降，從而起到穩幅的作用。
從圖1可以看出，RC串並聯網路和Rf、Re，正好組成四臂電橋，放大電路輸入端和輸出端分別接到電橋的兩對角線上，因此稱為文氏電橋振盪器。
廣泛採用集成運算放大器代替圖1中的兩級放大電路來構成RC橋式振盪器。圖5是它的基本電路。
文氏電橋振盪器的優點是：不僅振盪較穩定，波形良好，而且振盪頻率在較寬的範圍內能方便地連續調節。