默れ

用AD822搭建文氏桥电路

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    在物理实验、自动控制、无线电技术中,文氏桥有着十分广泛的应用。其原理也十分简单,即利用RC振荡电路产生特定频率的正弦波。

图1

    图1为文氏桥基本原理图,在大学模拟电路教材中都能找到这样一个经典的电路。在一个运放上,分别有正反馈和负反馈,正反馈为一个RC串并联选频网络,这也就是这个电路能产生特定频率波形的原因,因此先分析选频网络。

图2

图3

图4

    图2为RC串并联选频网络,左端输入,右端输出。当输入信号的频率足够低的时候,可以将该网络等效为图3(频率小,电容容抗远大于电阻),输出超前于输入,如果频率趋近于0,输出将为趋近于0,相位超前趋近于90°,当输入信号足够大的时候,网络等效为图4(频率大,电容容抗远小于电阻),输出将滞后于输入,如果频率趋近于无穷大,输出趋近于0,相位滞后趋近于90°。两种情况下,信号都有衰减。

    对这样一个网络,输出的相位总是在滞后90°和超前90°之前徘徊,那么显然,总存在一个频率,使得输出和输入同相位,而且此时信号衰减最低,为三分之一,图5为网络的幅频特性和相频特性。

图5

    如图,当频率在f0左右时,信号衰减小,而偏移这个频率的,衰减严重。

 

    下面我们建立数学模型来证明一下。根据理想运放满足“虚短”和“虚断”的原理,可得:

    而RC串并联网络的频率特性为:

    当ω→0时,F→0,相移φf→π/2;当ω→∞时,F→0,相移φf→-π/2;当ω=ω0=1/RC时,F=Fmax=1/3,此时φf =0。为满足振荡的相位条件,要求φaf=±2nπ,因同相比例电路的φa=0,所以只能φf=±2nπ而为满足该式,振荡频率只能为