如圖所示RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接在運(yùn)放的輸出端和同相輸入端之間,構(gòu)成正反饋。R1和RP接在運(yùn)放的輸出端和反向輸入端之間,構(gòu)成負(fù)反饋。這種電路也稱為文氏電橋電路。 其中下反饋是振蕩的必要條件之一,負(fù)反饋是用來限制輸出電壓的

1. 先看“橋”——文氏橋(Wien Bridge)
由 R1-C1 串聯(lián)支路 和 R2-C2 并聯(lián)支路 構(gòu)成一個(gè)“橋”:
R1-C1 串聯(lián):像一條“上坡+減速帶”的通道,頻率越高,電容 C1 越短路,信號越難通過。
R2-C2 并聯(lián):像一條“下坡+分流”的通道,頻率越高,電容 C2 越短路,信號越被旁路到地。
當(dāng)信號頻率滿足:

這里( R1=R2=10 kΩ,C1=C2=0.1 μF,算得 f? ≈ 159 Hz)時(shí),這兩條路對信號的“衰減”恰好是 1/3,而且相移為 0°,橋就“平衡”了。
2. 再看“環(huán)路”——放大器 + 反饋
LM741 運(yùn)放 接成 同相放大器,提供增益。
2 kΩ(R3) 和 20 kΩ(R4,圖上 20 k) 組成負(fù)反饋,決定放大倍數(shù)

3. “起振”與“穩(wěn)幅”
起振條件:環(huán)路總增益 ≥ 1
文氏橋在 f? 處衰減 1/3,因此只要放大器增益 ≥ 3 就能起振。
這里 A_v = 11,遠(yuǎn)大于 3,電路一上電就會“嗡”地開始振蕩。
穩(wěn)幅問題:如果沒有穩(wěn)幅措施,增益過大,波形會削頂失真。實(shí)際電路里會在 20 kΩ 或 2 kΩ 處并聯(lián)/串聯(lián)熱敏電阻、二極管或 JFET 做 自動增益控制(AGC),讓增益隨幅度增大而降低,保持純正弦。
4. “交通比喻”總結(jié)
文氏橋 像一座“頻率安檢門”,只有 159 Hz 的車輛能 0° 相位、1/3 幅度通過。
LM741 放大器 像一輛“帶助推的環(huán)線巴士”,把每輛 159 Hz 的車放大 11 倍后重新送回入口。
當(dāng)“安檢門”+“環(huán)線巴士”形成閉環(huán),且環(huán)線巴士每次補(bǔ)給的能量 ≥ 安檢門損耗,車流就會無限循環(huán),形成 持續(xù)的正弦波車流——即穩(wěn)定的正弦波振蕩。
應(yīng)用曲線

(圖片來自數(shù)據(jù)手冊)
圖 中的波形顯示了 LM741 同相放大器電路的輸入與輸出信號。藍(lán)色波形(上方)為輸入信號,紅色波形(下方)為輸出信號。輸入信號峰-峰值為 1.06 V,輸出信號峰-峰值為 1.94 V。使用 4.7 kΩ 電阻時(shí),系統(tǒng)的理論增益為 2??紤]到 5% 的電阻容差,計(jì)入容差后的系統(tǒng)增益為 1.992。而根據(jù)示波器測得的平均幅值計(jì)算,實(shí)際測得的系統(tǒng)增益為 1.83。
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