維氏電橋振蕩器原理分析

1940年，William Hewlett和David Packard兩人將他們在車庫中制作的一種產(chǎn)品投放市場，這種產(chǎn)品就是維氏電橋（Wien-Bridge）振蕩器。它由一個(gè)單極點(diǎn)高通濾波器與一個(gè)單極點(diǎn)低通濾波串聯(lián)而成。為了保持增益恒定不變，該振蕩器電路采用一只白熾燈作指示燈來提供AGC（自動(dòng)增益控制）。正如所有的白熾燈那樣，這種指示燈具有非線性的電阻值。當(dāng)你給這一振蕩器電路通電時(shí)，冷白熾燈的電阻很小，從而產(chǎn)生很高的增益。隨著增益的增大，溫度不斷升高的白熾燈的電阻也隨之增大。因此，白熾燈具有AGC功能。這種振蕩器電路一直使用了60多年，現(xiàn)在仍然在使用中。維氏電橋振蕩器存在的唯一問題就是，增益小于1時(shí)，它不工作。我在一家電話公司供職時(shí)，不得不開發(fā)一種20Hz高壓正弦波振鈴信號(hào)電路。這一電路必須在20～200Vp-p范圍內(nèi)可調(diào)。其中最困難的工作就是必須把振蕩器的增益調(diào)到低于1的某一值。

基本的振蕩器必須具有稍大于1的增益才能使正反饋網(wǎng)絡(luò)振蕩。它還需要一個(gè)AGC回路，用以控制這種大于1的增益。所以，我在振蕩器附近增加了第三個(gè)回路，并稱之為電壓控制的穩(wěn)壓輸出反饋電路。最終的成果（圖1）是一種簡單的推挽電路。只要在另一個(gè)反饋回路上增加一只齊納二極管D1，即使把增益調(diào)節(jié)到低于1的某一值，也能保持振幅不變。5.2V齊納二極管能夠維持該增益不變。其結(jié)果是，當(dāng)增益下降到低于1時(shí)，振幅試圖降低，但卻降不下來，這是因?yàn)辇R納二極管電壓將它向上拉高。IC2是LT1056AN型放大器，用作兩只發(fā)光二極管（LED）的驅(qū)動(dòng)器。兩只發(fā)光二極管以振蕩器的頻率交替地發(fā)光和熄滅。IC1是LT1012A型放大器，其偏移電壓非常小。IC3是TI/BurrBrown公司生產(chǎn)的一種高壓放大器，它能產(chǎn)生20～200V的輸出電壓。最終的成果--一大技術(shù)突破--是一種可以把增益調(diào)到低于1的維氏電橋正弦波振蕩器，該電路仍能保持其AGC功能。