振盪器與計時器

文氏橋振盪器

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文氏橋振盪器是製作乾淨、低失真正弦波最親切的方法,適用於音訊頻段,從數十赫茲到數百千赫茲。要做一台測試音產生器,它就是經典首選。它只需要一顆運放、四顆電阻、兩顆電容,就能產生一個純淨的音調,你甚至可以直接送進擴大機,聽到平滑、無嗡聲的哨音。

它的祕密是一個選頻網路,由一段 RC 串聯與一段 RC 並聯組成,安排得讓訊號恰好在某一個頻率以零相移通過,並被衰減到三分之一。那個頻率是 f 等於 1 除以(2 乘以 pi 乘以 R 乘以 C)。運放接成非反相放大器,其增益必須恰好為 3,以抵消那三分之一的損耗,使迴路增益為 1 且相移為零,滿足巴克豪森。舉例來說,R 為 16 kΩ、C 為 10 nF 時,f 約為 1 kHz。另外兩顆電阻設定增益:回授電阻是接地電阻的兩倍,就剛好得到 3。

真正的功夫就在這裡。若把增益固定設成 3,根本維持不住:略低於 3 振盪會熄滅,略高於 3 它會增長直到運放削平成醜陋失真、近似方波的東西。經典的解法(從惠普的第一個產品就開始用)是幅度穩定:用一顆小燈泡、一顆 JFET 或一組二極體網路,在幅度上升時溫和地降低增益,自動把迴路增益停在恰好 1。正是那個回授迴路,把一條挑剔的課本方程式,變成穩如磐石、低失真的音調。

把 RC 網路的兩臂都用 R 等於 16 kΩ、C 等於 10 nF 來搭。輸出是約 1 kHz 的正弦波,因為 1 除以(2 乘以 pi 乘以 16000 乘以 10 nF)約為 1000 Hz。在設定增益的那一支接一顆小白熾燈泡,就能把幅度維持穩定。

增益為 3 的運放,加上調到某一頻率的 RC 橋,便產生乾淨正弦;燈泡防止它被削平。

沒有幅度穩定,文氏橋在實務上根本做不出來:增益必須剛好坐在 3,而沒有任何固定電阻對能在溫度與公差下保證這點。那顆著名的燈泡之所以有效,是因為它變熱時電阻上升,溫和地把增益拉回 3。

又称
Wien oscillator維恩橋振盪器韋恩橋振盪器