文氏电桥振荡电路
文氏电桥满足放大器增益条件使得电路自激来产生需要频率的电路,是一种无需外加激励而能产生1Hz~1MHz范围内的正弦波电路。
01
起振条件:
总增益>1;
幅度平衡条件:总增益=1;A是倍数增益,反馈的是B倍。也就是αxβ=1;
相位平衡条件:核心思想就是输入输出没有相位差,放大电路的移相+反馈网络的移相=2πn(n=0,1,…)。
02
文氏电桥基本电路如下图所示:放大器的虚短虚断的原理,所以可以把该电路看作一个电桥。
放大的信号到底从何而来?
初始时,电路中仅存在微弱的频谱分布很广的杂波信号其中也包括f=1/(2πRC)这样一个频率成分,R1=R2,C1=C2。由于放大倍数较小,此时电路尚未满足自激振荡的条件。
微弱信号经运算放大器放大后,通过R1、R2、C1和C2组成的正反馈选频网络,使得输出信号的幅度越来越大,即振荡产生。R1和C1组成高通滤波器,R2和C2组成低通滤波器,这样组成带通网络,选出目标频带信号。
03
观察到正弦信号并非是从一开始就输出,而是经历了一个从无到有,从小到大的渐变过程。Uo与Ui的幅值之比为3。公式里的VF是Vi。根据阻抗串并联公式计算阻抗,电容的阻抗计算公式为1/jwc。
当f=f0时,传输系数最大,且相移为0,即Fmax=1/3,φF=0。RC混联网络具有选频特性。对频率f0而言,为了满足振幅平衡条件αxβ=1,要求放大器α=3。为满足相位平衡条件φA+φF=2nπ,要求电路为同相放大器。
稳幅:利用图中两个反向并联的二极管D1、D2,其正向电阻的非线性特性实现。当输出信号较小时,二极管截止;随着振荡信号振幅的不断增大,二极管在交替出现的输出波形峰值处导通。为了保证输出波形正负半周对称,D1、D2需采用特性匹配的硅管(温度稳定性好)。
文氏电桥振荡器在满足振荡条件时输出就一定是正弦波吗?
若继续增大Rp,由于放大倍数过大,则造成输出波形失真,如下图所示。因此一定要调整好电路参数。
工作经验:
射频板设计过程中的小知识:原理图,某些端口处应当加π衰,提高电路的稳定性和可靠性,减小波在线路中的折反射。
电源模块+去耦电容。
一般来说芯片没用的NC端口可以接地,部分网上资料也谈到不用的NC端口接地更好。但部分芯片他的NC接口是不能接地的,接地会影响芯片性能。
PCB:射频信号打一排地孔,在一定程度可以防止信号辐射出去也可以防止其他信号耦合进来,可以理解为形成类似同轴线缆传输。
射频部分尽量布在正面,电源及控制走中间层或底层。电源模块最好设计一个过电压保护,防止电压接返等误操作导致LOD等损坏。
射频地和电源地最好分开。
射频器件最好放正面,正面实在放不下可以将不怎么调、换的器件放背面,不然像调试的π衰等器件放背面后期根本调不了。
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