文氏桥振荡电路（OP07仿真）：RC振荡电路研究

具体原理图如下

在这里使用的OP07的原因是学校提供这个芯片，需要注意的是OP07相应的引脚与别的芯片有所差别，但原理基本一致。

放大器的工作工作原理：

放大信号，刚上电的时，电路会出现频率丰富的微小噪声，放大器将噪声放大

要使振荡稳定，信号不能无休止的放大下去，于是我们引入负反馈，使放大倍数稳定在3倍

选出所需的频率，运用RC带通滤波器（RC低通和高通的组合），即可提取所需的频率

同时RC并联串联网络也是电路的正反馈网络

振荡需要满足以下两个条件：

（1）相位平衡条件：反馈电路的相位与输入电压的相位同相

（2）振幅平衡条件：反馈电压的幅度与输入电压的幅度相等，这是电路维持稳振荡的振幅条件

刚开始的时候放大倍数与反馈系数乘积大于1，信号持续放大，大到一定程度时，放大倍数减小，使得电路放大倍数为与反馈系数的乘积为1，信号稳定输出。

1.负反馈与放大倍数

反馈是将输出信号的全部或一部分返回至输入，使输入信号改变,而负反馈是引起输入信号减小的一种反馈方式。

同向放大器引入负反馈，使得输出信号与输入信号比值稳定，且因为是同向放大器，故

左图为同向放大器示意图

放大倍数A=1+RF/R2

右图为实际电路的原理图

当信号较小时，二极管不导通，放大倍数为A=1+（R4+R5）/R3

当信号较大时，二极管导通，放大倍数为A=1+（R4+r）/R3，r为R5所对应的匹配电阻

由于二极管的导通与关闭，使得放大倍数不断变化，最终稳定在A=3,相当于二极管与R5形成一个对应的匹配电阻

需要注意，R4  <  2*R3,   R4+R5  >  2*R3

2.正反馈与选频网络

正反馈： 

反馈是将输出信号的全部或一部分返回至输入，使输入信号改变,而正反馈是引起输入信号增大的一种反馈方式。
 

 上图为实际电路的反馈网络，将输出电压的一部分，即C1R2并联网络上面的分压送回输入端，使得净输入量增大。

R2C1 和 R1C2 组成正反馈网络，反馈系数为F=U（R2C1）/ U（R1C2），可等效为阻抗之比（电压与阻抗成正比），F=Z（R2C1）/ Z（R1C2）。

选频网络：

RC滤波器

其中高通滤波器与低通滤波器的区别就在于电容电阻的摆放位置，高通滤波器顾名思义是通过高频信号，阻断低频信号，因此电容放在输入端，低通滤波器的输入端接电阻，这是根据电容通交流阻直流的特性判断的，如果电容足够大，那么我们可以将频率过低的信号近似等效成直流信号，那么他就不会通过高通滤波器的第一个电容。

RC带通滤波器

 

该电路由高通和低通滤波器组合而成，其中R1=R2,C1=C2,频率为f=1/(2πRC)。

f=1/（2*Π*RC）（R1 = R2，C1 = C2），f=1/（2*Π*R1C2）

电路谐振时，，满足相位平衡

具体原理与计算可以看别的博主写的博客

https://blog.csdn.net/weixin_43996900/article/details/106189102?utm_source=app&app_version=5.0.1&code=app_1562916241&uLinkId=usr1mkqgl919blen

仿真分析：

刚开始我也是在CSDN上面找大佬的电路，进行复现，但亲手做之后出现了许多问题，下面进行分析

1.起振时间过长

原理图如下

我刚开始做的时候，波形怎么也出不来，也不知道啥原因，结果如下

 偶然一次我运行仿真，然后忘记关了，再回过头发现居然出波形了

 分析原因，是因为其中的R1过小，导致起振时间太长，再加上计算机仿真计算过慢，显示的1.9s，实际要二十多秒，所以我一直以为我失败了

 我们加大R1的阻值后，波形如下

 

 增大R1阻值后，起振时间明显变快 ，大概200多毫秒后可以明显看到电路起振。

原因：当信号较小时，二极管不导通，放大倍数随R1的增大而增大，起振时间变快

2.振荡幅度

电路图我们换回原来的

 它的输出波形为

我们观察到其幅值为8.166V，我们改变R4的大小，需注意R4不能过大，R4+R5不宜过小，这里我们调小R4的阻值，改为10KΩ

 观察其波形

可以看到其输出幅值明显变小，为1.564V 

 猜想与解释，在这里我们可将二极管等效为一个电阻，它随的阻值随着压降的增大而减小

当R4上的阻值较大时，那相应的R5和二极管的并联回路的等效电阻较小，即可以看成二极管的阻值变小了很多，压降变大了许多，所以到振荡稳定时所需的时间也相应增加，故输出幅值大

当R4上的阻值较小时，那相应的R5和二极管的并联回路的等效电阻较大，二极管所需的压降不大，所以到振荡稳定时所需的时间较少，故输出信号持续放大的时间较少，故输出幅值较小

3.输出频率

前面原理已经说过了，输出频率和R2C1 、 R1C2有关，f=1/(2πRC)

电阻电容为以下值时

输出波形如下

改变RC的值

 得到以下波形

频率明显改变 

 

4.单电源供电

原理图如下

单电源供电时的输入信号如果以地作为参考，实际上也就是以供电电源的一端作为参考。例如这样的反向放大器在输入信号为正电压时，由于输出不可能低于最低供电电压，所以不能正常工作。

这里我们引入一个偏置，即图中6V的VDD（1/2VCC），相当于一个虚拟地，让输入信号以6V电压为基准进行变化，使放大后的信号能在0-VCC之间变化，信号完整输出。

同时我们在输出端在加上一个电容C4，根据电容“隔直通交”的特性，将会滤除直流成分，保留所需的交流信号。

如果不加这个电容的话，示波器负极性端可以连上6V的VDD，使输出波形同上。

输出波形如下

 在这里解释下面几点

C3的作用？

C3的作用是让直流时与公共地断开，因为放大器“虚短”的特性，同向输入端电位等于反向输入端，而交流成分和之前分析一样。

为什么R4改为13K？

因为为15K时，交流信号的变化范围超过了放大器允许的输出范围，信号失真。如果不想改R4的值，还可以将VCC变为24V，使得运放的变化范围与双电源的一样。

为什么引入6V的VDD？

这里主要是方便理解，实际电路可用电阻分压的方法，得到1/2VCC（VDD），但是采用这种方式的话还需要考虑所引起的电路参数的变化。下面链接有电阻分压式的讲解

单电源供电还可以看看下面的博主写的

http:// https://blog.csdn.net/qq_44737769/article/details/121686328?utm_source=app&app_version=5.0.1&code=app_1562916241&uLinkId=usr1mkqgl919blen

实验总结：

1. OP07引脚图和网上大多数放大器引脚映射不一样，实际电路须合理连线。
2. 单电源供电需要加入偏置。
3. 可以通过改变电阻值，选择合适的，利于观察的输出波形。
4. 真就万物皆可等效为电阻啊

以下是本次实验的仿真，欢迎交流讨论

链接：https://pan.baidu.com/s/1XNLcGWp1MXxLm9SWcl9m3g 
提取码：ng9s