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品投放市場，這種產品就是維氏電橋（Wien-Bridge）振蕩器。它由一個單極點高通濾波器與一個單極點低通濾波串聯而成。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。當你給這一振蕩器電路通電時，冷白熾燈的電阻很小，從而產生很高的增益。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，它不工作。我在一家電話公司供職時，不得不開發一種20Hz高壓正弦波振鈴信號電路。這一電路必須在20～200Vp-p范圍內可調。其中最困難的工作就是必須把振蕩器的增益調到低于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絡振蕩。它還需要一個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回路，并稱之為電壓控制的穩壓輸出反饋電路。最終的成果（圖1）是一種簡單的推挽電路。只要在另一個反饋回路上增加一只齊納二極管D1，即使把增益調節到低于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。其結果是，當增益下降到低于1時，振幅試圖降低，但卻降不下來，這是因為齊納二極管電壓將它向上拉高。IC2是LT1056AN型放大器，用作兩只發光二極管（LED）的驅動器。兩只發光二極管以振蕩器的頻率交替地發光和熄滅。IC1是LT1012A型放大器，其偏移電壓非常小。IC3是TI/BurrBrown公司生產的一種高壓放大器，它能產生20～200V的輸出電壓。最終的成果--一大技術突破--是一種可以把增益調到低于1的維氏電橋正弦波振蕩器，該電路仍能保持其AGC功能。