1、导言
在所有低频振动电路中，文氏桥是最简略的一种，其作业状况简直不受外部环境改动的影响，很少发生违背规划初衷的状况。即便选用非常一般的规范器材，也能输出非常规范的正弦波，受运算放大器的约束也很小。尽管如此，对文氏桥的了解也不能过于简略，因为规划过于抱负化或简略化会导致其功能或成果违背规划要求。
2、文氏桥振动器
咱们知道，关于一个振动电路，在给定频率下电路增益大于l、相移为零，并经过反应网络回馈到输入端。由此，在规划振动器时首要需求考虑相移，调查图1所示规范文氏桥电路，R1和C1会发生正相移，而R2和C2将发生负相移。在一个特定频率下，R1、C1发生的正相移量与R2、C2发生的负的相移量持平，总相移量为零。在此频率下，电路将或许发生振动。
关于图1，考虑到运算放大器的高阻输入和低阻输出特性，能够推导出文氏桥网络（R1、C1和R2、C2）的传输函数：
为了满意振动器的基本条件（零相移，单位增益），运算放大器电路增益有必要≥3，以补偿文氏桥电路的衰减。为了运算放大器同相、反相端输入电压共同，从运放输出到输入之间添加一个电阻分压网络，衰减因子为3，以便与文氏桥网络匹配（见图1）。
因而从理论上讲，使用文氏电路发生正弦波非常简洁，但是从实践状况考虑实践意义不大，因为电阻的精度很好操控，而电容容值的精度很难操控，即便是精度为±20％的电容本钱也很高。比较正确的方法是首要考虑电容器精度对电桥功能的影响，然后找到一种低本钱的补偿方法。
表1以一个简略的数据表举例说明文氏桥网络元件参数及其对电路增益的影响。第7行是文氏桥传输函数的成果（式（3）），第12行是由方程式2推导出的作业频率，而第9行是第7行成果的倒数。假定：Cl=C2=10 nF，一起R1=R2=lO kΩ，则电桥将在1.5915494 kHz振动，因为此时运放的增益为3。如有爱好，可根据图2参数实践建立一个试验电路加以验证。需求留意的是，上述电路正常作业的条件是：电容器的精度不能低于额外参数的±10％，不然电路将停振或不能输出正确的频率。比方，当C1实践参数为8nF（额外值的80％），C2=18nF（额外值的180％）时，振动器增益应为4.25，即因为电容差错过大导致3倍增益缺乏以使电桥发生振动。相反，当C1偏大、C2偏小时，电桥不需求3倍增益补偿，此时电桥仍会振动，但会发生失真。差错越大，失真也越大。不仅如此，此时的振动频率也不是规划所需的频率。因而一个抱负的电路应该是使电桥的参数与运放增益共同，因为，过小增益的电路会停振，而过大增益会引进失真或违背振动频率。
为了处理上述问题，在图1电路中刺进一个J型FET，见图2，这样能够在小规模内改动运放增益，确保电路的继续振动条件。上电时，因为场效应管栅极电压为零，因而导通，TRl的RDS为低阻，运放增益此时大于3，确保电路启振。一旦电路开端振动，运放有输出信号，整流网络将把一个负电压输入到J型FET的栅极，使其RDS变大或呈高阻。终究成果是运放增益下降，然后使振动电路进入稳态。输出波形起伏巨细取决于两个串联二极管的正导游通电压和提供给J型FET的栅极电压。不幸的是因为工艺问题，J型FET的栅极关断电压与产品批次联系很大，即便是相同电路，不同批次的JFET对应的输出电压改动很大。图2中之所以挑选TRl（J201）是因为它的栅极关断电压改动较小，然后确保输出波形改动不大。即便如此，上述电路只能确保电路振动，并不能确保输出低失真波形，因添加的J型FET仅仅逼迫电路振动，并不能掩盖电路规划的缺点。
由此可见，除非选用更杂乱的电路规划，不然只好在图2电路反应环路中刺进一个可变电阻调整电路增益，以便补偿电桥网络增益，使运放输出低失真的正弦波。规划工程师或许以为添加一个可变电阻非常简略，但它不利于批量出产，出产本钱太高。
抱负的处理方案是选用电子可调电阻或数字电位器替代或刺进到电阻支路。比方用一个低本钱、小体积、简略的数字电位器替代图2中的可变电阻VRI，这样能够使电路在批量出产时既便于调整，又使输出波形失真最小。一旦电路启振，使用数字电位器、J型FET可提供一个适可而止的增益，既确保电路继续振动，又不会因为增益过大而引起失真。
选用MAX5467 10 kΩ数字电位器替代图2中的VRl。假如把别的两个MAX5467刺进到R1、Cl和R2、C2支路，用户就能够很方便地调整电路输出频率。MAX5467的数字操控接口非常简略，乃至无需微处理器干涉。
图3中，Rl、Cl和R2、C2支路刺进两个10 kΩ数字电位器后，电桥的工频率能够在833 Hz到1.6kHz规模调整。相同，VRl被MAX5467替代后，当IC4改动时，增益也改动，成果输出波形能够是一个直流电压、一个纯正弦波和一个失真的正弦波。
电源电路、频率和增益调整电路别离见图4、图5和图6。使用三极管BC547，可一起得到+2.5V，-2.5V两组输出电压（见图5），为运放和数字电位器供电，三个数字电位器别离为：IC2、IC3、IC4。IC2和IC3占用相同的数字接口，一起改动电阻值（添加或削减）。而增益调整数字电位器IC4的操控是独立的，因而可独自对电路增益进行调整。
本文已对文氏桥振动器内部要害元件的效果及其对电路的影响进行了详细分析和描绘，只要确保电路基本要素正确，才干确保不会因为附加电路导致电路作业失效。经过深入分析电路，文氏桥的功能能够从两方面得以改进。首要有必要考虑电容元件的差错，其次经过添加恰当的外部电路，比方低本钱的数字电位器，改进频率的准确度、下降出产本钱。
最终需求留意的是，反应环路因为器材功能安稳性等要素会在电桥输出引进失真。比方，二极管的正导游通电压随温度改动会发生漂移（2.1 mV/℃），J型FET的偏置电压也会随温度改动而改动，这些均会对输出电压发生影响。处理上述问题的方法是在输出电路添加一个RMS到DC转化电路或峰值电平检测器。使用它们输出一个与正弦波输出成份额的准确的直流电平信号，再把该信号直接回馈到JFET的输入端，这样就能够使输出正弦波信号更安稳。为了使JFET的线性度更好，可在JFET栅极电路的周边添加两个100 kΩ的电阻，因为这两个电阻在此起负反应效果，因而可减小JFET的非线性。
3、结束语
从理论上看，文氏桥电路非常简略。但是实践设计时，假如不考虑电容等实践元件的功能，往往会把规划人员引进歧途。经过在电桥三个要害方位刺进低本钱的数字电位器能够确保电路作业更安稳并便于出产调试。
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