维氏电桥振荡器原理分析

1940年，William Hewlett和David Packard两人将他们在车库中制作的一种产品投放市场，这种产品就是维氏电桥（Wien-Bridge）振荡器。它由一个单极点高通滤波器与一个单极点低通滤波串联而成。为了保持增益恒定不变，该振荡器电路采用一只白炽灯作指示灯来提供AGC（自动增益控制）。正如所有的白炽灯那样，这种指示灯具有非线性的电阻值。当你给这一振荡器电路通电时，冷白炽灯的电阻很小，从而产生很高的增益。随着增益的增大，温度不断升高的白炽灯的电阻也随之增大。因此，白炽灯具有AGC功能。这种振荡器电路一直使用了60多年，现在仍然在使用中。维氏电桥振荡器存在的唯一问题就是，增益小于1时，它不工作。我在一家电话公司供职时，不得不开发一种20Hz高压正弦波振铃信号电路。这一电路必须在20～200Vp-p范围内可调。其中最困难的工作就是必须把振荡器的增益调到低于1的某一值。

基本的振荡器必须具有稍大于1的增益才能使正反馈网络振荡。它还需要一个AGC回路，用以控制这种大于1的增益。所以，我在振荡器附近增加了第三个回路，并称之为电压控制的稳压输出反馈电路。最终的成果（图1）是一种简单的推挽电路。只要在另一个反馈回路上增加一只齐纳二极管D1，即使把增益调节到低于1的某一值，也能保持振幅不变。5.2V齐纳二极管能够维持该增益不变。其结果是，当增益下降到低于1时，振幅试图降低，但却降不下来，这是因为齐纳二极管电压将它向上拉高。IC2是LT1056AN型放大器，用作两只发光二极管（LED）的驱动器。两只发光二极管以振荡器的频率交替地发光和熄灭。IC1是LT1012A型放大器，其偏移电压非常小。IC3是TI/BurrBrown公司生产的一种高压放大器，它能产生20～200V的输出电压。最终的成果--一大技术突破--是一种可以把增益调到低于1的维氏电桥正弦波振荡器，该电路仍能保持其AGC功能。