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制作的文氏桥震荡器出现交越失真是什么原因?

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本来是想做一个简易的函数信号发生器用来测试放大电路,查了很长时间都没有合适的电路,有一种比较简单的方案是做一个三角波发生电路,可调频率,再用比较器转换成矩形波,三角波转换为正弦波比较麻烦,看到一种是用差分运放的特性转换,但是电路要用双电源。但是整个电路制作下来用洞洞板会很难,最终还是打算用文氏震荡电路试下,这个电路按理说是比较简单的,只要稍改动就可以用于单电源(提供一个虚地)。

先进行了仿真,正弦波失真率在1.8-2%之间,方波仿真结果比较糟糕,主要是运放不适合做比较器使用,上升下降时间太慢了。

   
电容为104薄膜电容,是从几十个中用万用表测量选择差别最小的两个。
双联10K电位器,运放为LM258,电解电容47uF,焊接比较顺利,焊完后接10V电源就起振了。

测试结果主要发现了两个问题,第一个是出现了像交越失真的情况

频率大概在1K以上就开始慢慢的出现这种失真,刚开始以为是电容的问题,换了两个103薄膜电容测试还是一样,用两个104陶瓷电容也是一样。怀疑是虚地引起的(其实用万用表测量虚地是没发现波动的)就把其中一个运放接成输出Vcc/2,已这个运放的输出为虚地,情况变的更糟糕,如下图的波形

测量运放输出的Vcc/2发现波动明显,需要加电容才能平稳,平稳后的效果和用两个电容接的虚地是一样。
还测量了运放同向和反向端的波形,用两通道相减的模式,波形为0。

另一个问题是改变频率时发现1.8KHz和18KHz左右幅度突然增大,下图为1.8KHz附近时出现了过大幅度造成饱和失真。好像是在这个频率点发生了谐振,难道是薄膜电容等效电感造成的?


总体而言1K以下的正弦波形效果还是非常好的,方波的效果比仿真的好,但上升下降还是太慢了


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king5555 + 1 C4丶C5连接处再接到U1B输出,而电容可省去。

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沙发
maychang| | 2017-12-27 18:46 | 只看该作者
U1A同相输入端和U1B反相输入端好像没有直流通路。

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秉烛良宵 2017-12-27 19:45 回复TA
为什么要直流通路? 
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秉烛良宵|  楼主 | 2017-12-28 00:22 | 只看该作者
发现双联电位器的两个电阻有误差,当旋转到几百欧时既然相差十几到几十欧,这个比例非常大了。为了减小两个电阻的不平衡串联了两个2K经过万用表挑选出来的电阻,“交越失真”虽然没有得到改善,但是失真的位置移到了坐标轴(相同的频率)

电源电压对输出正弦波的幅度影响很小,5V和10V的电源输出幅度基本相同,这个很奇怪。
还发现在2K以上频率时用手触碰与电阻并联的那个电容引脚会时波形幅度逐渐变大,直至失真。用手触碰与电阻串联那个电容引脚会时波形幅度逐渐减小。但是用手拿镊子触碰两个电容的引脚都是使幅度减小(焊接的电容是472陶瓷电容)。

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maychang| | 2017-12-28 08:49 | 只看该作者
秉烛良宵 发表于 2017-12-28 00:22
发现双联电位器的两个电阻有误差,当旋转到几百欧时既然相差十几到几十欧,这个比例非常大了。为了减小两个 ...

“发现双联电位器的两个电阻有误差,当旋转到几百欧时既然相差十几到几十欧,这个比例非常大了。”

文氏电桥振荡器,桥路的两支电容不等或者两支电阻不等,依然能够产生振荡(在某个频率上满足相位条件),但此时幅度条件有变化(大于1/3)。
实际上,你采用的两支电容(C1和C2)总存在误差(电容误差为10%是很常见的)。
既然两支电阻或者两支电容并不可能完全相等,那么反馈量需要调整。

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5
maychang| | 2017-12-28 08:50 | 只看该作者
秉烛良宵 发表于 2017-12-28 00:22
发现双联电位器的两个电阻有误差,当旋转到几百欧时既然相差十几到几十欧,这个比例非常大了。为了减小两个 ...

运放输入端没有直流通路,运放的偏置电流无处提供,运放不能正常工作。

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6
maychang| | 2017-12-28 08:52 | 只看该作者
秉烛良宵 发表于 2017-12-28 00:22
发现双联电位器的两个电阻有误差,当旋转到几百欧时既然相差十几到几十欧,这个比例非常大了。为了减小两个 ...

一般来说,文氏电桥振荡电路应该使用双电源。使用双电源比使用单电源省事得多。

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7
maychang| | 2017-12-28 08:55 | 只看该作者
秉烛良宵 发表于 2017-12-28 00:22
发现双联电位器的两个电阻有误差,当旋转到几百欧时既然相差十几到几十欧,这个比例非常大了。为了减小两个 ...

“电源电压对输出正弦波的幅度影响很小,5V和10V的电源输出幅度基本相同,这个很奇怪。”

没什么可奇怪的。文氏电桥振荡幅度由非线性反馈(首帖图中D1和D2以及相关电阻)决定,并不由电源电压决定。

你还没有弄清楚文氏电桥振荡电路是如何工作的。

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8
captzs| | 2017-12-28 10:51 | 只看该作者
    双电源才有正负双向波形,有人认为文氏振荡单电源也可以,其实加偏置、电容滤波、电容输出,反而繁杂,绕了一圈回到双电源,不如一开始就设置双电源简单明了。

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9
xukun977| | 2017-12-28 11:23 | 只看该作者
这个帖子,解决了我一个N久前的一个疑问!


N久前的一天,大师突然给了某本书的截图,他给的是英文版的,由于这本书我看过,根据截图,我立马知道是哪本书,当时我给出英文截图所对应的中文翻译书照片!


我一直很纳闷,这家伙平时只看教材的,怎么突然间看课外书了?而且看的书籍是我看过的,咋这么巧?



这事就一直放着!



刚才看本贴,于是我就搜索本论坛,看有相似问题的帖子到底有多什么!于是在搜索到许多帖子中随机打开一个,一看,顿时疑团顿消!!!

原来他看的书籍,是我无意中随口说出来的:

(下图中引用的那段文字,是我说的。)


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10
yzqok| | 2017-12-28 11:39 | 只看该作者
秉烛良宵 发表于 2017-12-28 00:22
发现双联电位器的两个电阻有误差,当旋转到几百欧时既然相差十几到几十欧,这个比例非常大了。为了减小两个 ...

强 顶一下 在这种情况下, 人体就相当与容性器件,会对信号产生干扰输出随之变化

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11
xukun977| | 2017-12-28 11:41 | 只看该作者

我原以为大师是从去年夏天开始暗中密切跟踪我的一言一行的,看了上图才发现,5年前实际上就开始了!(过几天就说是6年前了!)


关于本贴,问题不大,直流同路也是有的,眼神好使的应该能看出来!而且根据楼主描述,花了很长时间调试,如果没有的话,波形会更丑!
主要问题是楼主把一切都想象的太理想,太美好了,不大理解理想模型的局限性!


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秉烛良宵|  楼主 | 2017-12-28 14:38 | 只看该作者
maychang 发表于 2017-12-28 08:49
“发现双联电位器的两个电阻有误差,当旋转到几百欧时既然相差十几到几十欧,这个比例非常大了。”

文氏 ...

电容电阻都是经过精心挑选的,电容从几十个中用万用表和自制的电容表依次测量并选出相差最小的两个。

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maychang| | 2017-12-28 15:05 | 只看该作者
秉烛良宵 发表于 2017-12-28 14:38
电容电阻都是经过精心挑选的,电容从几十个中用万用表和自制的电容表依次测量并选出相差最小的两个。 ...

你没有明白我的意思。
我说的是:“发现双联电位器的两个电阻有误差,当旋转到几百欧时既然相差十几到几十欧,这个比例非常大了。”并不是波形非正弦的原因。

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14
秉烛良宵|  楼主 | 2017-12-28 15:13 | 只看该作者
maychang 发表于 2017-12-28 08:55
“电源电压对输出正弦波的幅度影响很小,5V和10V的电源输出幅度基本相同,这个很奇怪。”

没什么可奇怪 ...

嗯,之前确实是没理解输出幅度与非线性稳幅电路的工作电压关系,原来要调整输出幅度只需要多串几个二极管就可以了。

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15
秉烛良宵|  楼主 | 2017-12-28 15:42 | 只看该作者
maychang 发表于 2017-12-28 15:05
你没有明白我的意思。
我说的是:“发现双联电位器的两个电阻有误差,当旋转到几百欧时既然相差十几到几 ...

这个原因已经知道了,我第二次发的图中就是用2K精密电子,但是还是在横轴处出现了小小的失真。

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16
秉烛良宵|  楼主 | 2017-12-28 15:45 | 只看该作者
xukun977 发表于 2017-12-28 11:41
我原以为大师是从去年夏天开始暗中密切跟踪我的一言一行的,看了上图才发现,5年前实际上就开始了!(过几 ...

意思说LM358超过1kHz频率就要出现那种奇怪的交越失真吗?电阻已经用精密电阻替代了,但是1K时能看出一点,超过7K左右失真就比较明显。

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17
maychang| | 2017-12-28 15:47 | 只看该作者
秉烛良宵 发表于 2017-12-28 15:13
嗯,之前确实是没理解输出幅度与非线性稳幅电路的工作电压关系,原来要调整输出幅度只需要多串几个二极管 ...

“之前确实是没理解输出幅度与非线性稳幅电路的工作电压关系,原来要调整输出幅度只需要多串几个二极管就可以了”

不是这么回事。
你还是没有理解正弦振荡电路是如何工作的。

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18
秉烛良宵|  楼主 | 2017-12-28 16:41 | 只看该作者
在我穷追不舍下终于把这个问题解决了。解决方法很简单,就是在运放输出端加一个1K下拉电阻做为负载。感觉这个运放“好贱”,不加点载还不高兴似的。现在的效果非常好。

其实这个问题也不是我一人遇到,在其他论坛上面也有人遇到

感谢大家的回答,虽然东西很简单,以前用LM358也没特别注意会有这个问题。

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captzs| | 2017-12-28 17:10 | 只看该作者
仿真的体会:
文氏振荡电路的运放是比较器,Rf>2Re是比较电压的设置,是文氏电路振荡的必备条件,不是必振条件,要起振必须:
1),参照LC谐振条件,R和C必须匹配,设置R=Xc。例如产生f=5KHz正弦波,选择C=2nf,则Xc=1/6.28*5*2=15.9K=R。
2),GBW=200f,太小难起振或不振,太大则Rf/Re比值调小才不会出现削顶触底。。
3),运放双电源供电。

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gujiamao12345| | 2017-12-29 09:37 | 只看该作者
你都看到是交越是真啦,用双电源好些没

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