使用運算放大器產生正弦波的常用方法之一是使用Wien電橋配置。電子電路設計非常簡單，并提供了良好的整體性能。

顧名思義，運算放大器維也納電橋振蕩器或發生器基于維也納電橋網絡。這是 Max Wien 于 1891 年開發的一種橋式電路，它由四個電阻器和兩個電容器組成。

Wien橋式振蕩器已經存在了很多年，它作為音頻振蕩器在許多領域都有應用，要么使用分立電子元件，要么使用運算放大器。

由于運算放大器是易于使用的電子元件，可提供近乎完美的操作，因此它們被廣泛用于此類電路中。

基本的維也納橋電路如下所示，從中可以看出。

基本維也納橋的電路

基本橋式電路用于許多應用，包括測量電容器的值，其中可變電阻器和已知電容器可用于確定電容器的值，通常為C1。

首先，讓我們從定性的角度看一下電路。這有助于解釋電路的實際操作，并了解其工作原理。

維也納橋RC網絡

從圖中可以看出，該電路可以一分為二：維恩橋的一個串聯元件，即串聯電阻和電容器組成一個高通濾波器;和并聯電容電阻元件形成從線路到地的低通濾波器。

換句話說，有一個串聯的高通濾波器和一個并聯的低通濾波器。總體效果是，兩者的組合形成了一個選擇性的二階帶通濾波器，該濾波器具有相當高的Q因數，諧振頻率為f0.

簡單地看網絡，在零頻率下，由電子元件 R1 和 C1 組成的串聯低通濾波器將具有無限阻抗，因為直流無法通過電容器。

同樣，在非常高的頻率下，并聯電路效應主要由電容器幾乎為零的阻抗決定 - 它實際上使輸出短路。

在這些頻率之間有一個點，輸出達到最大值 - 它的“諧振頻率”，F0.

在這個諧振頻率下，整個電路的電抗等于它的電阻，即：Xc=R，輸入和輸出之間的相位差為零。在此最大品脫時，輸出電壓的大小等于輸入電壓的三分之一。

還發現，網絡中的相移隨頻率而變化，在諧振頻率 f 處穿過軸0.

維也納橋RC網絡的電壓和相位響應

從電子電路設計的數學角度來看電路。維恩電橋特別靈活，不需要相等的電子元件R或C值。在某個頻率下，串聯 R2-C2 臂的電抗將是 R1-C1 臂的精確倍數。如果將兩個 R3 和 R4 臂調整到相同的比率，則電橋將平衡。

在確定平衡頻率方面，可以使用一些簡單的方程式。

如果 R1 = R2 且 C1 = C1，則電子電路設計方程簡化;結果是 R4 = 2 R3。

在實踐中，電子元件 R1 / R2 和 C1 / C2 的值永遠不會完全相等，但上面的等式表明，對于這些臂中的固定值，電橋將在 R4/R3 的某個 ω 和某個比率下保持平衡。

通過進行這些假設和簡化，電子電路設計變得非常容易。

運算放大器維也納電橋振蕩器

對于正弦波振蕩器的電子電路設計，電橋可以在反饋環路內使用，電路在平衡點（即網絡的“諧振點”）振蕩。此外，運算放大器的輸入阻抗水平非常高，輸出阻抗水平非常低，這意味著橋元件上的負載最小，這簡化了電子電路設計。

Wien橋振蕩器可以看作是一個正增益放大器，與一個帶通濾波器相結合，通過該濾波器施加正反饋。當使用正反饋時，必須能夠限制增益以避免過度失真水平。這是通過使用自動增益控制、有意非線性和偶然非線性限制輸出幅度等多種方式實現的，它們可以以不同的方式用于不同的電路。

基本的Wien電橋振蕩器或發生器電路如下所示，其中包含纏繞在運算放大器本身周圍的電橋電路元件。在電路中可以看到提供正反饋的正增益放大器和帶通濾波器。

運算放大器Wien橋振蕩器的電路

包含電容器的電橋元件與同相輸入相關聯，純電阻元件與反相輸入相關聯。要使電路振蕩，對電路的分析顯示必須有180°的相移，這要求C1 = C2，R1 = R2。此外，Rf 通常設置為 2 Rg。振蕩頻率可以通過以下簡單公式確定：

這種形式的維也納電橋振蕩器/發生器電路的問題之一是產生的失真水平。如果Rf的值增加（增加電路的增益），則發現失真水平也會隨著運算放大器達到飽和而增加。

在許多情況下，克服這個問題的一種簡單方法是用小型白熾燈或熱敏電阻代替電阻Rg。電阻比 Rf 設置為保持在 2Rg 左右。這個想法之所以有效，是因為當振蕩器首次通電時，燈很冷，電阻很小。流過它的電流較大，燈或熱敏電阻發熱，從而增加其電阻，進而導致增益下降和電流下降。一段時間后，達到一個平衡點，振蕩器將自我調節增益，從而調節失真水平。

用于維也納橋式振蕩器的二極管限幅器

限制振蕩器振幅擺幅從而減少失真的另一種方法是在振蕩器反饋環路中使用一對背靠背二極管。二極管可以放置在電阻 R 的一部分上f.隨著振幅的增加，因此電阻有效減小，振幅減小。

帶限幅二極管的運算放大器維也納橋振蕩器電路

該電路能夠提供比電路更低的失真水平，而沒有任何幅度限制。

Wien橋振蕩器在許多應用中用于提供正弦波信號。盡管失真水平可能高于其他形式的音頻振蕩器，但它仍然提供了一種非常方便和可靠的音頻正弦波振蕩器形式。

審核編輯：黃飛