戴伏生，麻志濱

(哈爾濱工業(yè)大學威海校區(qū)信息與電氣工程學院，山東威海264209)

0 引言

文氏電橋正弦波振蕩電路，也稱為RC串并聯選頻網絡正弦波振蕩電路，是“模擬電子技術基礎”課程的必修內容之一，也是眾多高校實驗課必做的項目之一。該電路結構簡單，理解該電路的工作原理并不困難。然而，如果對正弦波形幅度提出明確的定量要求，如何能設計出符合要求的電路并非易事。因為，無論是現有教材還是參考資料中，對輸出幅度控制問題僅僅介紹了采用熱敏電阻、二極管或場效應管等非線性器件穩(wěn)幅原理，既沒有給出控制波形具體幅值的設計方法，又沒有介紹如何設計電路可以減小因非線性器件帶來的諧波失真。學生可能會認為，文氏電橋正弦波振蕩電路輸出波形的幅度值事先是不可預知，只能逐個電路調整才能確定。至于我們能否有效地控制波形的諧波失真，似乎在電路設計時沒有規(guī)律可以遵循。為此該電路的設計方法需要系統(tǒng)地討論。

(2)初步接觸設計工作。安排1位專業(yè)技術過硬的專冊作為導師，帶領參加至少1個項目的可研、初步設計工作，掌握本專業(yè)的設計內容及設計重點，同時了解主要站前專業(yè)及接口專業(yè)的主要設計內容。

1 文氏電橋振蕩電路一些特點

文氏電橋振蕩電路如圖1所示。若R2＞2R1，將滿足|AuF+max|＞1起振的幅度條件，其中，Au為同相比例放大倍數，F+max為最大反饋系數。輸出電壓uo為頻率f0=1/2πRC的近似正弦波。輸出為近似正弦波形原因是，無論怎樣調整電阻R1和R2參數，該電路輸出振蕩電壓的幅度都會不斷增加，最終使集成運放A工作到非線性區(qū)才能穩(wěn)定下來，所以波形將產生失真［1]。再則，文氏電橋選頻網絡屬于品質因數Q值較低的二階濾波器，Q=1/3≈0.33，選頻效果并不理想。

Alavinia和Qoitassi通過問卷調查、課堂詞匯測試和學生訪談對伊朗學生和教師將手機應用于英語詞匯教學進行了為期九周的可行性研究。參與測試的四十名學生完成了研究前測試后被隨機分為兩個組，其中一組通過短信息服務（SMS）接收與課程相關的詞匯信息，而另一組只進行常規(guī)的課程學習。研究證明，在詞匯學習方面利用手機SMS的詞匯學習得到了學習者的認可，實驗組85%的學生認為該學習方式更利于提高他們的詞匯習得。在隨后的訪談中，所有學生都認為移動輔助語言學習在英語學習中的應用是有效可行的[2]。

圖1 文氏電橋原理性振蕩電路

為了限制輸出振蕩電壓的幅度不斷增加，防止集成運放工作到非線性區(qū)，可采用熱敏電阻、二極管或場效應管等穩(wěn)幅措施［2-5]。雖然這些措施在原理上是可行的，但是用熱敏電阻穩(wěn)幅，無論是采用正溫度系數的電阻R1還是采用負溫度系數的電阻R2，由于熱敏電阻的器件精度很難控制。采用二極管穩(wěn)幅或場效應管穩(wěn)幅是依靠器件可變電阻特性實現穩(wěn)幅，其穩(wěn)幅效果與電阻相當。本文僅討論二極管穩(wěn)幅文氏電橋振蕩電路的設計方法。

2 文氏電橋振蕩電路設計方法

在圖1所示的電路基礎上，增加二極管穩(wěn)幅后的一種實用電路示于圖2。由于硅PN結的溫度特性比鍺材料好，所以圖中的D1和D2采用的是小功率硅二極管。該電路二極管D1和D2具有隨著輸出電壓uo的增加其動態(tài)電阻rD逐步變小的特點，使放大器的放大倍數由Au＞3逐步減小向3趨近。最終被鉗制在Au=3，達到|AuF+max|=1以維持振蕩的幅度平衡條件，輸出電壓uo幅度穩(wěn)定。

正弦波振蕩電路的主要指標包括振蕩頻率f0和輸出電壓幅度值Uom等。以下介紹集成放大器構建文氏電橋振蕩電路的設計方法。

2)負反饋和穩(wěn)幅電路器件參數選擇

根據文氏電橋正弦波振蕩電路工作原理，其振蕩頻率就是文氏電橋選擇的中心頻率f0=1/2πRC，由此可見，只要合理選擇電阻R的阻值和電容C的容量值，較容易滿足要求。需要注意的是，由于電阻R和電容C取值過大或者過小時，不僅器件制造過程中參數很難準確控制，而且受到放大器輸入電阻和電容以及分布參數影響，所以實際應用頻率為20 Hz～200 kHz。

圖2 二極管穩(wěn)幅文氏電橋弦波振蕩電路

2)波形幅度要求下負反饋網絡的設計

教師是實施國家教育方針的實踐者，是直接影響方案落地生根、開花結果的人為因素，霞山區(qū)高度重視藝術教師隊伍建設工作，切實服務學校藝術建設需要。

(2)帶寬增益積BGP

(1)集成放大器線性應用中兩個差分輸入有虛短的特點，因此有u－≈u+≈uf≈Uom/3，iR1≈Uom/3R1。首先確定iR1的大小，然后求得

(2)由于硅二極管開啟電壓Uth≈0.5 V左右，導通電壓Uon≈0.7 V左右。電路進行穩(wěn)幅時，二極管的工作電壓應介于這二者之間，所以估算時可取UD=0.6 V。在振蕩輸出達到最大幅度時，對圖2上半部的負反饋電路可以列出電壓方程為Uom≈UD+iR1×R2+Uom/3。因此可以求得

(3)根據電路起振條件的要求，負反饋電路中的電阻應首先滿足(R2+R3)＞2R1關系。再設穩(wěn)幅在最大幅度值Uom時，考慮到抑制總諧波失真的需要，按照1比4關系分配二極管和電阻R3之間電流，即二極管電流為iR1/4，電阻R3電流為3iR1/4，則電阻R3大小約應為R3≈UD/(3iR1/4)。因此可以求得

否則，滿足取值R3＞(2R1－R2)

(4)差模電壓增蓋Aud

對于圖2電路，集成放大電路本身諧波失真非常小，主要諧波失真來自于二極管的非線性，它會使波形出現失真。

電阻R3可以減小二極管的非線性電阻的影響。當二極管兩端電壓小于開啟電壓Uth時，二極管的等效電阻非常大，支路電阻主要是R3起作用，二極管非線性電阻對振蕩電路的影響不大。當二極管兩端電壓大于開啟電壓Uth時，二極管非線性電阻的影響加劇，由此產生較大的諧波失真。我們在電路設計過程利用式(3)計算時，應該盡量取R3的阻值最小，只要滿足(R2+R3)＞2R1的起振條件即可。

4)集成放大器選擇方法

《西行漫記》的可貴之處，在于書籍本身的真實性和客觀性， “它是忠實描繪中國紅色區(qū)域的第一本著作”[1]5。初稿 《西行漫記》除了有關 “西安事變”和 “關于朱德”部分引用了尼姆·韋爾斯的筆記材料以外，都是斯諾在蘇區(qū)親自采訪的第一手資料。斯諾本身 “從沒有加入過任何政黨”，作為一個 “局外人”，他從西方人的視角去解讀中國共產黨和中國革命，既不會對共產黨進行大規(guī)模的正面宣傳與吹噓，也不會對國民黨進行惡意的詆毀和抹殺，觀點比較客觀公正。

電路設計時需要關注集成放大器的輸出電壓擺幅±Uopp、輸出短路電流Ios、帶寬增益積BGP和差模電壓增益Aud等主要指標。生產廠商提供的集成放大器的參數表，有典型值和最小值之分，建議選擇其中參數最小值(min)考慮電路的設計，否則可能達不到指標要求。選用的集成放大器參數應能達到如下要求。

(1)輸出最大擺幅

回到漢武帝時代，元朔元年（前128年）、二年（前127年），匈奴人在東線攻勢兇猛，多個郡縣告急。但劉徹認為匈奴人活躍的河套平原始終威脅著帝都的安全，決定不去管東線的匈奴，先全力解決河套問題。

集成放大器的實際輸出最大擺幅需考慮放大器電路的內部壓降。估算方法是:|實際的輸出最大擺幅|=［|實際電源電壓|－(|測試條件下的電源電壓|－|測試條件下的擺幅|)] 。最大擺幅乘上70%的含義是，為輸出動態(tài)范圍考慮留有30%的余量，否則可能影響設計指標的實現。即有

若要求輸出正弦波振蕩波形的幅度值為Uom，可按照如下方法和步驟設計負反饋網絡。

Aud(min)＞49.5dB

(3)輸出電流Ios的影響

根據文氏電橋濾波的特點，在電路工作頻率f0=1/2時，F+max=1/3，則uf=Uom/3，根據集成放大器線性應用中兩個差分輸入有虛短和虛斷的特點，因此有，u－≈u+≈uf≈Uom/3，iR1≈Uom/3R1，iRC≈Uom/3R。如果對輸出電流考慮至少30%的余量供給后續(xù)電路使用，則下式成立

3)抑制總諧波失真的方法

由于同相比例放大器的反饋深度可表示為(1+AudF－)。當|1+AudF－|1時。才能構成深度負反饋，該情況下集成放大器的輸入電阻和輸出電阻對文氏電橋影響很小，設計中可以忽略其影響。如果取|AudF－|＞100，則工程上完全可以認為|1+AudF－|1，由于F－受到二極管D1和D2影響是非線性變化的，但是結合電路工作原理，在穩(wěn)幅條件下F－=1/3，如果F－按照1/3估算，若要達到|AudF－|＞100，則有

由于帶寬增益積BGP=Au×f－3dB基本為常數，而圖2電路中集成放大器與電阻、二極管等組成同相比例放大器。根據起振的要求，放大倍數Au=1+(R2+R3∥rD)/R1應設計為Au＞3。但放大倍數不宜過大，以免出現失真，設計電路時取Au=3.5為宜。因此同相比例放大器的頻帶f-3dB≈BGP/Au，再考慮30%余量。即有

整合學科組把最初讓學生通過填空、簡答等方式回答的知識性題目經過整合變成一道開放式探究題：“請你尋找并探究天壇建筑中關于‘天’的元素”，借此引導學生系統(tǒng)思考。并將研學活動的目的設計直指學科核心能力和素養(yǎng)——口頭表達與書面表達。

3 設計實例與仿真驗證

文氏振蕩器的指標要求為:振蕩頻率f0≈1 kHz、正弦波幅度Uom≈6 V。設計和實現兩者之間的誤差應當控制在20%以內，而且要求輸出波形沒有明顯失真。

1)選擇文氏電橋器件參數

本次圓桌會議圍繞圍術期規(guī)范化鎮(zhèn)痛展開，生理上的無痛依賴于麻醉專業(yè)提供的良好的圍術期鎮(zhèn)痛。心理上的無痛依靠醫(yī)護人員的良好態(tài)度，即醫(yī)護人員對患者的人文關懷；那我們應該如何將人文關懷融入到圍術期鎮(zhèn)痛管理方面呢？筆者認為主要體現在以下幾個方面。

根據文氏電橋頻率f0=1/2πRC≈1 kHz。如果電容C和電阻R的值分別按照常用的E-12和E-24標稱值系列選取的話，可能有多種選擇方法，其中一種選取方法為C≈0.01 μF，R≈16 kΩ。

1)文氏電橋選頻網絡的設計

為計算方便，選取iR1=1 mA。根據式(1)和式(2)得到R1≈Uom/3iR1=2 kΩ，R2≈(2Uom－3UD)/3iR1=3.4 kΩ。如果按照E-24標稱值系列選取，R2=3.4 kΩ可以選擇3.3 kΩ和100 Ω電阻串聯實現。根據式(3)可以得到4UD/3iR1=800 Ω，可選R3=750 Ω，能夠滿足起振條件。D1和D2可選擇常用的小功率硅二極管1N4148。

3)集成放大器的選擇

本設計選用集成放大器μA741，工作電源±15 V。根據輸出最大擺幅要求對集成放大器μA741參數進行核算，發(fā)現符合該文氏電橋正弦波振蕩電路的指標要求。

利用OrCAD/PSpice仿真軟件，按照上述設計參數對圖2電路進行了仿真實驗，得到振蕩瞬態(tài)波形和該波形的FFT頻率分析如圖3和圖4所示。

采用PECVD沉積氧化硅薄膜，研究了在不同條件下制備折射率均勻、應力良好的摻Ge氧化硅薄膜波導.研究發(fā)現為了提高薄膜均勻性減小應力，薄膜芯層通過GeH4流量而不是SiH4流量來改變折射率，同時光波導薄膜厚度和折射率均勻性會使傳輸光波在不同的偏振狀態(tài)下具有不同的折射率值，即光學薄膜的雙折射效應，從而使器件的PDL值增大，雙折射性能在整個晶圓上的不均勻分布會影響產品的良品率，所以精確控制每個參數并把握其變化規(guī)律對提高產品性能及生產良品率至關重要.

圖3 仿真的正弦波振蕩瞬態(tài)波形

圖4 仿真的正弦波振蕩FFT頻率分析

可見輸出頻率f0=1kHz時，正弦波幅值Uom=6.055 V。振蕩波形無明顯失真，而且根據記錄統(tǒng)計的總諧波失真度也非常小:THD=1.64%，達到指標要求。如果用物理器件構建真實電路進行測試，指標與仿真結果非常接近。與設計指標對比，誤差約在15%左右，說明按照上述方法設計是完全能夠達到要求的。

4 結語

目前無論是“模擬電子技術基礎”教材中還是在課堂教學中，教師通常均側重電子電路的原理分析，缺少對電子電路如何設計的介紹。對于初學該課程的學生來講，理解典型的電子電路工作原理似乎并不困難，但是一旦涉及到電子電路設計問題時，學生們便不知如何著手開展設計，往往是依據教材或者參考資料中的典型電路、相似電路進行簡單地改造，再通過實驗調試完成設計要求。

產量及產量指標：測定選定棉株的蕾數、鈴數、開花數和果枝數；測定6. 67 m2 的株數、單株鈴數、單鈴重，計算出產量。

許振平啊，許振平。他在車里對自己說，你簡直不靠譜！人家老公回來了，你酸個什么勁？你家那位住院，你不是拔腿就跑了嗎？

作為一名教師，有義務處理好“模擬電子技術基礎”課程中每一個具有代表性問題的講述方式，引導學生逐步接受系統(tǒng)化和工程化設計思維方式。本文介紹的電路設計方法，就是該思維方式的一種體現。我們在課堂上按照本方法給學生講解后，他們反映很容易理解。在需自行設計電路的實驗項目中，學生都能結合指標要求合理選擇器件參數完成實驗內容，收到了很好的效果。

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［2] 華成英，童詩白.模擬電子技術基礎(第四版)［M] .北京，高等教育出版社，2006.

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