我們甚至不會考慮壓縮三角波以產(chǎn)生合理的正弦波，因為 0.3% 的 THD 是這種方法在沒有復雜的多斷點“壓縮”網(wǎng)絡的情況下所能達到的最佳值。同樣，相移振蕩器也不行；它們的 Q 值很低，三聯(lián)電位器也不是目錄項目。如果我要為現(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)計某種東西，起點將是一個 24 位 DAC，由一個包含大型查找表的小型處理器提供數(shù)據(jù)，但這不是可以在一個下午用現(xiàn)有部件完成的東西。
　　那么，老式的文氏電橋電路到底有什么問題呢？相關(guān)的維基百科頁面包含大量歷史、實踐和數(shù)學細節(jié)，并報告稱失真水平可以達到 0.0003%（3 ppm），因此我們有一個基準，盡管這很可能是針對定點頻率，而不是針對多范圍、完全可調(diào)的設(shè)備。實際目標是 96 dB 或 0.0015%，這是 CD 類型 16 位線性 PCM 音頻的絕對極限，而更隨意的目標是 120 dB 或 1 ppm。在這些水平下，THD 可能主要由電路噪聲決定，我們現(xiàn)在將忽略它。
　　文氏電橋振蕩器　　為了檢查情況，我使用 LM4562 運算放大器、精心匹配的電阻器和聚苯乙烯電容器搭建了一個基本電路，并使用光電導光隔離器（本質(zhì)上是 LED 和 LDR）進行振幅穩(wěn)定，該隔離器由一些重型濾波驅(qū)動。（熱敏電阻僅適用于較高的輸出水平，并且非常不穩(wěn)定。）圖 1顯示了原理圖，圖 2顯示了接近 1 kHz 的輸出頻譜，電平為 -20 dBV（約 -22 dBu，或 0.283 Vpk-pk）。

　　圖 1一個簡單的文氏電橋振蕩器，使用光電導光隔離器來幫助穩(wěn)定振幅。

　　圖 2振蕩器的頻譜運行頻率為 ~1 kHz，其輸出為 -20 dBV。　　頻譜表明 THD 約為 -76 dB 或 0.02%：僅馬馬虎虎。但是，我已經(jīng)學會了在要檢查的信號的動態(tài)范圍超過 90 dB 時謹慎使用 FFT，并且更喜歡去除大部分基波，以便更清楚地看到諧波。圖 3顯示了這樣做的結(jié)果：效果好多了，THD 可能為 -88 dB，或 0.004%。

　　圖 3同一信號的頻譜，但基波大部分被凹口去除，以更準確地顯示諧波。
　　效果更好，對于應急方案來說也不錯，但仍然偏離目標。（請注意，刻度現(xiàn)在顯示諧波的相對水平，單位為 dBc，因為振蕩器的輸出為 20 dBV，陷波濾波器的電壓增益為 10 dB 或 20 dB。）再多考慮一下，再多擺弄一下——反之亦然——我們可能可以將其性能提高到基準水平，但不同的起點看起來更有希望。最大的問題是幅度控制環(huán)路，因為消除所有紋波會嚴重影響阻尼，增加環(huán)路穩(wěn)定時間。維氏電橋的低 Q 因子 1/3 對我們沒有任何好處。
　　雙二階環(huán)路濾波器　　我最喜歡的綜合濾波器和振蕩器電路一直是雙二次、狀態(tài)變量或雙積分器環(huán)路配置，其一種拓撲如圖4所示。

　　圖 4經(jīng)典的雙二階或雙積分器環(huán)路濾波器，具有高通、帶通和低通輸出。
　　您可能從上百份 NatSemi/TI 數(shù)據(jù)表和應用說明中認出了類似的東西。我認為，它的基礎(chǔ)可以追溯到 20 世紀 50 年代，當時“運算放大器”通常意味著一排排發(fā)光的瓶子，它用途廣泛、可設(shè)計且可控制。此版本的 Q 因子約為 16，增益約為 10。我們現(xiàn)在用虛線將其封裝起來，并將其視為一個模塊。假設(shè)電源為 ±5 V 至 ±15 V，帶有大量去耦電容。　　為了使其振蕩，我們將帶通 (BP) 輸出以合適的電平反饋到輸入。這通常是通過使用一對背對背二極管來限制 BP 信號來實現(xiàn)的，如圖5所示。

　　圖 5添加二極管限制反饋的濾波器變成振蕩器，但具有大量諧波，導致 THD 約為 0.08%。
　　使用所示值，二極管將信號壓縮至輸出電平的約 2/3。低于此值，穩(wěn)定性就會下降；高于此值，諧波就會變得過多。所示反饋網(wǎng)絡使二極管周圍的阻抗保持較低水平，從而允許高達 100 kHz 及以上的干凈操作，而添加的熱敏電阻可改善振幅隨溫度的穩(wěn)定性。匹配二極管的正向電壓，以最大限度地減少偶次諧波失真。二極管產(chǎn)生的第三諧波在到達 LP 輸出時會降低約 22 dB，高次諧波會衰減更多。
　　原始 (LP) 輸出的頻譜顯示 THD 約為 0.08%，這大約是此方法所能達到的最佳值。（“缺口”頻譜（未顯示）顯示峰值更少且更低，但第三諧波（限制因素）仍處于同一水平。）由于沒有控制環(huán)路，因此不會出現(xiàn)環(huán)路穩(wěn)定性問題，盡管在低頻下穩(wěn)定時間明顯。它仍然是多范圍通用 AF 振蕩器的良好基礎(chǔ)。　　通過使用相應更大的電容器和電阻器，它在極低頻率下也能很好地工作，盡管需要 FET 輸入運算放大器來避免泄漏。使用 57（= 47 + 1?0；PET 電介質(zhì)）調(diào)諧元件和 3M3 電阻器，并使用 TL072 代替 LM4562，在 ~8 mHz 或計算的 118.2 s/周期下的波形如圖6所示。

　　圖 6使用 F 和 MΩ 進行調(diào)諧，二極管穩(wěn)定雙二極濾波器將輕松在 mHz 區(qū)域內(nèi)工作 - 在本例中為約 8 mHz。