正弦波振蕩器的設計與制作,Sine Wave Oscillator Design
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正弦波振蕩器的設計與制作
正弦波振蕩電路有多種,但常用的是文氏電橋振蕩器,圖1是其原理簡圖。在運放的同相輸入端由RC濾波器構成正反饋,其諧振頻率決定了振蕩器的振蕩頻率f=l/2πRC;在運放的反相輸入端,由電阻構成負反饋,R1/R2的比值決定了振蕩波形。在正反饋回路中當R相等及C相等時,放大器的增益等于3,電路起振,即R1=2R2。如果R1<2R2,電路將停振;而R1>2R2,輸出波形的頂部將被壓縮為平頂。故對于文氏電橋振蕩器,要求增益穩定。常用的穩定辦法是采用燈泡代替電阻R2,或用負溫度系數熱敏電阻代替R1。采用燈泡的原理是:如果電流增大,則燈絲的電阻變大,使負反饋量增加而降低增益。采用負溫度系數熱敏電阻的原理是:電流增大,熱敏電阻的阻值變小,結果也是使負反饋量增加而降低增益。
這臺正弦波振蕩器的設計目標是:頻率范圍20Hz~20kHz,分三個波段連續可調。整機電路見圖2。用作振蕩器的運放,其振蕩頻率最好在運放頻率參數的十分之一較為可靠。這里采用頻帶寬度達15MHz的單運放LM318,有條件的話可用八腳金封的,不過筆者采用的是雙列直插(DIP)塑封的集成塊。
為了增益穩定,采用了12V、60mA的小電珠,其電阻值為12÷0.06=200Ω。根據前述的起振原理,R1=2R2=400Ω,考慮到調整余量,R1選用1kΩ的微調電阻。
振蕩頻率由雙刀五位波段開關(只用三位)分別接入不同倍率的電容分三段粗調,頻率細調用同軸雙連電位器W1調節。振蕩器的輸出幅度用電位器W2調整,再經緩沖器分兩路輸出,以隔離振蕩電路和被測電路,使振蕩頻率不受被測電路輸入阻抗的影響。緩沖器用單運放LF356接成跟隨器。
電路元件選擇:振蕩電容器要選用薄膜電容,耐壓均為50V,容量需用數字電容表選擇,誤差越小越好。頻率調整電位器W1選用金屬殼密封雙連電位器,阻值變化特性為直線性(型號后綴“X”)。購買時需緩慢旋轉電位器軸,測量各位置的阻值,要求兩連的阻值應基本相同.如某一位置的阻值相差較大,則不能使用。
電路組裝好后,通電工作幾小時,即可調試及刻度。首先用示波器測量發生器輔出端的波形,在各擋位及W1的各位置,都應有完整波形的正弦波輸出,不能有停振點或平頂波形出現,否則應微調R1。在沒有示波器的場合,可在發生器輸出端接上5V(或10V)交流電壓表,調整R1使電壓表剛有指示,然后反方向微調一點R1,使電壓表在整個頻率范圍均有指示即可,否則應重復上述步驟。
刻度方法仍采用頻率表和等分圓周圖,逐擋測量并列出頻率和格數對照表,繪出頻率刻度盤。本發生器的實測頻率范圍見附表(實際制作時只選擇了中間三擋),最高輸出電壓5VRMS,失真率在負載電阻lkΩ、輸出1VRMS、20Hz~20kHz范圍時為0.25%--0.5%。如需要擴大頻率范圍,可自行添加電容器。本電路最高振蕩頻率可達400kHz,但失真率已達到3%。
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