RC正弦波振蕩器的實(shí)用制作方法,Sine-wave oscillator

一、振蕩器組成
振蕩電路主要由基本放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)及正反饋網(wǎng)絡(luò)三部分組成，其中基本放大電路是使電路獲得一定幅值的輸出量：選頻網(wǎng)絡(luò)是確定電路的振蕩頻率．保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩；正反饋網(wǎng)絡(luò)的作用是在振蕩電路中．當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)的情況下．引入正反饋信號(hào)作為輸入信號(hào)。在下圖中。電路引入正反饋，上面方框?yàn)榉糯箅娐罚旅娣娇驗(yàn)榉答伨W(wǎng)絡(luò)，反饋極性為正（在圖中，反饋量作為凈輸入量。）

正弦波發(fā)生條件：

RC橋式正弦波振蕩電路原理如：

下圖所示。由于理論與實(shí)際的差別，上圖所示電路圖實(shí)踐起來(lái)效果并不理想，比如振蕩頻率不高及停振等，尤其是在使用LM324制作振蕩器時(shí)波形出現(xiàn)嚴(yán)重失真。那么，該如何做出改進(jìn)呢?

二、常見(jiàn)問(wèn)題及其解決方法
1、穩(wěn)幅。由于Uo與Uf具有良好的線性關(guān)系，所以為了穩(wěn)定輸出電壓的幅度．一般在電路中加入非線性環(huán)節(jié)。這里．在回路串聯(lián)兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管．利用電流增大時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻減少的特點(diǎn)，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。
2、“刺突狀”失真，波形如圖4所示。這種失真是在使用集成運(yùn)放LM324制作正弦波振蕩器時(shí)無(wú)法避免的棘手問(wèn)題。一個(gè)簡(jiǎn)單有效的解決辦法是，用一只適當(dāng)阻值的電阻連接在輸出端與負(fù)電源Vee之間，這樣可以改善輸出端波形的失真．而且隨著頻率的改變信號(hào)的幅度基本穩(wěn)定。
3、削波失真，波形如下圖所示。該種失真的明顯特點(diǎn)是波形頂部變得平直，波形的幅度很大，接近電源電壓。造成這種失真的原因．大多是反饋電阻值過(guò)大，使電路的增益過(guò)大，致使輸出電壓峰值太大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)隨著反饋電阻值的增大。輸出波形將變得極像方波。解決這種失真的方法：減小反饋網(wǎng)絡(luò)的總電阻。而過(guò)分地減小又將使電路不能起振，因此它的大小非常關(guān)鍵，在不確定電阻值大小的情況下．可先使用電位器代替．通過(guò)細(xì)調(diào)電位器，將波形調(diào)到一個(gè)最好效果即可。

4、停振現(xiàn)象。在實(shí)際制作中，由于元器件本身的質(zhì)量和精度問(wèn)題。也會(huì)使振蕩器的制作效果大打折扣。在電路中，我們需要調(diào)節(jié)同軸雙聯(lián)電位器來(lái)改變輸出正弦波的頻率。顧名思義，雙聯(lián)同軸電位器是由兩個(gè)電位器組成，通過(guò)調(diào)節(jié)同一個(gè)軸達(dá)到同步調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻值的目的器件。但在實(shí)際中，我們發(fā)現(xiàn)，雙聯(lián)同軸電位器的兩個(gè)電阻值并不能時(shí)刻保持相等．而是有一個(gè)差值，有時(shí)候這個(gè)差值很大，可達(dá)數(shù)干歐姆。差值的存在造成了振蕩器在高頻時(shí)出現(xiàn)停振現(xiàn)象．也就是說(shuō)，振蕩器的輸出信號(hào)不能達(dá)到較高的頻率。在這種情況下，

當(dāng)然可以更換精度和質(zhì)量更好的雙聯(lián)同軸電位器來(lái)解決。但為節(jié)省成本，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，如暴用兩個(gè)小電阻分別與雙聯(lián)同軸電位器的兩個(gè)可變電阻串聯(lián)，停振問(wèn)題即可得到很好的解決，從而使得振蕩器的頻率得到顯著提高!
經(jīng)過(guò)對(duì)原理圖的改進(jìn)，得到如下圖所示振蕩器電路?？勺孕袑⑵渑c上圖進(jìn)行比較，就可以看出變化。

三、電路的改進(jìn)
1、提高輸出電壓幅度。這部分電路如下圖虛線框所示。由于LM324的增益帶寬為一定值，查使用手冊(cè)知約為1．5MHz。因此，如果要提高增益則帶寬將減小。那么，怎樣才能做到既要有較高放大倍數(shù)又要有足夠的寬頻帶?這里我們可以使用二級(jí)放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩級(jí)均采用反相放大器。焊接的元件較少，制作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，需要注意的是，第一，前級(jí)放大器的放大倍數(shù)一般應(yīng)小于第二級(jí)的放大倍數(shù)，否則容易出現(xiàn)上述削波失真。筆者的兩級(jí)放大倍數(shù)分別設(shè)計(jì)約為18和48倍．總放大倍數(shù)約為864倍。第二．輸入電阻的選擇要恰當(dāng)。既不能太小(幾十歐姆)，也不能太大(幾兆歐姆)．一般選擇方法是輸入電阻和反饋電阻之和為幾十千歐姆或幾百千歐姆。第三．各級(jí)運(yùn)算放大器之間最好使用一個(gè)大電容器，一般為電解電容器．其作用是隔直和耦合。此外，在圖6所示振蕩電路輸出信號(hào)，一般不直接連在放大器上，而是使用一個(gè)電位器先調(diào)節(jié)輸出信號(hào)幅值．再與放大器連接。因?yàn)榉糯笃鞯妮斎胄盘?hào)過(guò)大時(shí)，輸出信號(hào)也可能會(huì)發(fā)生削波失真．具體連接方法可參照下圖所示中的R'。
2、提高帶負(fù)載能力。由于LM324輸出電流有限，一般僅為幾十毫安。在電流一定的情況下。為了提高電路的輸出功率，一種有效的做法是減小電路的輸出阻抗。要減小輸出阻抗一種簡(jiǎn)單的辦法是使用電壓跟隨器．因?yàn)殡妷焊S器的特點(diǎn)是輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，可以起到阻抗變換及隔離作用。而用LM324制作電壓跟隨器非常容易。
3、使用單電源供電。LM324一般采用雙電源供電，這時(shí)它的4腳接正電源(這里正電源電壓為+12V)。11腳接負(fù)電源Vee(-12V)。
若要改用單電源．原則是：電路原來(lái)接正電源的地方仍舊接正電源．原來(lái)接地的地方改接1／2VCC．原來(lái)接負(fù)電源的地方改接地。以該電路為例，LM324的4腳仍接+12V，11腳則接地，電路中原來(lái)接地的地方全部改接+6V，其中+6v可通過(guò)+12V分壓得到。這樣就省去了負(fù)電源，從而實(shí)現(xiàn)了單電源供電。

四、焊接與調(diào)試
將電路的各個(gè)部分連接起來(lái)，得到最終的完整電路圖，如下圖所示，電路中標(biāo)出了各元器件的參數(shù)值。
下圖中R為20kΩ雙聯(lián)同軸電位器．調(diào)節(jié)放大器的輸入信號(hào)幅值，兩個(gè)R7完成分壓，使A點(diǎn)電位為+6V。
按照下圖焊接好電路后，檢查無(wú)誤上電，調(diào)節(jié)電位器R3的值略大于1k，將R'調(diào)到一個(gè)較小值，使放大器的輸出無(wú)削波失真，從Uo輸出的就是頻率范圍362Hz～102kHz的正弦波，波形無(wú)失真和停振現(xiàn)象，幅度基本穩(wěn)定：放大倍數(shù)約700倍，調(diào)節(jié)電位器R14可使輸出電壓幅度在OV～5V范圍內(nèi)任意可調(diào)