正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)與制作,Sine Wave Oscillator Design

在進(jìn)行音頻放大器的調(diào)試時(shí)，常需要低失真正弦信號(hào)發(fā)生器。有一臺(tái)正弦波發(fā)生器是很必要的，本文設(shè)計(jì)制作可達(dá)到這一目的。

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(jiǎn)圖。在運(yùn)放的同相輸入端由RC濾波器構(gòu)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(yùn)放的反相輸入端，由電阻構(gòu)成負(fù)反饋，R1／R2的比值決定了振蕩波形。在正反饋回路中當(dāng)R相等及C相等時(shí)，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(duì)于文氏電橋振蕩器，要求增益穩(wěn)定。常用的穩(wěn)定辦法是采用燈泡代替電阻R2，或用負(fù)溫度系數(shù)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(fù)反饋量增加而降低增益。采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的原理是：電流增大，熱敏電阻的阻值變小，結(jié)果也是使負(fù)反饋量增加而降低增益。

這臺(tái)正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：頻率范圍20Hz~20kHz，分三個(gè)波段連續(xù)可調(diào)。整機(jī)電路見(jiàn)圖2。用作振蕩器的運(yùn)放，其振蕩頻率最好在運(yùn)放頻率參數(shù)的十分之一較為可靠。這里采用頻帶寬度達(dá)15MHz的單運(yùn)放LM318，有條件的話可用八腳金封的，不過(guò)筆者采用的是雙列直插(DIP)塑封的集成塊。

為了增益穩(wěn)定，采用了12V、60mA的小電珠，其電阻值為12÷0.06=200Ω。根據(jù)前述的起振原理，R1=2R2=400Ω，考慮到調(diào)整余量，R1選用1kΩ的微調(diào)電阻。

振蕩頻率由雙刀五位波段開(kāi)關(guān)(只用三位)分別接入不同倍率的電容分三段粗調(diào)，頻率細(xì)調(diào)用同軸雙連電位器W1調(diào)節(jié)。振蕩器的輸出幅度用電位器W2調(diào)整，再經(jīng)緩沖器分兩路輸出，以隔離振蕩電路和被測(cè)電路，使振蕩頻率不受被測(cè)電路輸入阻抗的影響。緩沖器用單運(yùn)放LF356接成跟隨器。

電源由三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路7815和7915分別提供+15V和-15V電壓供電。

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(shù)字電容表選擇，誤差越小越好。頻率調(diào)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(hào)后綴“X”)。購(gòu)買時(shí)需緩慢旋轉(zhuǎn)電位器軸，測(cè)量各位置的阻值，要求兩連的阻值應(yīng)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(shí)，即可調(diào)試及刻度。首先用示波器測(cè)量發(fā)生器輔出端的波形，在各擋位及W1的各位置，都應(yīng)有完整波形的正弦波輸出，不能有停振點(diǎn)或平頂波形出現(xiàn)，否則應(yīng)微調(diào)R1。在沒(méi)有示波器的場(chǎng)合，可在發(fā)生器輸出端接上5V(或10V)交流電壓表，調(diào)整R1使電壓表剛有指示，然后反方向微調(diào)一點(diǎn)R1，使電壓表在整個(gè)頻率范圍均有指示即可，否則應(yīng)重復(fù)上述步驟。

刻度方法仍采用頻率表和等分圓周圖，逐擋測(cè)量并列出頻率和格數(shù)對(duì)照表，繪出頻率刻度盤。本發(fā)生器的實(shí)測(cè)頻率范圍見(jiàn)附表(實(shí)際制作時(shí)只選擇了中間三擋)，最高輸出電壓5VRMS，失真率在負(fù)載電阻lkΩ、輸出1VRMS、20Hz～20kHz范圍時(shí)為0.25％--0.5％。如需要擴(kuò)大頻率范圍，可自行添加電容器。本電路最高振蕩頻率可達(dá)400kHz，但失真率已達(dá)到3％。