RC正弦波振蕩器的實用製作方法,Sine-wave oscillator

關(guan) 鍵字：正弦波振蕩電路圖

一、振蕩器組成　　
　　振蕩電路主要由基本放大電路、選頻網絡及正反饋網絡三部分組成，其中基本放大電路是使電路獲得一定幅值的輸出量：選頻網絡是確定電路的振蕩頻率．保證電路產(chan) 生正弦波振蕩；正反饋網絡的作用是在振蕩電路中．當沒有輸入信號的情況下．引入正反饋信號作為(wei) 輸入信號。在下圖中。電路引入正反饋，上麵方框為(wei) 放大電路，下麵方框為(wei) 反饋網絡，反饋極性為(wei) 正（在圖中，反饋量作為(wei) 淨輸入量。）

正弦波發生條件：

RC橋式正弦波振蕩電路原理如：

　　下圖所示。由於(yu) 理論與(yu) 實際的差別，上圖所示電路圖實踐起來效果並不理想，比如振蕩頻率不高及停振等，尤其是在使用LM324製作振蕩器時波形出現嚴(yan) 重失真。那麽(me) ，該如何做出改進呢?

　  二、常見問題及其解決(jue) 方法
　　1、穩幅。由於(yu) Uo與(yu) Uf具有良好的線性關(guan) 係，所以為(wei) 了穩定輸出電壓的幅度．一般在電路中加入非線性環節。這裏．在回路串聯兩(liang) 個(ge) 反向並聯的二極管．利用電流增大時二極管動態電阻減少的特點，加入非線性環節，從(cong) 而使輸出電壓穩定。
　　2、“刺突狀”失真，波形如圖4所示。這種失真是在使用集成運放LM324製作正弦波振蕩器時無法避免的棘手問題。一個(ge) 簡單有效的解決(jue) 辦法是，用一隻適當阻值的電阻連接在輸出端與(yu) 負電源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的幅度基本穩定。
　　3、削波失真，波形如下圖所示。該種失真的明顯特點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大，使電路的增益過大，致使輸出電壓峰值太大，嚴(yan) 重時會(hui) 隨著反饋電阻值的增大。輸出波形將變得極像方波。解決(jue) 這種失真的方法：減小反饋網絡的總電阻。而過分地減小又將使電路不能起振，因此它的大小非常關(guan) 鍵，在不確定電阻值大小的情況下．可先使用電位器代替．通過細調電位器，將波形調到一個(ge) 最好效果即可。

　　　4、停振現象。在實際製作中，由於(yu) 元器件本身的質量和精度問題。也會(hui) 使振蕩器的製作效果大打折扣。在電路中，我們(men) 需要調節同軸雙聯電位器來改變輸出正弦波的頻率。顧名思義(yi) ，雙聯同軸電位器是由兩(liang) 個(ge) 電位器組成，通過調節同一個(ge) 軸達到同步調節兩(liang) 個(ge) 電阻值的目的器件。但在實際中，我們(men) 發現，雙聯同軸電位器的兩(liang) 個(ge) 電阻值並不能時刻保持相等．而是有一個(ge) 差值，有時候這個(ge) 差值很大，可達數幹歐姆。差值的存在造成了振蕩器在高頻時出現停振現象．也就是說，振蕩器的輸出信號不能達到較高的頻率。在這種情況下，

　　當然可以更換精度和質量更好的雙聯同軸電位器來解決(jue) 。但為(wei) 節省成本，在實踐中發現，如暴用兩(liang) 個(ge) 小電阻分別與(yu) 雙聯同軸電位器的兩(liang) 個(ge) 可變電阻串聯，停振問題即可得到很好的解決(jue) ，從(cong) 而使得振蕩器的頻率得到顯著提高!
　　經過對原理圖的改進，得到如下圖所示振蕩器電路。可自行將其與(yu) 上圖進行比較，就可以看出變化。

三、電路的改進
　　1、提高輸出電壓幅度。這部分電路如下圖虛線框所示。由於(yu) LM324的增益帶寬為(wei) 一定值，查使用手冊(ce) 知約為(wei) 1．5MHz。因此，如果要提高增益則帶寬將減小。那麽(me) ，怎樣才能做到既要有較高放大倍數又要有足夠的寬頻帶?這裏我們(men) 可以使用二級放大器來實現，兩(liang) 級均采用反相放大器。焊接的元件較少，製作過程相對簡單，需要注意的是，第一，前級放大器的放大倍數一般應小於(yu) 第二級的放大倍數，否則容易出現上述削波失真。筆者的兩(liang) 級放大倍數分別設計約為(wei) 18和48倍．總放大倍數約為(wei) 864倍。第二．輸入電阻的選擇要恰當。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(wei) 幾十千歐姆或幾百千歐姆。第三．各級運算放大器之間最好使用一個(ge) 大電容器，一般為(wei) 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，一般不直接連在放大器上，而是使用一個(ge) 電位器先調節輸出信號幅值．再與(yu) 放大器連接。因為(wei) 放大器的輸入信號過大時，輸出信號也可能會(hui) 發生削波失真．具體(ti) 連接方法可參照下圖所示中的R'。
　　2、提高帶負載能力。由於(yu) LM324輸出電流有限，一般僅(jin) 為(wei) 幾十毫安。在電流一定的情況下。為(wei) 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單的辦法是使用電壓跟隨器．因為(wei) 電壓跟隨器的特點是輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，可以起到阻抗變換及隔離作用。而用LM324製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，這時它的4腳接正電源(這裏正電源電壓為(wei) +12V)。11腳接負電源Vee(-12V)。
　　若要改用單電源．原則是：電路原來接正電源的地方仍舊接正電源．原來接地的地方改接1／2VCC．原來接負電源的地方改接地。以該電路為(wei) 例，LM324的4腳仍接+12V，11腳則接地，電路中原來接地的地方全部改接+6V，其中+6v可通過+12V分壓得到。這樣就省去了負電源，從(cong) 而實現了單電源供電。

　　四、焊接與(yu) 調試
　　將電路的各個(ge) 部分連接起來，得到最終的完整電路圖，如下圖所示，電路中標出了各元器件的參數值。
　　下圖中R為(wei) 20kΩ雙聯同軸電位器．調節放大器的輸入信號幅值，兩(liang) 個(ge) R7完成分壓，使A點電位為(wei) +6V。
　　按照下圖焊接好電路後，檢查無誤上電，調節電位器R3的值略大於(yu) 1k，將R'調到一個(ge) 較小值，使放大器的輸出無削波失真，從(cong) Uo輸出的就是頻率範圍362Hz～102kHz的正弦波，波形無失真和停振現象，幅度基本穩定：放大倍數約700倍，調節電位器R14可使輸出電壓幅度在OV～5V範圍內(nei) 任意可調