RC正弦波振蕩器的實用制作方法,Sine-wave oscillator

關鍵字：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輸入信號。在下圖中。電路引入正反饋，上面方框為放大電路，下面方框為反饋網絡，反饋極性為正（在圖中，反饋量作為凈輸入量。）

正弦波發生條件：

RC橋式正弦波振蕩電路原理如：

　　下圖所示。由于理論與實際的差別，上圖所示電路圖實踐起來效果并不理想，比如振蕩頻率不高及停振等，尤其是在使用LM324制作振蕩器時波形出現嚴重失真。那么，該如何做出改進呢?

　  二、常見問題及其解決方法
　　1、穩幅。由于Uo與Uf具有良好的線性關系，所以為了穩定輸出電壓的幅度．一般在電路中加入非線性環節。這里．在回路串聯兩個反向并聯的二極管．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制作正弦波振蕩器時無法避免的棘手問題。一個簡單有效的解決辦法是，用一只適當阻值的電阻連接在輸出端與負電源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，嚴重時會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，將波形調到一個最好效果即可。

　　　4、停振現象。在實際制作中，由于元器件本身的質量和精度問題。也會使振蕩器的制作效果大打折扣。在電路中，我們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，雙聯同軸電位器是由兩個電位器組成，通過調節同一個軸達到同步調節兩個電阻值的目的器件。但在實際中，我們發現，雙聯同軸電位器的兩個電阻值并不能時刻保持相等．而是有一個差值，有時候這個差值很大，可達數干歐姆。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。但為節省成本，在實踐中發現，如暴用兩個小電阻分別與雙聯同軸電位器的兩個可變電阻串聯，停振問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。由于LM324的增益帶寬為一定值，查使用手冊知約為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又要有足夠的寬頻帶?這里我們可以使用二級放大器來實現，兩級均采用反相放大器。焊接的元件較少，制作過程相對簡單，需要注意的是，第一，前級放大器的放大倍數一般應小于第二級的放大倍數，否則容易出現上述削波失真。筆者的兩級放大倍數分別設計約為18和48倍．總放大倍數約為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，一般不直接連在放大器上，而是使用一個電位器先調節輸出信號幅值．再與放大器連接。因為放大器的輸入信號過大時，輸出信號也可能會發生削波失真．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單的辦法是使用電壓跟隨器．因為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，這時它的4腳接正電源(這里正電源電壓為+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，從而實現了單電源供電。

　　四、焊接與調試
　　將電路的各個部分連接起來，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20kΩ雙聯同軸電位器．調節放大器的輸入信號幅值，兩個R7完成分壓，使A點電位為+6V。
　　按照下圖焊接好電路后，檢查無誤上電，調節電位器R3的值略大于1k，將R'調到一個較小值，使放大器的輸出無削波失真，從Uo輸出的就是頻率范圍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范圍內任意可調