在调试音频放大器时,通常需要低失真正弦信号发生器。正弦波发生器是非常有必要的,本文的设计和制造可以达到这个目的。
正弦波振荡电路有很多种,但常用的是文氏桥振荡器。图1为其原理示意图。正反馈由运放同相输入端的RC滤波器形成,其谐振频率决定振荡器的振荡频率f=l/2πRC;在运放的反相输入端,由一个电阻形成负反馈,R1/R2的比值决定了振荡波形。在正反馈回路中,当R和C相等时正弦波信号发生器的设计,放大器的增益等于3,电路开始振荡,即R1=2R2。如果R12R2,输出波形的顶部将被压缩为平坦的顶部。因此,对于文氏电桥振荡器,要求增益稳定。常用的稳压方法是用灯泡代替电阻R2,或用负温度系数热敏电阻代替R1。灯泡的使用原理是:电流增大,灯丝电阻变大,负反馈量增大,增益减小。使用负温度系数热敏电阻的原理是:随着电流的增大,热敏电阻的阻值变小,负反馈增大,增益减小。
本正弦波振荡器的设计目标是:频率范围为20Hz~20kHz,三频段连续可调。整机电路如图2所示。对于用作振荡器的运算放大器,其振荡频率最好为运算放大器频率参数的十分之一,这样更可靠。这里可以使用频率带宽为15MHz的单运算放大器LM318。有条件的话可以用八针金封,不过笔者使用的是双列直插式插头(DIP)塑封集成块。
为了稳定增益,使用了一个12V、60mA的小电珠,其阻值是12÷0.06=200Ω。根据上述启动原理,R1=2R2=400Ω,考虑调整余量,R1选用1kΩ微调电阻。
振荡频率由二极五档波段开关(只有三档)接不同倍数的电容分三段粗调,频率由同轴双联电位器W1微调。振荡器的输出幅度由电位器W2调节,再通过缓冲器分成两路输出正弦波信号发生器的设计,隔离振荡电路和被测电路,使振荡频率不受被测电路输入阻抗的影响. 缓冲器作为跟随器与单个运算放大器 LF356 连接。
电源由三端可调稳压集成电路7815和7915分别提供+15V和-15V电压供电。
电路元器件的选择:振荡电容器应选用耐压50V的薄膜电容器。应使用数字电容表选择容量。误差越小越好。调频电位器W1为金属外壳密封的双联电位器,阻值变化特性为线性(型号后缀“X”)。购买时,需要慢慢转动电位器的转轴,测量各位置的电阻值。要求两个连线的电阻值要基本一致。如果某个位置的电阻值相差很大,则不能使用。
电路组装好后,通电几个小时就可以进行调试和校准了。首先用示波器测量发生器辅助输出的波形。W1各档位各位置应有波形完整的正弦波输出,不能有停点和平顶波形,否则应微调R1。如果没有示波器,可在发生器输出端接一个5V(或10V)的交流电压表,调节R1使电压表刚好有指示,再反方向微调R1,使电压表在整个频率范围内都有指示。是的,否则要重复上面的步骤。
刻度法仍采用频率表和等圆图,逐级测量列出频率和格数对照表,画出频率刻度盘。本发生器实测频率范围见附表(实际生产时只选择了中间三档),最大输出电压为5VRMS,负载阻值时失真率为0.25%--0.5%为lkΩ,输出为1VRMS,范围为20Hz至20kHz。如果需要扩大频率范围,可以自己加电容。该电路的最高振荡频率达到了,但失真率达到了3%。