RC正弦波振荡器的实用制作方法
RC正弦波振荡器的实用制作方法,Sine-wave oscillator
关键字：正弦波振荡电路图
一、振荡器组成
振荡电路主要由基本放大电路、选频网络及正反馈网络三部分组成，其中基本放大电路是使电路获得一定幅值的输出量：选频网络是确定电路的振荡频率．保证电路产生正弦波振荡；正反馈网络的作用是在振荡电路中．当没有输入信号的情况下．引入正反馈信号作为输入信号。在下图中。电路引入正反馈，上面方框为放大电路，下面方框为反馈网络，反馈极性为正（在图中，反馈量作为净输入量。）
振荡电路主要由基本放大电路、选频网络及正反馈网络三部分组成，其中基本放大电路是使电路获得一定幅值的输出量：选频网络是确定电路的振荡频率．保证电路产生正弦波振荡；正反馈网络的作用是在振荡电路中．当没有输入信号的情况下．引入正反馈信号作为输入信号。在下图中。电路引入正反馈，上面方框为放大电路，下面方框为反馈网络，反馈极性为正（在图中，反馈量作为净输入量。）
正弦波发生条件：
RC桥式正弦波振荡电路原理如：
下图所示。由于理论与实际的差别，上图所示电路图实践起来效果并不理想，比如振荡频率不高及停振等，尤其是在使用LM324制作振荡器时波形出现严重失真。那么，该如何做出改进呢?
二、常见问题及其解决方法
1、稳幅。由于Uo与Uf具有良好的线性关系，所以为了稳定输出电压的幅度．一般在电路中加入非线性环节。这里．在回路串联两个反向并联的二极管．利用电流增大时二极管动态电阻减少的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。
2、“刺突状”失真，波形如图4所示。这种失真是在使用集成运放LM324制作正弦波振荡器时无法避免的棘手问题。一个简单有效的解决办法是，用一只适当阻值的电阻连接在输出端与负电源Vee之间，这样可以改善输出端波形的失真．而且随着频率的改变信号的幅度基本稳定。
3、削波失真，波形如下图所示。该种失真的明显特点是波形顶部变得平直，波形的幅度很大，接近电源电压。造成这种失真的原因．大多是反馈电阻值过大，使电路的增益过大，致使输出电压峰值太大，严重时会随着反馈电阻值的增大。输出波形将变得极像方波。解决这种失真的方法：减小反馈网络的总电阻。而过分地减小又将使电路不能起振，因此它的大小非常关键，在不确定电阻值大小的情况下．可先使用电位器代替．通过细调电位器，将波形调到一个最好效果即可。
1、稳幅。由于Uo与Uf具有良好的线性关系，所以为了稳定输出电压的幅度．一般在电路中加入非线性环节。这里．在回路串联两个反向并联的二极管．利用电流增大时二极管动态电阻减少的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。
2、“刺突状”失真，波形如图4所示。这种失真是在使用集成运放LM324制作正弦波振荡器时无法避免的棘手问题。一个简单有效的解决办法是，用一只适当阻值的电阻连接在输出端与负电源Vee之间，这样可以改善输出端波形的失真．而且随着频率的改变信号的幅度基本稳定。
3、削波失真，波形如下图所示。该种失真的明显特点是波形顶部变得平直，波形的幅度很大，接近电源电压。造成这种失真的原因．大多是反馈电阻值过大，使电路的增益过大，致使输出电压峰值太大，严重时会随着反馈电阻值的增大。输出波形将变得极像方波。解决这种失真的方法：减小反馈网络的总电阻。而过分地减小又将使电路不能起振，因此它的大小非常关键，在不确定电阻值大小的情况下．可先使用电位器代替．通过细调电位器，将波形调到一个最好效果即可。
4、停振现象。在实际制作中，由于元器件本身的质量和精度问题。也会使振荡器的制作效果大打折扣。在电路中，我们需要调节同轴双联电位器来改变输出正弦波的频率。顾名思义，双联同轴电位器是由两个电位器组成，通过调节同一个轴达到同步调节两个电阻值的目的器件。但在实际中，我们发现，双联同轴电位器的两个电阻值并不能时刻保持相等．而是有一个差值，有时候这个差值很大，可达数干欧姆。差值的存在造成了振荡器在高频时出现停振现象．也就是说，振荡器的输出信号不能达到较高的频率。在这种情况下，
当然可以更换精度和质量更好的双联同轴电位器来解决。但为节省成本，在实践中发现，如暴用两个小电阻分别与双联同轴电位器的两个可变电阻串联，停振问题即可得到很好的解决，从而使得振荡器的频率得到显着提高!
经过对原理图的改进，得到如下图所示振荡器电路。可自行将其与上图进行比较，就可以看出变化。
经过对原理图的改进，得到如下图所示振荡器电路。可自行将其与上图进行比较，就可以看出变化。
三、电路的改进
1、提高输出电压幅度。这部分电路如下图虚线框所示。由于LM324的增益带宽为一定值，查使用手册知约为1．5MHz。因此，如果要提高增益则带宽将减小。那么，怎样才能做到既要有较高放大倍数又要有足够的宽频带?这里我们可以使用二级放大器来实现，两级均采用反相放大器。焊接的元件较少，制作过程相对简单，需要注意的是，第一，前级放大器的放大倍数一般应小于第二级的放大倍数，否则容易出现上述削波失真。笔者的两级放大倍数分别设计约为18和48倍．总放大倍数约为864倍。第二．输入电阻的选择要恰当。既不能太小(几十欧姆)，也不能太大(几兆欧姆)．一般选择方法是输入电阻和反馈电阻之和为几十千欧姆或几百千欧姆。第三．各级运算放大器之间最好使用一个大电容器，一般为电解电容器．其作用是隔直和耦合。此外，在图6所示振荡电路输出信号，一般不直接连在放大器上，而是使用一个电位器先调节输出信号幅值．再与放大器连接。因为放大器的输入信号过大时，输出信号也可能会发生削波失真．具体连接方法可参照下图所示中的R'。
2、提高带负载能力。由于LM324输出电流有限，一般仅为几十毫安。在电流一定的情况下。为了提高电路的输出功率，一种有效的做法是减小电路的输出阻抗。要减小输出阻抗一种简单的办法是使用电压跟随器．因为电压跟随器的特点是输入阻抗很大，输出阻抗很小，可以起到阻抗变换及隔离作用。而用LM324制作电压跟随器非常容易。
3、使用单电源供电。LM324一般采用双电源供电，这时它的4脚接正电源(这里正电源电压为+12V)。11脚接负电源Vee(-12V)。
若要改用单电源．原则是：电路原来接正电源的地方仍旧接正电源．原来接地的地方改接1／2VCC．原来接负电源的地方改接地。以该电路为例，LM324的4脚仍接+12V，11脚则接地，电路中原来接地的地方全部改接+6V，其中+6v可通过+12V分压得到。这样就省去了负电源，从而实现了单电源供电。
1、提高输出电压幅度。这部分电路如下图虚线框所示。由于LM324的增益带宽为一定值，查使用手册知约为1．5MHz。因此，如果要提高增益则带宽将减小。那么，怎样才能做到既要有较高放大倍数又要有足够的宽频带?这里我们可以使用二级放大器来实现，两级均采用反相放大器。焊接的元件较少，制作过程相对简单，需要注意的是，第一，前级放大器的放大倍数一般应小于第二级的放大倍数，否则容易出现上述削波失真。笔者的两级放大倍数分别设计约为18和48倍．总放大倍数约为864倍。第二．输入电阻的选择要恰当。既不能太小(几十欧姆)，也不能太大(几兆欧姆)．一般选择方法是输入电阻和反馈电阻之和为几十千欧姆或几百千欧姆。第三．各级运算放大器之间最好使用一个大电容器，一般为电解电容器．其作用是隔直和耦合。此外，在图6所示振荡电路输出信号，一般不直接连在放大器上，而是使用一个电位器先调节输出信号幅值．再与放大器连接。因为放大器的输入信号过大时，输出信号也可能会发生削波失真．具体连接方法可参照下图所示中的R'。
2、提高带负载能力。由于LM324输出电流有限，一般仅为几十毫安。在电流一定的情况下。为了提高电路的输出功率，一种有效的做法是减小电路的输出阻抗。要减小输出阻抗一种简单的办法是使用电压跟随器．因为电压跟随器的特点是输入阻抗很大，输出阻抗很小，可以起到阻抗变换及隔离作用。而用LM324制作电压跟随器非常容易。
3、使用单电源供电。LM324一般采用双电源供电，这时它的4脚接正电源(这里正电源电压为+12V)。11脚接负电源Vee(-12V)。
若要改用单电源．原则是：电路原来接正电源的地方仍旧接正电源．原来接地的地方改接1／2VCC．原来接负电源的地方改接地。以该电路为例，LM324的4脚仍接+12V，11脚则接地，电路中原来接地的地方全部改接+6V，其中+6v可通过+12V分压得到。这样就省去了负电源，从而实现了单电源供电。
四、焊接与调试
将电路的各个部分连接起来，得到最终的完整电路图，如下图所示，电路中标出了各元器件的参数值。
下图中R为20kΩ双联同轴电位器．调节放大器的输入信号幅值，两个R7完成分压，使A点电位为+6V。
按照下图焊接好电路后，检查无误上电，调节电位器R3的值略大于1k，将R'调到一个较小值，使放大器的输出无削波失真，从Uo输出的就是频率范围362Hz～102kHz的正弦波，波形无失真和停振现象，幅度基本稳定：放大倍数约700倍，调节电位器R14可使输出电压幅度在OV～5V范围内任意可调
将电路的各个部分连接起来，得到最终的完整电路图，如下图所示，电路中标出了各元器件的参数值。
下图中R为20kΩ双联同轴电位器．调节放大器的输入信号幅值，两个R7完成分压，使A点电位为+6V。
按照下图焊接好电路后，检查无误上电，调节电位器R3的值略大于1k，将R'调到一个较小值，使放大器的输出无削波失真，从Uo输出的就是频率范围362Hz～102kHz的正弦波，波形无失真和停振现象，幅度基本稳定：放大倍数约700倍，调节电位器R14可使输出电压幅度在OV～5V范围内任意可调
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