專利名稱:阻容網(wǎng)絡(luò)壓控正弦波振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及RC壓控正弦波振蕩器。
在現(xiàn)有技術(shù)中,為數(shù)甚少的RC壓控正弦波振蕩器集成電路XR2206,ICL8038采用積分-觸發(fā)型,其不足之處是頻率變化大時需要調(diào)節(jié)以減小波形失真,此種由三角波變成的正弦波象一個圓頂三角波,變換技術(shù)尚不完美。德國專利DE3711671描述了一種全通振蕩器,即寬頻振蕩器,使用了多只運(yùn)算放大器,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。日本專利JP08274636描述了一種用于頻率合成的RC壓控正弦波振蕩器,其不足之處是作為頻率控制的元器件是一只場效應(yīng)管,僅在后級移相電路中使用了,而在前級移相電路中沒有用、或者因電位匹配有困難而沒法用。實驗表明,此種結(jié)構(gòu)當(dāng)頻率變化大時波形失真明顯。
本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在失真問題特別是寬頻失真問題,提供一種結(jié)構(gòu)簡單成本低的寬頻低失真RC壓控正弦波振蕩器,可作為電子實驗的信號源和教學(xué)用具。
本實用新型的技術(shù)方案的特征是控制頻率的元器件是可以同步調(diào)控的光敏電阻,控制電壓是通過光耦驅(qū)動器照射光敏電阻,沒有電路上的連接,不存在控制元器件因所處位置不同,即電位不同而引起的電位匹配問題;與反饋電阻并聯(lián)的是一個作為自動增益控制的非線性電阻網(wǎng)絡(luò),它由電阻R9、穩(wěn)壓二極管DZ1和連接成橋式整流電路的四個引導(dǎo)二極管D1~D4所組成、引導(dǎo)二極管的作用是當(dāng)振蕩極性改變時穩(wěn)壓二極管兩端電壓極性也自動改變,穩(wěn)壓二極管的作用是利用其“擊穿”電壓附近電阻劇變達(dá)到自動穩(wěn)定振蕩幅度,電阻R9的作用是控制幅度不致失真,與反饋電阻R6、P1并聯(lián)的還有一個幾微微法的小電容C4,抑制運(yùn)算放大器在高頻出現(xiàn)峰值響應(yīng);除了正弦振蕩輸出外,它經(jīng)過正箝位電路C5、D5、R10和由兩個反相器I1、I2,電阻R11,R12組成的斯密特觸發(fā)器也輸出對稱方波,經(jīng)此模數(shù)轉(zhuǎn)換器便能與數(shù)字集成電路直接連接,實現(xiàn)與外來信號相位同步,例如V3。
本實用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果即使頻率變化很寬,其輸出波形失真也很小,而且成本低廉,體積小重量輕,也很實用,它能與直流控制電壓連接成為寬頻正弦波信號發(fā)生器;它也可作為掃頻和調(diào)頻(FM)信號發(fā)生器;它還能與數(shù)字集成電路直接連接組成頻率合成器,用途廣泛。
附圖的圖面說明如下
圖1是RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)壓控正弦波振蕩器電路圖。
圖2是RC互補(bǔ)移相壓控正弦波振蕩器電路圖。
圖3是正弦波穩(wěn)幅器電路圖。圖4是對稱方波變正弦波變換器電路圖。圖5是正弦波頻率合成器電路圖。圖6是掃頻和調(diào)頻信號發(fā)生器電路圖,圖6中的II代表圖2全部電路。各電路圖之間的連接關(guān)系圖3的輸入電壓端V3是與圖1或圖2的輸出電壓端V3相連接的。圖4、圖5中的I代表圖1全部電路。圖2b、2c是可以取代圖1b的另一種電路結(jié)構(gòu),即II可以取代I
以下結(jié)合附圖和實施例作進(jìn)一步說明實施例一RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)壓控正弦波振蕩器(圖1),由光耦驅(qū)動器1a、正弦波振蕩器1b和模數(shù)轉(zhuǎn)換器1c所組成。光耦驅(qū)動器1a山輸入耦合電路R1、R2、R3、C1,輸入阻抗高電壓增益為1的運(yùn)算放大器OP1、負(fù)載限流電阻R4、R14和發(fā)光二極管LED1、LED2所組成。發(fā)光二極管可以用1只共用或多只分用(圖1a,圖2a,圖3a中的光耦驅(qū)動器相同),ZD1為輸出指示燈,R13為其限流電阻。運(yùn)算放大器OP2的反相輸入端,經(jīng)反饋電阻R6、電位器P1與輸出端連接,經(jīng)接地電阻R5與地連接,形成增益(幅度)控制支路;同相輸入端,經(jīng)R8C3串聯(lián)電路與輸出端連接、經(jīng)R7C2并聯(lián)電路與地連接,形成相位控制支路。
正弦波振蕩器1b是RC串并聯(lián)網(wǎng)路正弦波振蕩器,也稱文氏電橋振蕩器(WienBridge Osciilator),雖然用得廣,但本實用新型與常用的不同之點(diǎn)在于控制振蕩頻率的是可以同步調(diào)控的光敏電阻,一個與反饋電阻R6、P1相并聯(lián)的是前述非線性電阻網(wǎng)絡(luò)和小電容C4。為更好了解此電路性質(zhì),將1b中的開關(guān)K1與V5接通即成放大器、并假定振蕩幅度小到不能使穩(wěn)壓管DZ1導(dǎo)通,即前述非線性電阻為無窮大,C4很小也可忽略不計,電位器P1阻值為零,傳遞函數(shù)A3/5可由下式表達(dá)A3/5=V3V5=(1+R6R5)/[1+R8R7+C2C3+J(ωC3R8-1ωC2R7)]----(1)]]>選取C2=C3=C,R7=R8=R,A3/5=1+j0(2)由(1)(2)有
或
A3/5=1+j0表示放大器的增益為1,相位移為零,即輸出電壓V3是輸入電壓V5的復(fù)現(xiàn),因此將K1與V3接通,便能產(chǎn)生正弦振蕩,然而這是一個不穩(wěn)狀態(tài),因此要調(diào)節(jié)電位器P1,使增益略大于1、并用前述非線性電阻來自動穩(wěn)定振幅,達(dá)到寬頻而失真很低。將K1與V5連接便是一個選頻放大器,當(dāng)ω=1/RC,增益達(dá)最大值(1+R6/R5)/3,并且沒有相移。顯然,其選擇性能不佳,因為截止點(diǎn)在ω0=0和∞處。
將發(fā)光二極管和光敏電阻各一只,面對面地裝入緊配的塑料管內(nèi),管外用黑膠布密封形成暗室,自制的簡易光耦合器即告完成測得已配對的光耦合器在輸入發(fā)光二極管的電流為7.5mA時,電阻R7、R8分別為1.5KΩ及1.6KΩ,暗電阻為20MΩ,由(3)算出f0=20KHZ時,C2=C3=0.005μF,取0.0047μF,選取電源為±5V,P1為2.2KΩ可調(diào)(控制幅度),R6=4.7KΩ,R5=2.4KΩ,測量結(jié)果表明,在輸入端V1加上0-+5V,在輸出端V3輸出14HZ,5.8Vpp-17000HZ,5.2Vpp雙極性正弦波和輸出端V6輸出正極性同頻對稱方波。
RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)壓控正弦波振蕩器(圖1)可轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎囟嘀C振蕩器,只須將開關(guān)K2斷路(C2=0),V3將輸出方波,其頻率取決于分壓比R6/R5和時間常數(shù)(R7+R8)C3。實驗表明在10HZ-20KHZ內(nèi),方波頻率是正弦波頻率的2倍左右,輸出幅度約8V。
正弦波穩(wěn)幅器(圖3)由反相運(yùn)算放大器OP5,整流濾波電路D6、R16、C6和光耦驅(qū)動器3a所組成,其反饋電阻R17是一個光敏電阻,連接在OP5反相輸入端與輸出端之間,通過光耦負(fù)反饋使輸入電壓V3達(dá)到穩(wěn)幅目的,OP5的增益為R17/R18。
輸入電壓V3幅頻響應(yīng)為16HZ,3.6Vpp-1500HZ,6.2Vpp及2500HZ,3.4Vpp-30000HZ,1.5Vpp,現(xiàn)要求將其幅頻響變?yōu)楸容^平擔(dān)。利用穩(wěn)幅器(圖3),并選取R18=10KΩ,R16=1MΩ,C6=0.47μF,D=4/48。實測結(jié)果表明,穩(wěn)幅器輸出電壓V7(AS〕為16HZ,6.5Vpp-1500HZ,6.4Vpp及2500HZ,6.4Vpp-30000HZ,6.8Vpp,即輸入幅度變化400%而輸出幅度只變化6%。實驗表明V3(圖1)輸出為10Hz,5.7Vpp-16KHz,6.6Vpp,對普通要求而言可以不加正弦波穩(wěn)幅器。
實施例二它與實施例一的不同之點(diǎn)在于它由圖2b,2c的電路取代圖1b的電路,也就是說它用1a、2b、2c和1c組成RC互補(bǔ)移相壓控正弦波振蕩器(圖2),它能同時輸出正弦波V3和余弦波V4,其中超前移相電路2b與滯后移相電路2c串聯(lián)成環(huán)路并產(chǎn)生振蕩。超前移相電路由運(yùn)算收大器OP3,R33,R34,R35,C11組成,反相輸入端經(jīng)R34接輸出端,經(jīng)R33接輸入端,同相輸入端經(jīng)C11接輸入端,經(jīng)R35接地;滯后移相電路由運(yùn)算放大器OP4,R36,R37,P2,R38,C12組成,反相輸入端經(jīng)R37,P2接輸出端,經(jīng)R36接本級輸入端,同相輸入端經(jīng)R38接本級輸入端,經(jīng)C12接地,其特征在于控制頻率的電阻R35,R38是光敏電阻,以及與反饋電阻R37,P2相并聯(lián)的是前述非線性電阻網(wǎng)絡(luò)(R39、D7~D10,DZ2)和小電容C13。當(dāng)開關(guān)K3與外來電壓V5連接便成為放大器,并假定電位器P2電阻為零,非線性電阻為無窮大,小電容C13忽略不計,由上圖可算出A4/5=V4V5=-R34R33+(1+R34R33)jωR35C11/(1+jωR35C11)----(4)]]>A3/4=V3VA=-R37R36+(1+R37R36)/(1+jωR36C12)]]>作為選頻放大器,應(yīng)選取R33=R36=Ri,R34=R37=RF,R33=R38=R,C11=C12=Cω=ω0=1RC----(6)]]>由(4)(5)(6)有
缺點(diǎn)是選擇性能不佳。
作為互補(bǔ)移相電路應(yīng)取R33=R34=R36=R37=RF,R35=R38=R,C11=C12=C (8)由(4)(5)(8)有A4/5=-(1-jωRC)/(1+jωRC)=|A4/5|cjφ4/5]]>A3/4=(1-jωRC)/(1+jωRC)=|A3/4|cjφ3/4]]>|A4/5|=(1+ω2R2C2)/(1+ω2R2C2)=1 Φ1/5=tg-1[-2ωRC/(1-ω2R2C2)](9)|A3/4|=(1+ω2R2C2)/(1+ω2R2C2)=1 Φ3/4=tg-1[-2ωRC/(1+ω2R2C2)](10)作為正弦波振蕩器,應(yīng)使互補(bǔ)總增益為1,互補(bǔ)總相位移為零,即A4/5×A3/4=A3/5=1+j0或|A3/5|=1,Φ3/5=0° (11)由(9)(10)(11)有
A4/5=j(luò)|A4/5|=1 Φ4/5=+90°(13)A3/4=-j |A3/4|=1 Φ3/4=-90°(14)因為輸出是輸入的復(fù)現(xiàn),故將開關(guān)K3與V3連接并形成反饋環(huán)路,便能自行產(chǎn)生正弦振蕩。
取x=V3=asinω0t y=asin(ω0t+90°)=bcosω0t=V4(xa)2+(yb)2=1----(15)]]>因此V4、V3的的李沙育圖形是圓或橢圓(示波器x軸和y軸靈敏度不相等)。
用3個超前(或滯后)移相電路串聯(lián)成環(huán)路、每個移相120°,便構(gòu)成3相(n=3)壓控正弦波振蕩器,由(9)得振蕩頻率ω。n=3,ω0=13RC;n=4,ω0=1RC----(16)]]>按此方法還可組成壓控多相正弦波振蕩器。
實施例三見圖4,它由圖1所示的RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)壓控正弦波振蕩器、數(shù)字相位比較器PD和低通濾波器LPF組成,它是一個對稱方波變正弦波變換器,圖4中I代表圖1全部電路。實驗表明,當(dāng)環(huán)路鎖定后,輸出正弦波V3的相位便與輸入對稱方波V8的相位同步,在跟蹤范圍內(nèi),當(dāng)V8頻率改變,V3的頻率也自動跟著變,直到相等,這比常用的濾波器方法要經(jīng)濟(jì)方便很多。
實施例四圖5是頻率合成器,它由圖1所示的RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)壓控正弦波振蕩器、程序分頻器÷2N、數(shù)字相位比較器PD、低通濾波器LPF、晶體振蕩器OSC及其分頻器÷2R所組成??刂苾煞诸l器的分頻數(shù),輸出端V3輸出頻率為任何整數(shù)的正弦波,其頻率穩(wěn)定度和晶體振蕩器一樣高,電路則因使用了數(shù)字鎖相環(huán)而大為簡化,壓控正弦波振蕩器輸入端V1與低通濾波器LPF輸出端連接而形成鎖相環(huán)路,當(dāng)環(huán)路鎖定后,輸出端V3的頻率為f0=N(fq/R),fq為晶體振蕩器頻率。
實施例五在使用時要加一個附屬裝置,即多波形發(fā)生器MWG(正弦波、三角波、方波發(fā)生器)和一個0~+5V的直流電壓(如圖6所示),作為控制電壓(V1、V2)。當(dāng)開關(guān)K5與V1接通,控制電壓為慢掃三角波,V3輸出音頻范圍(14Hz-17000Hz)自動掃頻正弦波;當(dāng)開關(guān)K4與V1接通,V3輸出寬頻低失真正弦波,其頻率由電位器P3調(diào)節(jié),R20則為限流保護(hù)電阻;當(dāng)開關(guān)K4與V1接通,K5與V2接通并送入正弦波信號時,V3輸出調(diào)頻信號;當(dāng)開關(guān)K5與V5接通并送入正弦波信號,同時K3與V5接通(圖2b),V3輸出的是V5的放大信號。在圖6中,V3、V4、V6分別輸出同頻率的正弦波,余弦波和正極性對稱方波。
上述實施例一~實施例五的電路均可采取集成化的方法,制成集成電路芯片。
權(quán)利要求1.一種RC互補(bǔ)移相壓控正弦波振蕩器由光耦驅(qū)動器(2a)、超前移相電路(2b)、滯后移相電路(2c)所組成;光耦驅(qū)動器(2a)由控制電壓(V1、V2)、輸入耦合電路的電阻R1、R2、R3和電容C1、輸入阻抗高電壓增益為1的運(yùn)算放大器OP1、發(fā)光二極管LED1、LED2及其限流電阻R4、R14所組成,發(fā)光二極管可以一只共用或多只分用;超前移相電路由運(yùn)算放大器OP3、電阻R33、R34、R35和電容C11組成;運(yùn)算放大器OP3,從反相輸入端經(jīng)電阻R34接輸出端,經(jīng)電阻R33接輸入端,同相輸入端經(jīng)C11接輸入端,經(jīng)電阻R35接地,滯后移相電路由運(yùn)算放大器OP4、電阻R36、R37、R38、電位器P2、電容C12組成;運(yùn)算放大器OP4從反相輸入端經(jīng)電阻R37,電位器P2接輸出端,經(jīng)電阻R36接本級輸入端,同相輸入端經(jīng)電阻R38接本級輸入端,經(jīng)電容C12接地,其特征在于所述超前移相電路與所述滯后移相電路串聯(lián),并且后者的輸出端與前者的輸入端直接連接形成環(huán)路而產(chǎn)生正弦波振蕩,控制振蕩頻率的元器件是可以同步調(diào)控的光敏電阻R35、R38;自動穩(wěn)定振蕩幅度的是一個連接在運(yùn)算放大器OP4反相輸入端與輸出端之間的非線性電阻網(wǎng)絡(luò),它由電阻R39、穩(wěn)壓二極管DZ2、連接成橋式整流電路的四個二極管D7~D10所組成;運(yùn)算放大器OP4輸出端V3輸出正弦波,同時運(yùn)算放大器OP3輸出端V4輸出余弦波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述RC互補(bǔ)移相壓控正弦波振蕩器,其特征在于還要與正弦波穩(wěn)幅器相連接,所述壓控正弦波振蕩器輸出端電壓V3通過它之后,在很寬頻率范圍內(nèi),其幅頻響應(yīng)將變得更加平坦,正弦波穩(wěn)幅器由光耦驅(qū)動器(3a)、反相運(yùn)算放大器OP5及其整流濾波電路(3b)所組成,反饋電阻R17是一個光敏電阻,它連接在運(yùn)算放大器OP5反相輸入端與輸出端之間,輸出電壓V7經(jīng)二極管D6整流、經(jīng)電阻R16、電容C6濾波電路后,通過光耦負(fù)反饋實現(xiàn)穩(wěn)幅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述RC互補(bǔ)移相壓控正弦波振蕩器,其特征在于還要與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2d)、數(shù)字相位比較器PD、低通濾波器LPF相連接,組成對稱方波(V8)變成同頻同相正弦波(V3)變換器,低通濾波器LPF輸出端與壓控振蕩器控制電壓輸入端(V1)相連接而形成鎖相環(huán)路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述RC互補(bǔ)移相壓控正弦波振蕩器,其特征在于還要與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2d)、程序分頻器÷2N、數(shù)字相位比較器PD、低通濾波器LPF、晶體振蕩器OSC及其分頻器÷2R相連接,組成正弦波頻率合成器,控制兩分頻器分頻數(shù),輸出端V3將輸出頻率為任何整數(shù)的正弦波,其頻率穩(wěn)定度和晶體振蕩器一樣高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述RC互補(bǔ)移相壓控正弦波振蕩器,其特征在于所述壓控正弦波振蕩器控制電壓輸入端V1與一個0~+5V直流電壓連接,組成寬頻正弦波信號發(fā)生器,其頻率由電位器P3調(diào)控,頻率上限取決于所用運(yùn)算放大器的擺動速率和電路的分布電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述RC互補(bǔ)移相壓控正弦波振蕩器,其特征在于所述壓控正弦波振蕩器與一個能產(chǎn)生正弦波、三角波、方波的多波形發(fā)生器MWG相連接,組成掃頻和調(diào)頻信號發(fā)生器,當(dāng)多波形發(fā)生器輸出慢掃三角波,經(jīng)開關(guān)K5送入控制電壓輸入端V1時,輸出端V3將輸出掃頻正弦波當(dāng)多波形發(fā)生器輸出正弦波,經(jīng)開關(guān)K5送入控制電壓輸入端V2,同時直流控制電壓經(jīng)開K4送入控制電壓輸入端V1,輸出端V3將輸出調(diào)頻信號。
專利摘要一種阻容網(wǎng)絡(luò)壓控正弦波振蕩器,穩(wěn)定振蕩幅度的是一個由穩(wěn)壓二極管和橋式整流電路組成的非線性電阻網(wǎng)絡(luò);控制振蕩頻率的是兩個可同步調(diào)控的光敏電阻,由此可組成RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)壓控正弦波振蕩器、RC互補(bǔ)移相壓控正弦波振蕩器,前者可方便地轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎囟嘀C振蕩器并輸出方波,后者可同時輸出正弦波和余弦波。它可作為寬頻低失真信號源、掃頻儀,也可與數(shù)字集成電路直接連接,實現(xiàn)與外來信號的相位同步,或組成正弦波頻率合成器。
文檔編號H03L7/00GK2376142SQ9920003
公開日2000年4月26日 申請日期1999年1月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月4日
發(fā)明者向明 申請人:向明