音频信号(正弦波)发生器电路

出处:维库电子市场网时间:2023-02-03
    有一个“喜欢的”电路用于制作音频振荡器维恩电桥。它是一座桥,即具有四个“腿”的电路。下面的电路显示了基本思想。
   

    Rx、2Rx 反馈分频器在运算放大器中建立增益 3。正反馈是通过 Wien 网络、R 和 C(每个两个)。该网络的特征是网络的输出(在运算放大器的 +ve 输入端)在频率 Fo 处具有值,如图所示。如果电阻器/电容器以某种简单的比率相互关联,则任何网络的数学分析都会趋于简化:对于 Wien 网络,如果两个电阻器相等且两个电容器相等,则数学结果!因此,Fo 的简单公式。
    因此,对于 1kHz,将 1000 放入公式中代替 Fo,为 R 选择一个合理的值 - 让我们选择 100K。将公式换成 C= 1/(2 x PI x 1000 x 100,000),C 的计算结果为 1.59nF:这对于电容器来说不是一个特别合理的值,但如果我们增加电容器,我们需要减小电阻器反之亦然,所以我们现在可以选择一个合理的电容器:4n7 怎么样?
    将 4n7 代入公式并重新排列得到 R=1/(2 x PI x 1000 x 4.7 x 10-9)。我们得到 33.9K 的电阻。此时您需要决定您想要 1kHz 的准确度。大多数文氏电桥电路往往是可变频率的,因此我们只需校准比例即可!
    因为 Wien 电路将输入衰减了 3 倍,所以我们需要放大器中的增益为 3 才能使其振荡。这就是我们选择 2Rx/Rx 负反馈的原因。
    有一个小问题:如果反馈电阻定义的增益略小于 3,则电路不会振荡。如果增益略大于 3,电路将振荡,振幅将仅由 IC 的输出触及电源轨和削波决定——而不是正弦波形。那么我们如何将增益保持在正确的水平以维持正弦波呢?我们需要的是一些电阻与信号电平成正比的元件:如果电平增加,电阻也会增加,从而降低增益。同样,如果输出下降,增益将增加,从而保持稳定性。幸运的是,有几种方法可以做到这一点。
    实用的维恩振荡器
   

    第二个电路是 Wien 振荡器的实际实现,但在这个电路中,Wien 网络被反转了。这是“错误的上升方式”并且处于负反馈路径中。通过 500R 预设应用正反馈以使其振荡。还有一个漂亮的白炽灯泡表明它正在工作......
    你看,灯泡变热,电线的电阻随着变热而上升。灯泡灯丝变得非常热,因此它的电阻会发生很大变化(通常热电阻可以是冷电阻的 10 倍)并且电压越高,电阻越大,所以这就是我们需要的稳定元件!相当简单的电路,将提供约 1.5v rms 的输出,失真约为 0.3%。性能不佳但肯定有用——而且电路如此简单。当然你可以使用运算放大器来做到这一点——只要它能提供足够的电流来驱动灯泡。但是2个三极管的电路其实更简单。
    一种低失真音频信号发生器
   

    下一个电路(上图)是维恩电路的更好实现:它以正常方式在正反馈路径中使用维恩电路,并使用负反馈来保持稳定性。标记为 Th1 的设备是玻璃珠型热敏电阻:其中一些热敏电阻由真空玻璃外壳中的珠组成,它们专门设计用于此类电路中的振幅稳定。如有必要,可以更改 100R 以适应各种热敏电阻(并调整幅度)。
    6 个晶体管电路实际上是一个运算放大器,您没有理由不能简单地使用运算放大器。该电路早于运算放大器,但原理没有改变。
    双联动 100K(对数)电位器用于改变频率,2 极 6 路(旋转)开关用于切换频段。对于显示的值,每个波段的末端都有有用的重叠。电位器设置在 16K 左右时,10n 给出 1kHz,因此显示值的“中心”频率为 100hZ、300Hz、1kh、3kHz、10kHz 和 30kHz。
    您可以使用另一个电容器 (1?) 来增加底部的范围,但建立时间会很长。同样,您可以使用 (100pf) 在顶部添加另一个范围,但波形不会很好:高频端受到 270pF 电容器的限制,该电容器存在以确保稳定性:具有良好的布局和现代晶体管,您可以减少这个电容器显着提高高频性能。
    如果构建得当,这样的电路可以提供极低的失真。失真水平将取决于所用运算放大器的增益和热敏电阻的性能,尤其是在低频时。对于音频测试目的,低嗡嗡声和噪音也很重要,因此低噪音组件和良好的电源是必不可少的。
    双 T 网络
    下一个电路不使用 Wien 网络,而是使用称为双 T 网络的电路,所以我将首先介绍网络。“标准”双 T 如下图所示。
 

   

 与 Wien 一样,电路中存在导致公式简化的关系 - T 的臂应该具有相等的值,并且脚中的电容器应该是臂的两倍大。脚的电阻应该是手臂的一半。使用这些比率,Twin T 是一个陷波滤波器,它通过除中心频率处的陷波之外的所有内容,如公式中所示。请注意,此公式与 Wien 相同,但显示形式略有不同。所以 - 现在
    实用的双 T 振荡器
   

    也许首先让您印象深刻的事情(如果您之前遇到过 twin-T)是 twin-T 的输入(来自灯泡)实际上被馈送到网络的底部并且输出是(正如您所期望的那样) )从一个臂(进入晶体管的基极)但另一臂接地。现在等一下:射极跟随器没有电压增益,你肯定被告知 RC 振荡器必须有电压增益?好吧,这个可以工作并且没有电压增益(当然它确实有电流增益)。
    次接触这个电路,有点纳闷。然后我在脑海中“重新绘制”了电路。想象一下用示波器观察它,示波器的接地点位于灯泡底部。现在(对于交流信号)0v 线连接到晶体管的集电极。因此,T 的一个臂从收集器馈送,另一臂馈送底座,而脚则通向新地球。该电路实际上是一个标准的 Twin T,但电源异常馈电使事情变得混乱。如果您“重新设计”它们,很多不寻常的电路看起来会更好。
    一位记者指出
    该电路实际上确实具有电压增益。如果仅分析电阻电容双 T 网络(加上 1 nF 到 12v 电源),输入取自灯泡底部,输出取自个射极跟随器的基极,则增益为1.08845 在 135.548 Hz 的频率下,这是通过网络的相移为零的频率。
    请参阅“增益大于单位的无源 RC 网络的综合”,IRE 会议记录,1951 年 7 月,第 833 页。
    门控 RC 移相振荡器
    一个电路是一个更简单的 RC 相移振荡器,但这是一个不同之处:它是门控的,即它可以由输入信号打开。将输入接地,振荡器停止,将其连接到 5v,振荡器启动。振荡器将始终以相同的方式启动,具有上升沿

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