自制一个正弦波发生器

出处:网络整理时间:2026-08-14
  维恩桥振荡器原理
  维恩桥振荡器是一种相位移振荡器,主要用于生成正弦波。它是一个两级电阻电容耦合放大电路,在共振频率处具备良好的稳定性、低失真度,并且调谐十分简便。
  在维恩桥网络中(如图所示),一条支路由电阻(R1)和电容(C1)串联连接,另一条支路则由电阻(R2)、电容(C2)以及电阻 R3 和 R4 并联组成。
   由于维恩桥电路本身不产生相位偏移,所以在维恩桥网络中需要使用运算放大器作为非反相放大器工作。从电路结构来看,输出电压同时返回至反相输入端和非反相输入端。在谐振频率时,反相输入端施加的电压大小相等,非反相输入端的电压则相互同相。不过,由于开环增益的限制,这类基于运算放大器的维恩桥振荡器无法工作在超过 1 MHz 的频率范围内。要启动振荡,放大器的电压增益必须大于 3;而要维持振荡,则需等于 3(即 Av ≥ 3)。
  以使用 741 运算放大器的维恩桥振荡器电路为例,电阻 R1 和电容 C1 串联连接在 IC 741 的非反相输入端(引脚 3),同样,电阻 R2 和电容 C2 并联连接在 IC 741 的非反相输入端(引脚 3)。此处电阻 R3 为可调电阻,连接在反相输入端(引脚 2)以及运放输出端(引脚 6)。
  在低频下,电容 C1 和 C2 的电抗会变得非常高,输出电压 V0 将保持为零,这种电路被称为 “滞后电路”,因为电容 C1 相当于一个开路。在该电路中,当频率较高时,电容 C1 和 C2 的电抗会显著减小,因此输出电压 V0 将变为零,此时电阻 R2 因电容 C2 而短路,这种现象被称为 “前置电路”。由于存在滞后电路,电路在振荡频率下不产生相位移,因此采用非反相放大器。运算放大器工作在非反相配置时,其电压增益公式为:Vout / Vin = 1 + R3 / R4 = 3。
   3D 打印部分
  本项目附有 STL 文件。所有打印均建议使用 0.2mm 层高进行。打印前可能需要在打印板上对部分文件进行方向调整,以确保打印效果。
  打印 “正弦波发生器 V1 - Text.stl” 时,在第 4 层开始处更换为对比色线材,这样可以使打印件更加美观。打印完成后,在打印件背面贴上双面胶,并将其粘贴到 “正弦波发生器 V1 - Front.stl” 上。
  打印 “正弦波发生器 V1 - Knobs.stl” 时,在第 61 层开始处更换为对比色线材。
  在 “正弦波发生器 V1 - Bottom.stl” 和 “正弦波发生器 V1 - Top.stl” 的凸起处添加 M3 3x4.2 黄铜嵌入螺母。在 “正弦波发生器 V1 - 底部.stl” 上的电源螺柱上添加 M3 3x4.2 黄铜嵌入螺母,这些螺母将用于后续的装配工作。
  装配过程
  我们已附上鹰牌(Eagle)的文件,大家可以选择商业制作电路板,也可以像本文作者一样自行制作,作者使用的是 Toner 方法。
  装配时,按照以下步骤进行:
  如果电路板为单面,请添加特定链接(具体链接需根据实际情况确定)。
  先添加电阻,然后是 741 集成电路,确保元件安装位置准确。
  接着添加电容、可调电阻和晶体管,注意元件的极性和引脚连接。
  再添加 SR16 旋转开关、RK1114GH 和 RV09 电位器以及 SMA 接口,这些元件将影响正弦波发生器的功能和性能。
  将 24V 40mA 灯泡安装在 PCB 的铜层一侧,用一小块双面胶固定。将导线焊接到灯泡的端子,并将另一端焊接到 PCB 上,注意焊接质量,避免出现虚焊。
  在 PCB 的铜层一侧添加 1000uF/25V 电容,同样用一小块双面胶固定。
  在 PCB 的铜层一侧添加一个 3 针 KF2510 芯片。
  使用 4 个 M2 4mm 螺丝将 PCB 固定在前面板上,确保固定牢固。
  在前面板上安装摇杆开关,方便操作。
  使用 4 个 M3 4mm 螺丝将 SM - FLA17A 17W 正负两路开关电源模块安装到位。
  连接各模块和电源元件时,作者购买了一个 3.96mm JST 连接套件用于连接 SM - FLA17A 电源模块。电源开关采用 4.8mm 插接式连接器,前面板的 PCB 电源接口则使用 2.54mm JST 连接器。,使用 4 个 M3 6mm 黑色六角螺钉,将顶部的夹壳旋紧。
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