正弦波振蕩器的設計與製作

    在進行音頻放大器的調試等需要低失真正弦信號的場合，有一台正弦波發生器是很必要的，這次的設計製作可達到這一目的。正弦波振蕩電路有多種，但常用的是文氏電橋振蕩器，圖1是其原理簡圖。在運放的同相輸入端由RC濾波器構成正反饋，其諧振頻率決定了振蕩器的振蕩頻率f =1/2πRC；在運放的反相輸入端，由電阻構成負反饋，R1/R2的比值決定了振蕩波形。在正反饋迴路中R相等及C相等時，放大器的增益等於3，電路起振，即R1 =2R2。如果R1＜2R2，電路將停振；而R1＞2R2，輸出波形的頂部將被壓縮為平頂。故對於文氏電橋振蕩器，要求增益穩定。常用的穩定辦法是採用燈泡代替電阻R2，或用負溫度係數熱敏電阻代替R1。採用燈泡的原理是：如果電流增大[輸出輸大]，則燈絲的電阻變大，使負反饋量增加而降低增益。採用負溫度係數熱敏電阻的原理是：電流增大，熱敏電阻的阻值變小，結果也是使負反饋量增加而降低增益。
    這台正弦波振蕩器的設計目標是：頻率範圍20Hz~20KHz，分三個波段連續可調。整機電路見圖2。
    用作振蕩器的運放，其振蕩頻率最好在運放頻率參數的十分之一較為可靠。這裡採用頻帶寬度達15MHz的單運放LM318，有條件的話可用八腳金封的，不過筆者採用的是雙列直插(DIP)塑封的集成塊。
    增益穩定採用了12V、60mA的小電珠，其電阻值為12÷0.06＝200Ω。根據前述的起振原則，R1＝2R2＝400Ω，考慮到調整余量，R1選用1kΩ的微調電阻。
    振蕩頻率由雙刀五位波段開關(只用三位)分別接入不同倍率的電容分三段粗調，頻率細調用同軸雙連電位器W1調節。
    振蕩器的輸出幅度用電位器W2調整，再經緩衝器分兩路輸出，以隔離振蕩電路和被測電路，使振蕩頻率不受被測電路輸入阻抗的影響。緩衝器用單運放LF356接成跟隨器。
    電源由三端可調穩壓集成電路7815和7915分別提供+15V和－15V電壓供電。
    本電路元件選擇：振蕩電容器要選用薄膜電容，耐壓均為50V，容量需用數字電容表選擇，誤差越小越好；頻率調整電位器W1選用金屬殼密封雙連電位器，阻值變化特性為直線性(型號後綴“X”)，在購買時緩慢旋轉電位器軸，測量各位置的阻值，兩連的阻值應基本相同；如某一位置的阻值相差較大，則不能使用。
    電路組裝好后，通電工作幾小時，即可調試及刻度。首先用示波器測量發生器輸出端的波形，在各檔位及W1的各位置，都應有完整波形的正弦波輸出，，不能有停振點或平頂波形出現，否則應微調R1。在沒有示波器的場合，可在發生器輸出端接一5V(或10V)交流電壓表，調整R1使電壓表剛有指示，然後反方向微調一點R1，使電壓表在整個頻率範圍均有指示即可，否則應重複上述步驟。
    刻度方法仍採用頻率表和等分圓周圖，逐檔測量並列出頻率和格數對照表，繪出頻率刻度盤。本發生器的實測頻率範圍見附表(實際製作時只選擇了中間三檔)，最高輸出電壓5VRMS，失真率在負載電阻1K、輸出1VRMS、20Hz～20KHz範圍時為0.25％～0.5％。如需要擴大頻率範圍，可自行添加電容器；本電路最高振蕩頻率可達400KHz，但失真率達到3％。