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我們設計及測試系統時，很多時侯需要正弦波信號 (其頻率可任意選定)。以下提供一個參考設計，我們只要按照這個設計，并根據 Excel 電子數據表 (相關電子數據表登載在 edge.national.com 網頁上)，再加上一個雙運放及幾個電阻及電容，便可迅速完成這個正弦波發生器。圖 1 顯示這個可以迅速使用的正弦波發生器的電路圖。 上述電路先產生指定頻率的方波，然后才產生正弦波，而 A1 放大器完成非穩態振蕩器的功能，其頻率由 R1 及 C1 決定。雙極點低通濾波器 A2 將 A1 的輸出方波進行濾波。這個濾波器屬于單位增益的 Sallen-Keys 濾波器，其截止頻率等于 A1 的方波頻率。方波由基頻及其奇數倍諧波組成，濾波器將大部分諧波頻率濾掉，確保 A2 所輸出的全屬基頻。方波基頻率約為方波峰值振幅的 1.27 倍，而輸出正弦波的振幅則約為方波峰值振幅的 87%。方波的峰值振幅取決于放大器的供電電壓及放大器的規定輸出振幅。此外，我們可以利用方波的峰值振幅及正弦波追蹤放大器供電電壓的轉變過程。 由于這個電路設計所采用的頻率以及 C1 的電容值早已確定，因此我們可以利用這兩個數值計算出 R1、C2、C3、R4 及 R5 的數值。R2、R3 及 R4 的電阻值均為 1,000W，而且各電阻值不能有偏差，以免實際操作頻率與計算出來的操作頻率有差距。 圖 1 可以迅速使用的正弦波發生器 以下是挑選有關元件的方程式。頻率 F 是指定的正弦波頻率。C1 的電容值可任意挑選，以 1MHz 的操作頻率來說，0.001mfd 是一個較理想的起始電容值。其他元件的數值可以按照以下方程式計算出來： C2 = C1 C3 = 2C1 1/2F R1 = ---------------- .693 ? C1 R6 = R5 1 R5 = -------------------- 8.8856 ? F ? C1 若頻率及 C1 電容值為已知數，我們可以利用網上提供的 Excel 電子數據表計算有關的元件數值。電子數據表也會為計算出來的電阻值提供最接近的 1% 電阻值。若指定頻率為 1 MHz，而 C1 則指定為 0.001mF，電子數據表的各個數值如下: F1 = 1 MHz C1 = 0.001mF C2 = 0.001mF C3 = 0.002mF R1 = 715W? R5 = 113W? R6 = 113W? 實際操作頻率是否準確，完全取決于 A1 放大器元件的容錯能力，這與計算出來的操作頻率不同。 A2 放大器的元件的容錯能力會影響濾波器的極點位置，進而影響已過濾正弦波的振幅。 若指定的頻率及 C1 電容值為已知數，我們可以利用 Excel 電子數據表計算出各元件的數值，而且電子數據表非常容易使用。我們只要在 B2 格內輸入頻率 (Hz)，并在 B4 格內輸入 C1 的電容值 (mfd)，便可計算出其他元件的電阻值 (W) 及電容值 (mfd)。 放大器的特性也會影響選定元件數值的覆蓋范圍。以上的示例采用高速放大器，因此有關的電阻值應盡量保持在較低的水平 (最好低于 15 KW?)，以便將這類放大器的輸入偏壓電流減至最低。由于高帶寬放大器需要加設電源供應旁路電容器，因此其性能可能會受元件布局的影響。如果需要加設較低頻率的振蕩器，可以采用 LMV822 或 LMV932 等較低帶寬的放大器。由于這類放大器芯片的輸入偏壓電流較低，因此可在較廣闊的電容范圍內操作，令元件的布局并不具有那么關鍵性的作用。放大器的帶寬最低限度應為振蕩頻率的十倍。若按照計算出來的元件數值裝配這個電路，可確保系統能發揮圖 2 的性能： 圖 2 放大器的性能 振蕩器輸出(管腳 1)及正弦波輸出(管腳 7)的波形 |
