劉海東,張 岳
(遼寧科技學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院,遼寧 本溪 117004)
低頻正弦波振蕩器可用于通信設(shè)備的測試和障礙檢修,也可快速、準(zhǔn)確的尋找出電視機(jī)、音響、收音機(jī)及其他低頻放大電路的故障點(diǎn)。同時(shí)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、教學(xué)、廣播電視系統(tǒng)、地球物理、航天科學(xué)等領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用[1~3]。
在生物工程、地球物理學(xué)和測控技術(shù)中都需要超低頻正弦振蕩器。通常的超低頻正弦振蕩器需要2~5個(gè)運(yùn)算放大器,而且這種依賴差分形式產(chǎn)生的低頻振蕩器,頻率靈敏度很高,造成頻率不穩(wěn),而本文設(shè)計(jì)的僅用一個(gè)運(yùn)算放大器并且靈敏度很低的低頻正弦振蕩電路[4]如圖1所示。
圖1 低頻正弦振蕩電路
根據(jù)電路理論分析,該電路振蕩條件為:
(1)
當(dāng)滿足R2R4R6=R1[R4R5+R3(R4+R5+R6)]時(shí),振蕩頻率為:
(2)
本電路參數(shù)設(shè)置為:R1=R2=R4=R6=330kΩ,R3=1MΩ,R5=170kΩ,C1=C2=0.2μF,Re=195Ω-97kΩ,運(yùn)算放大器選用741,其電源為±15V,依據(jù)式(2)由計(jì)算得到的振蕩頻率f的理論曲線如圖2所示[5]。
圖2 振蕩頻率的理論曲線
采用MATLAB仿真軟件構(gòu)建低頻正弦振蕩器的仿真模型如圖3所示。
圖3 低頻正弦振蕩器的仿真模型
當(dāng)通取Re=40kΩ時(shí)得到的低頻正弦振蕩器輸出頻率f的仿真波形如圖4所示。
圖4 Re=40kΩ時(shí)輸出頻率f仿真波形
改變Re阻值,可得到對應(yīng)阻值時(shí)頻率的仿真波形圖,即通過調(diào)節(jié)電阻Re,就可以得到一個(gè)頻率f,仿真計(jì)算得到的相應(yīng)的頻率值如表1所示。
表1 低頻正弦振蕩器仿真頻率與對應(yīng)阻值
由表1得到的低頻正弦振蕩器仿真頻率與對應(yīng)阻值的變化關(guān)系如圖5所示。
圖5 仿真頻率與對應(yīng)阻值的變化關(guān)系
為了驗(yàn)證上述理論分析和仿真結(jié)果的正確性,制作了低頻正弦振蕩器實(shí)物如圖6所示,搭建了低頻正弦振蕩器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖7所示。
圖6 低頻正弦振蕩器實(shí)物
圖7 低頻正弦振蕩器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
放大器兩端接±14.7V電源,通過示波器觀察低頻正弦振蕩器輸出的波形,其輸出的實(shí)驗(yàn)波形如圖8所示。
圖8 低頻正弦振蕩器輸出實(shí)驗(yàn)波形
改變電阻值得到不同的輸出實(shí)驗(yàn)波形的頻率如表2所示。
表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
根據(jù)表2數(shù)據(jù)得到實(shí)驗(yàn)頻率曲線如圖9所示,橫坐標(biāo)為電阻Re/kΩ,縱坐標(biāo)為頻率/Hz。
圖9 電阻值和輸出頻率關(guān)系的實(shí)驗(yàn)曲線
經(jīng)過理論分析、仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知,筆者所設(shè)計(jì)的低頻正弦振蕩器是可行的,低頻正弦振蕩器的理論分析、仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的電阻值與頻率的關(guān)系如圖10所示,橫坐標(biāo)為電阻Re/kΩ,縱坐標(biāo)為頻率/Hz。
圖10 理論分析、仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的電阻值與頻率的關(guān)系
筆者所設(shè)計(jì)的低頻正弦振蕩器,不需要外界信號(hào),通過單一電阻來控制頻率。理論分析、仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合,證明了所設(shè)計(jì)的超低頻正弦振蕩器是可行的。