低電壓文氏振蕩器的設(shè)計(jì)

樊昕昕

(延安大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)中心，陜西 延安 716000)

低頻正弦波振蕩器，在電子測量、控制等領(lǐng)域應(yīng)用極其廣泛，采用文氏振蕩器實(shí)現(xiàn)具有設(shè)計(jì)簡捷、工作穩(wěn)定、波形好、體積小、頻率調(diào)節(jié)范圍寬等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是在低電壓單電源供電的情況下，采用運(yùn)放電路對設(shè)計(jì)和器件選擇等提出了苛刻的要求，如工作在2.8 V單電源供電的文氏振蕩器，按一般理論和方法，常仿真出矩型波，設(shè)計(jì)制作遇到新問題，本文討論了采用并聯(lián)二極管穩(wěn)幅文氏橋振蕩器的低電壓工作條件下的應(yīng)用設(shè)計(jì)問題，給出了設(shè)計(jì)和器件選擇的方法，設(shè)計(jì)了可工作在2.8 V單電源供電的文氏振蕩器，通過實(shí)際制作，工作穩(wěn)定，波形良好，能滿足一般應(yīng)用要求。

1 并聯(lián)二極管穩(wěn)幅文氏橋振蕩器

圖1是并聯(lián)二極管穩(wěn)幅文氏橋正弦波振蕩器的典型電路，R1C1和R2C2串并聯(lián)選頻電路接成正反饋網(wǎng)絡(luò)，R3與D1、D2的正向?qū)娮璧牟⒙?lián)，再與Rp和R4的串聯(lián)，形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅，當(dāng)選取C1=C2=C和R1=R2=R，負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)選取使電路的增益起振時(shí)大于3，起振后穩(wěn)幅二極管的壓控等效電阻作用，使增益等于3，就可輸出穩(wěn)定的正弦波信號，如果把運(yùn)放看作理想時(shí)，正弦波的頻率為f0= 12 πRc。

圖1 并聯(lián)二極管穩(wěn)幅正弦波振

2 低電壓供電的問題分析與設(shè)計(jì)

2.1 運(yùn)放的要求

在供電電源2.8 V時(shí)的圖1振蕩器，必須選用能在單電源2.8 V工作的運(yùn)放，如德州儀器的OPA2889系列，可工作在2.8 V。

2.2 穩(wěn)幅電路

二極管伏安特性如圖2，穩(wěn)幅工作區(qū)間的工作點(diǎn)設(shè)置在B點(diǎn)，高于D點(diǎn)等效電阻動(dòng)態(tài)不明顯，低于E點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)，這時(shí)R3起主要作用，由于運(yùn)放工作在2.8 V，考慮到運(yùn)放的最大和最小正向輸出電壓2－1 V，振蕩器的輸出Vpp為0.8 V，即運(yùn)放的反向輸入端和輸出端的電壓最大只有0.4 V，考慮到溫度穩(wěn)定性，保守取0.35 V。因此穩(wěn)幅兩端電壓最大為0.35 V，因此，二極管必須選用鍺管，導(dǎo)通電壓在0.2 V，如2AP9，現(xiàn)在不常用，仿真庫中大多沒有該元件，二極管選擇不當(dāng)，如選硅管仿真的結(jié)果不論怎么調(diào)參數(shù)，都為矩形波，穩(wěn)幅二極管不工作。

圖2 雙向二極管伏安特性

2.3 元件參數(shù)選取

綜上分析，RC的選取主要由工作頻率按f0=來定;反向回路穩(wěn)幅二極管選鍺管(也可用兩只三極管3AX型的發(fā)射結(jié)代)，二極管截止時(shí)3，并增加Rp調(diào)節(jié)增益;在圖1電路中二極管穩(wěn)幅電路中增加Rw調(diào)節(jié)穩(wěn)幅工作點(diǎn)(調(diào)整波形);二極管導(dǎo)通電阻500－5 K，R3在二極管導(dǎo)通電阻為3 K時(shí)選為3 K，則R4為470 Ω，Rp可選100 Ω 和 Rw 可選1 K;由于運(yùn)放正向最小輸出電壓，即飽和壓降比起1 V(參數(shù)表給出)小的多，實(shí)際可將運(yùn)放中點(diǎn)電壓，設(shè)置為1.2 V，溫度穩(wěn)定性好。

3 結(jié)束語

由于需要在2.8 V工作的正弦波振蕩器，考慮到文氏振蕩器體積小，設(shè)計(jì)電路簡單，在設(shè)計(jì)制作中遇到上述問題，低電壓設(shè)計(jì)參考資料很少，經(jīng)深入分析，按上述方法選取設(shè)計(jì)的電路，通過實(shí)際制作，工作穩(wěn)定，波形良好，能滿足一般應(yīng)用要求，與熱敏電阻穩(wěn)幅比較，由于熱敏電阻兩端動(dòng)態(tài)電壓小，穩(wěn)幅效果二極管較靈活一些。