使用集成运放LM324制作正弦波发生器 2006年北京市大学生电子设计大 赛．要求使用集成运放LM324制作正 弦波发生器．电路要求正弦波的频率较 高(362Hz～102kHz)，输出信号幅度可 调．尽量使用单电源供电以及增加输出 功率等。正弦波振荡电路是在没有外加 输入信号的情况下．依靠电路自激振荡 而产生正弦波输出的电路．实际应用中 有很多种设计方法。但是。如何用价廉 的LM324以及其它常见元件制作出效 果较为理想的正弦波振荡器是我们本 文的目的。在此，笔者结合这次大赛的 题目要求谈谈Rc正弦波振荡器的实 用制作方法．期待与广大电子爱好者共 l司交流。 振荡电路主要由基本放大电路、选 频网络及正反馈网络三部分组成．其中 基本放大电路是使电路获得一定幅值 的输出量：选频网络是确定电路的振荡 频率．保证电路产生正弦波振荡：正反 馈网络的作用是在振荡电路中．当没有 输入信号的情况下．引入正反馈信号作 为输入信号。在图1中，电路引入正反 ① 馈：上面方框为放大电路。下面方框为 反馈网络，反馈极性为正：(在图2中， 反馈量作为净输入量。) 正弦波发生条件： 起振条件：I^ I?1 幅值平衡条件：1^ 1 7 1 相位平衡条件： 7 ? ? (n=0，1，2， ……、 RC桥式正弦波振荡电路原理如 图3所示。由于理论与实际的差别，图 1所示电路图实践起来效果并不理想， 比如振荡频率不高及停振等．尤其是在 使用LM324制作振荡器时波形出现严 重失真。稚么溅们如何做出改进呢? 1、稳幅。由于 。与U。 具有良好的 线性关系．所以为了稳定输出电压的幅 度。一般在电路中加入非线性环节。这 里．在回路串联两个反向并联的二极 管．利用电流增大时二极管动态电阻减 少的特点。加入非线性环节。从而使输 出电压稳定。 2、“刺突状”失真。波形如图4所 示。这种失真是在使用集成运放LM324 Uo 八 ～ ＼ ／ 一1 ◆陈飞龙 制作正弦波振荡器时无法避免的棘手 问题。一个简单有效的解决办法是．用 一只适当阻值的电阻连接在输出端与 负电源v 之间，这样可以改善输出端 波形的失真．而且随着频率的改变信号 的幅度基本稳定。 3、削波失真，波形如图5所示。该 种失真的明显特点是波形顶部变得平 直。波形的幅度很大，接近电源电压。造 成这种失真的原因．大多是反馈电阻值 过大，使电路的增益过大．致使输出电 压峰值太大．严重时会随着反馈电阻值 的增大，输出波形将变得极像方波。解 决这种失真的方法：减小反馈网络的总 电阻 而过分地减小又将使电路不能起 振．因此它的大小非常关键．在不确定 D 八八～ ＼／ 电阻值大小的情况下．可先使用电位器 代替．通过细调电位器．将波形调到一 个最好效果即可。 4、停振现象。在实际制作中，由于 元器件本身的质量和精度问题．也会使 振荡器的制作效果大打折扣 在电路 中．我们需要调节同轴双联电位器来改 变输出正弦波的频率。顾名思义，双联 同轴电位器是由两个电位器组成．通过 调节同一个轴达到同步调节两个电阻 值的目的器件。但在实际中，我们发现， 双联同轴电位器的两个电阻值并不能 时刻保持相等．而是有一个差值，有时 候这个差值很大，可达数干欧姆。差值 的存在造成了振荡器在高频时出现停 振现象，也就是说。振荡器的输出信号 不能达到较高的频率。在这种情况下， 维普资讯 http://www.cqvip.com 

我们当然可以更换精度和质量更好的 双联同轴电位器来解决。但为节省成 本，我们在实践中发现，如果用两个小、 电阻分别与双联同轴电位器的两个可 变电 串联．停振问趣即可得蓟狼好 的解决．从而使得振荡器的频率得到 显著提高! 经过对原理图的改进．得到如图6 所示振荡器电路。读者可自行将其与 图3进行比较．就可以看出变化。 1、提高输出电压幅度。这部分电 路如图7虚线框所示 由于LM324的 增益带宽为一定值．查使用手册知约 为1．5MHz。因此．如果要提高增益则 带宽将减小。那么．怎样才能做到既要 有较高放大倍数又要有足够的宽频 带?这里我们可以使用二级放大器来 实现．两级均采用反相放大器。焊接的 元件较少．制作过程相对简单，需要注 意的是，第一，前级放大器的放大倍数 一般应小于第二级的放大倍数．否则 容易出现上述削波失真。笔者的两级 放大倍数分别设计约为18和48倍， 总放大倍数约为864倍 第二，输入电 阻的选择要恰当，既不能太小(几十欧 姆)，也不能太大(几兆欧姆)，一般选 择方法是输入电阻和反馈电阻之和为 几十干欧姆或几百干欧姆。第三。各级 运算放大器之间最好使用一个大电容 器，一般为电解电容器，其作用是隔直 和耦合。此外。在图6所示振荡电路输 出信号．一般不直接 连在放大器上．而是 使用一个电位器先 调节输出信号幅值． 再与放大器连接。因 为放大器的输入信 号过大时．输出信号 也可能会发生削波 失真．具体连接方法 可参照图7所示中 的R，。 2、提高带负载 能力。由于LM324 输出电流有限．一般 仅为几十毫安 在电 流一定的情况下．为了 提高电路的输出功率． 一种有建 墩 小电路的输出阻抗 要 减小输出 耥 单的办法是使用电压 跟随器．因为电压跟随 器的特点是输入阻抗 很大．输出阻抗很小． 可以起到阻抗变换及 隔离作用 而用LM324 制作电压跟随器非常 容易 3 、使用单电源供 电。LM324一般采用双 电源供电．这时它的4 脚接正电源(这里正电 源电压为+12V)．11脚 接负电源v庄(-12V)。‘ ，。 l的 浮 到最终的完整电路图，如图7所示，电 路中标出了各元器件的参数值。 图7中R为20kf／双联同轴电位 器。调节放大器的输入信号幅值，两 个 完威分珏， 使· 点电’位为+6v。 按照图7焊接好电路后．检查无误上 电。调节电位器 的值略大于1k，将 R 调到一个较小值．使放大器的输出 无削波失真．从uo输出的就是频率范 围362Hz~102kHz的正弦波．波形无 失真和停振现象，幅度基本稳定；放大 倍数约700倍，调节电位器R， 可使 输出电压幅度在OV~5V范围内任意 可调。I i 维普资讯 http://www.cqvip.com