精密幅度穩(wěn)定的低失真正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)

　　很多應(yīng)用都需要頻率和/或幅度穩(wěn)定的正弦波做為定標(biāo)或測(cè)量的參考。對(duì)于LVDT信號(hào)調(diào)理、ADC測(cè)試、諧波失真測(cè)試等應(yīng)用也要求低諧波失真。很多正弦波產(chǎn)生技術(shù)不可能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)精密正弦波參考所要求的低諧波失真和幅度穩(wěn)定度。本文所示的正弦波產(chǎn)生技術(shù)能實(shí)現(xiàn)小于0.003%失真和0.1幅度穩(wěn)定度。

　　圖1示出1個(gè)簡(jiǎn)單的振蕩器電路，它是由1個(gè)Wein橋振蕩器核心和1個(gè)幅度穩(wěn)定回路組成的。Linear公司的LT1632高速低失真放大器和正反饋RC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生振蕩。由LTC1968RMS-DC振蕩器、LTC2054緩沖器和LTC1632誤差放大器構(gòu)成的負(fù)反饋回路控制正弦波的幅度和幅度穩(wěn)定度。

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圖1 精密幅度穩(wěn)定的低失真正弦波振蕩器電路

　　振蕩頻率為1/(2πrc)，其中R和C是放大器的正反饋元件。負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的衰減大約為3，這與正反饋網(wǎng)絡(luò)的衰減匹配。2N4338JFET做為可變電阻器，其電阻根據(jù)柵—源極電壓偏置而變化。改變JFET偏置，調(diào)節(jié)振蕩器增益，即調(diào)節(jié)總正弦波信號(hào)的幅度。此電路的導(dǎo)通和幅度穩(wěn)定時(shí)間由LTC1968的穩(wěn)定時(shí)間控制，對(duì)于0.01?F平均電容器，此穩(wěn)定時(shí)間一般為1mS。

　　LTC1968精確地測(cè)量LT1632輸出正弦波的RMS幅度并給定對(duì)應(yīng)于正弦波RMS電平的DC輸出。輸入端的電阻衰減器使LTC1968在高達(dá)3VRMS輸出正弦波時(shí)能保持在≤1VOUT(DC)低誤差范圍。為了最小的誤差，LTC2054緩沖LTC1968的輸出，而LT1632誤差放大器比較正弦波的RMS電平與所希望RMS幅度的VRMS。

　　誤差放大器控制JFET的柵-源電壓偏置來(lái)相應(yīng)地調(diào)制幅度。JFET柵極處的10K-11.5K電阻衰減器補(bǔ)償JFET的溝道效應(yīng)，溝道效應(yīng)將會(huì)導(dǎo)致惡劣的電路諧波失真。正弦波的輸出幅度是：

VOUT(RMS)=3×VRMS，0V≤VRMS≤1V

　　用HP公司的3589A頻譜分析儀測(cè)量此電路(100KHz)的諧波失真，在1VRMS正弦波輸出是：-92dBc(0.0025%)。幅度穩(wěn)定度優(yōu)于-60dBc(0.1%)。用2VRMS輸出，此電路稍微降低點(diǎn)性能：-80dBc(0.01%)諧波失真和-55dBc(0.18%)幅度穩(wěn)定度。

　　LTC1968在頻率小于1%絕對(duì)誤差(不依賴于電路的幅度穩(wěn)定度)下可測(cè)量高達(dá)500KHz的正弦波幅度。LTC1968高達(dá)15MHz帶寬，使得用此電路產(chǎn)生更高頻率的正弦波是可能的。