精密幅度稳定的低失真正弦波振荡器的设计

很多应用都需要频率和/或幅度稳定的正弦波做为定标或测量的参考。对于LVDT信号调理、ADC测试、谐波失真测试等应用也要求低谐波失真。很多正弦波产生技术不可能简单地实现精密正弦波参考所要求的低谐波失真和幅度稳定度。本文所示的正弦波产生技术能实现小于0.003%失真和0.1幅度稳定度。

　　图1示出1个简单的振荡器电路，它是由1个Wein桥振荡器核心和1个幅度稳定回路组成的。Linear公司的LT1632高速低失真放大器和正反馈RC网络产生振荡。由LTC1968RMS-DC振荡器、LTC2054缓冲器和LTC1632误差放大器构成的负反馈回路控制正弦波的幅度和幅度稳定度。

 

图1 精密幅度稳定的低失真正弦波振荡器电路

　　振荡频率为1/(2πrc)，其中R和C是放大器的正反馈元件。负反馈网络的衰减大约为3，这与正反馈网络的衰减匹配。2N4338JFET做为可变电阻器，其电阻根据栅—源极电压偏置而变化。改变JFET偏置，调节振荡器增益，即调节总正弦波信号的幅度。此电路的导通和幅度稳定时间由LTC1968的稳定时间控制，对于0.01?F平均电容器，此稳定时间一般为1mS。

　　LTC1968精确地测量LT1632输出正弦波的RMS幅度并给定对应于正弦波RMS电平的DC输出。输入端的电阻衰减器使LTC1968在高达3VRMS输出正弦波时能保持在≤1VOUT(DC)低误差范围。为了最小的误差，LTC2054缓冲LTC1968的输出，而LT1632误差放大器比较正弦波的RMS电平与所希望RMS幅度的VRMS。

　　误差放大器控制JFET的栅-源电压偏置来相应地调制幅度。JFET栅极处的10K-11.5K电阻衰减器补偿JFET的沟道效应，沟道效应将会导致恶劣的电路谐波失真。正弦波的输出幅度是：

VOUT(RMS)=3×VRMS，0V≤VRMS≤1V

　　用HP公司的3589A频谱分析仪测量此电路(100KHz)的谐波失真，在1VRMS正弦波输出是：-92dBc(0.0025%)。幅度稳定度优于-60dBc(0.1%)。用2VRMS输出，此电路稍微降低点性能：-80dBc(0.01%)谐波失真和-55dBc(0.18%)幅度稳定度。

　　LTC1968在频率小于1%绝对误差(不依赖于电路的幅度稳定度)下可测量高达500KHz的正弦波幅度。LTC1968高达15MHz带宽，使得用此电路产生更高频率的正弦波是可能的。