基于低失真、高精度可调正弦波发生器的实现

　　3. 1 关键器件的选择

　　( 1) IC 选用四运算放大器LF124, 该器件的四个运算放大器分别应用于振荡、比例2积分、绝对值电路、放大等不同的环节中。

　　( 2) 文氏电桥臂用电容C1 , C2 采用云母电容, 由于云母电容有一个比较重要的特点( 电容量稳定) , 这样就可以保证频率稳定特性。C1 = C2 = ( 510 ? 5. 1) pF。R1 , R2 的选择: 由于该电路的输出频率为400~ 3 000 Hz。f = 1/ ( 2PRC) , R= 1/ ( 2Pf C) 。当f =400 Hz 时, R = 780 k8 ; 当f = 3 000 Hz 时, R =104 k 8。这里采用外接电位器来实现调节频率, 因此选定R1= R2= 800 k8 , 为了确保振荡的平衡、频率的稳定, 采用温度系数较小、方阻一样、电阻面积相同的厚膜电阻来保证。

　　( 3) 基准电路

　　在图6 中, 选用D3 = 6. 2 V 的2DW234 稳压管, 该稳压管的优点是温度系数小且带有补偿功能, 其工作电流为I Z= 12 mA, 由于电源电压为- VC= - 15 V, 所以R11= ( 15- 6. 2) / 12= 750 8 。

　　( 4) 稳幅电路

　　在如图3 中, 我们选用场效应管进行稳幅, 实际上R 可省去, 示情况而定, 则有R4 + rDS = R3 / 2, r DS =R3 / 2- R4 = 5 k8 , 只要控制栅2源极电压, 使rDS =5 k8 , 就达到稳幅的目的, 选场效应管为3DJ6F。

　　( 5) 其他元件的选择

　　设计该产品的过程中, 主要考虑的是它的可靠性,在此基础上, 尽量使产品小型化, 易装配, 故对一些元器件选用片式。

　　3. 2 电路的改进

　　( 1) 频率固定到400 Hz~ 3 000Hz 频率可调。如图9 所示, 根据振荡条件f = 1/ ( 2PRC) , C= 510 pF, 当f = 400 H z 时, R= 1/ ( 2Pf C) U780 k 8 , 选R= 800 k8 ,当f = 3 000 Hz 时, R= 1/ ( 2Pf C) U104 k8 , 所以Rc 最小应为Rc/ R= 104 k8 , 选Rminc= 120 k 8 。

　　( 2) 幅度可调。如图10 所示, Rc/ R12 = 200 k8 ,R12= 250 k 8, Rminc= 1 m8 。

　　( 3) 低温特性

　　由于种种原因, 在低温测试过程中, 出现波形严重失真, 经过多次实验, 终于解决了这一现象。原因是电源给集成电路供电时所用的限流电阻对地所接的滤波电容不能省掉, 否则易产生振荡。

　　3. 3 结构设计

　　为了便于整机组装, 并且能够经得起振动、冲击等机械试验, 产品内部尽量采用适合平面组装的片式元件, 这样简化了组装工艺。封装采用全密封技术, 密封在干燥、清洁的氮气中进行, 帽与底座之间进行贮能焊封装, 封后细检漏气率小于500@10- 6 kPa # cm3 / s, 保证了产品的气密性、可靠性。

　　3. 4 版图设计

　　内部版图如图11 示, 在此主要对导体、焊盘、介质、电阻的设计进行描述。

图11 内部示意图

　　( 1) 导体、焊盘设计

　　导体的设计: 最细的部分为0. 3 mm, 导体与导体、导体与焊盘间隔最小为0. 3 mm; 版图设计: 走线均匀、合理, 器件均匀分布, 导体与基片边缘的最小距离为0. 3 mm。上导体与下导体为同一材料。背面导体的设计, 占基板面积75%以上, 与基板边缘距离大于0. 3 mm。贴片元器件的焊盘尺寸符合相关设计规范, 芯片的粘接尺寸符合相关设计规范。

　　( 2) 介质、电阻设计

　　介质两次独立印刷, 尽量减少使用介质, 整个版图仅有3 处介质。采用4 种方阻, 电阻的功率、阻值均符合相关设计规范和原理图的要求。

　　3. 5 关键工艺的解决

　　在产品的研制过程中, 由于底座外壳D # Ni, 造成封壳难, 密封性不好, 进过分析和大量试验, 我们采用底座外壳D# Ag , 进行储能焊封装, 这样操作简单, 而且克服了封壳过程中存在的问题。陶瓷基片与底座的组装, 将原先用粘接的方法改为锡焊粘接, 保证了产品的可靠性和散热性。

　　4 结 语

　　该电路经过实际验证, 各部分工作正常, 已经成功运用在某系统中, 使用效果良好。该方案不仅达到了低失真、高精度的要求, 还具有控制灵活方便、可靠性高、体积小、成本低等的特点, 是一种很好的正弦波发生器。