摘要: 许多正弦波产生技术根本无法实现精确正弦波基准所需的低谐波失真和振幅稳定性。这里展示的技术产生的正弦波具有小于0.003%的失真和0.1%的振幅稳定性。
许多应用需要频率和/或振幅稳定的正弦波作为校准或测量的参考。在LVDT信号调理、ADC测试,当然还有谐波失真测试等应用中,低谐波失真也需要有有意义的结果。许多正弦波产生技术根本无法实现精确正弦波基准所需的低谐波失真和振幅稳定性。这里展示的技术产生的正弦波具有小于0.003%的失真和0.1%的振幅稳定性。
图1显示了一个简单的振荡器电路,由一个维恩桥振荡器核心和一个振幅稳定回路组成。LT1632高速低失真放大器及其正反馈RC网络产生振荡。正弦波的振幅和振幅稳定性通过一个负反馈回路控制,该回路由一个LTC1968 RMS-to-DC转换器、一个LTC2054缓冲器和一个LT1632误差放大器组成。
图1所示。正弦波振荡器的原理图,由一个基于lt1632的低失真维恩桥振荡器核心和一个ltc1968控制的振幅稳定回路组成。LTC1968的输出等于正弦波的有效值电平除以3。
振荡频率为1/(2πRC),其中R和C为放大器的正反馈分量。负反馈网络的衰减近似为3,以匹配正反馈网络中遇到的衰减。2N4338 JFET作为可变电阻,其电阻根据其栅源电压偏置而变化。改变JFET的偏置可以调整振荡器的增益,从而调整产生的正弦波信号的幅度。该电路的导通时间和振幅稳定时间主要由LTC1968的稳定时间决定,LTC1968的稳定时间通常在1毫秒左右,平均电容为0.01μF。
LTC1968精确测量LT1632输出正弦波的RMS振幅,并给出对应于正弦波的RMS电平除以3的直流输出。其输入端的电阻衰减器允许LTC1968输出保持在≤1V的低误差区域内,输出正弦波高达3V(RMS)。
LTC2054缓冲LTC1968的输出,使输出长造成的误差最小,而LT1632误差放大器将正弦波的有效值电平与V(SET)进行比较,从而设置所需的有效值幅度。误差放大器控制JFET的栅源电压偏置,从而相应地调制幅值。如图所示,正弦波的输出振幅为:
在JFET栅极处的10k-11.5k电阻衰减器补偿了JFET的通道调制效应,否则会导致电路中出现严重的谐波失真。
用惠普3589A频谱分析仪测量,该电路在100kHz, 1V(RMS)正弦波输出时的谐波失真为-92dBc(0.0025%)。振幅稳定性优于-60dBc(0.1%)。使用2V(RMS)输出时,电路的性能仅略有下降,谐波失真为-80dBc(0.01%),幅度稳定性为-55dBc(0.18%)。
LTC1968可以测量频率高达500kHz的正弦波的振幅,绝对误差小于1%(与电路的振幅稳定性无关)。使用该电路产生更高频率的正弦波是可能的,高达15MHz带宽的LTC1968。
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