方波三角波/音頻訊號產生器製作－老音響資料庫/蘇桑部落格

　　任何一位讀者在完成擴大機的製作後,總免不了想到要波形觀測一番,如果手邊有示波器、信號產生器還好辦,否則很可能就得搬機器到朋友或同學家裡,甚或請人代測了。對於業餘製作者言,本刊曾刊載過數篇有關RC信號產生器的製作;而其中由白金弘先生設計的AFO-12音頻振盪器,自38期以來即由讀者服務部長期供應。

　　AFO-12音頻振盪器不同於常見的功能信號產生器(如本刊的SFG-1000),後者雖具有各種波形輸出,且能做猝發波調變,工作週期亦可調......等諸項特點,但對使用者來說,非要有相當的操作概念和雙線示波器才有意義。因此一台音頻振盪器(通常都以正弦波為主)的基本要求是:簡單易製、造價低廉,最好所有元件,包含開關、旋鈕,全部焊在PC板上,而且頻率採用固定式,或以一個八度音程排列(AFO-12即是);並且由低頻至高頻,其輸出振幅均應維持不變。

　　本文所談論的就是一部簡單而性能不錯的音頻振盪器製作,在一定頻率內,它能提供響應極佳的方波(Square Wave)和三角波(Triangle Wave)。方波可以用來測試前級或後級的頻率響應,也可以用來觀測放大器或揚聲器的暫態響應。而以三角波在觀察放大器的切割和過荷時,要比正弦波(Sine Wave)容易得多。至於已經購買AFO-12的讀者,則只要再花少許的錢,就能擁有一套完整的音頻振盪器。

動作解說

　　初次看到這個線路是在今年1月號的Audio雜誌上,由於原文沒有PCB圖樣,也沒有完成品實體照片,因此未多加注意。直到最近利用空閒重新翻閱Audio時,覺得此電路甚為簡潔,而且全部元件皆可在本地市場上買到,再略為估計總花費(不超過1000元),決定繪製印刷底版圖,先行試做一片。

　　完整振盪器線路見圖一,運算放大器IC1被接成非反相放大,經由正回授振盪出方波;方波被送入IC2積分成三角波。由於IC2在這裡是做為積分器,故應接成反相輸入,即正向輸入端(第3腳)應接地才對。在Audio原文上,IC2被繪成非反相輸入,是故在初次製作時即發生問題,不知道是否有其他的人在按圖施工?

　　同時經由回授電阻R17,IC2也控制了IC1的轉換點;而積分頻率則由電阻R1~R15及電容C5 C6決定之。IC1與IC2都是FET輸入,具有極高的輸入阻抗,因此雖然積分電阻用到400KΩ之高(R9串聯R10),以及最低值的8K(R1原為8.25K,與R9、R10併聯),都不會對IC的動作產生影響,使得積分頻率相當精確。當然精確的頻率亦取決於精密的RC元件,本篇製作宜用±1%誤差者。

實際裝機程序

　　全機的完成共分三部份:①PCB插焊,②電源電路製作,③機箱及開關的裝配。主PC板及零件配置請見圖二,並請與線路對照。在PC板上有幾個電阻是線路圖上所沒有的,可以不必裝。而IC1與IC2的接腳一定要弄對,IC1 LF357N是塑料包裝,外型與RC5534AN相同,有小圓點指示的是第1腳。IC2 LF356H則是鐵殼包裝,有凸出一塊作指示的是第8腳,至於為什麼一個是塑料包裝,一個是鐵殼包裝?這沒有關係,因為我在中華商場只能買到357N和356H。

　　PC板上有兩條虛線,那是代表跳線;另外從IC1的第4腳要拉一條線到負電源端,這條跳線無明顯標示,但千萬別忘了!整個PC板上要拉線到機箱面板上的有SW1(頻率選擇)、SW2(方波高低電平選擇)、SW3(Hz、KHz選擇)SW4(三角波高低電平輸出選擇),以及VR2和VR3。而在PC板上相對應的各點,可先插上接線柱,以方便和機箱的連接。

　　當主PC板裝製完成後,就來解決電源供應的問題。原製作是使用兩枚8.4V的水銀電池,而在試作時我用的是9V積層電池,雖然電路照樣正常工作,但總覺得使用電池太過麻煩,於是就想到何不以現成的PRO-1515線路板做成±8.4V的電源供應器?

　　有關PRO-1515的線路圖及PCB圖樣請參閱本刊51期及59期,R1用2.2K、R2用4.7K,VR還是用5K,而當R3用2.2K、R4用4.7K時,Zener宜用5.1V,如此電壓的可調範圍即是±6.2V~±12V。變壓器則直接取用PRO前級序列專用電源變壓器,次級圈電壓為15-0-15V。電容器C1用1000μF/25V,C2及C3用470μ/15V即可。

　　前兩部分完成,就著手最後一項。由於沒有現成的機箱,因此就到中華路買了一只。面板上的洞是先用⅛"小鑽針鑽出正確位置,再用¼"鑽針重新鑽過,最後再以擴孔器擴孔。面板上除要裝四個Switch、2個VR外,還得預留2個BNC輸出座及電源開關、電源指示燈的孔位;其中SW2~SW4可用3P搖頭開關。

　　SW1與PC板連接時,只需接①、②、④、⑥、⑧、⑪諸點,而第①點根本是空接。在PC板C4的下方,有個正方框內有箭頭做標記的,即是接住SW1的主接點。VR2與VR3的中間點亦不需與PC板連接,直接焊到BNC輸出座即可。波形輸出座不見得非用BNC型式的才可以,但以博士端子代用時,請注意正負端子間是有固定孔距的。最後再從PC板上的負端任找一個點拉線到機箱做接地處理,全機的裝配就算完成了。

　　至於PC板上空著的電阻,是用來增加頻率段數時用的,但除非是正弦波,否則這幾段頻率已經夠你用了;況且它的頻率也同示波器的垂直和水平刻度,呈1-2-5倍率增加。我是因在測試後級放大器時習慣以30KHz方波注入,故在R3的位置上裝了一枚15K的碳膜電阻。

調校及波形觀測

　　只要零件數值沒錯、極性正確,而配線又無誤的話,插上電源本機就可工作。但此時你得找一部計頻儀來做精確的調校,首先將本機至於1KHz,輸出接往計頻儀(方波或三角波均可),然後慢慢調整VR1,使計頻儀出現「1000」四個數字。我是以Trio FC-756計頻儀(500MHz)校準,當1KHz校準後(實際為1001Hz),觀察其他頻段頻率,亦都十分精確(只有最高頻段有3%之誤差)。如果沒有Counter,也可以用示波器來調,將示波器的水平靈敏度掣撥至100μS/DIV,然後旋轉VR1,使一個完整方波剛好佔滿幕面。

　　當本機接上National VP-5230雙線示波器時,除了顯示漂亮的波形外,其輸出振幅在各段頻率均維持不變。不過本機依然有個可變的元件,能改變本機使其更適合你的需要。電容器C7在這裡用的是180pF,提高C7的數值,可提高振盪頻率,但對2KHz以上頻率的準確度會有略微的影響,而且會降低三角波的輸出振幅(即輸出電壓)。

　　相反的,降低C7的值,亦降低了振盪頻率,但卻使三角波的輸出振幅提高。因此當你要求極為嚴苛時,可以示波器(示波器顯示振幅為p-p值)接在三角波的輸出,然後以計頻儀接到方波的輸出,再調整C7,使方波能顯示精確的50KHz(本機實測為48.509KHz,誤差不可謂不大),而三角波的振幅亦能與1KHz同。