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  裝擴大機,設計分音器,調整錄音機的磁頭位置,偏壓和錄音電平,總不免要用到聲頻信號產生器。但是為了做個分音器,去買部廠製信號產生器,卻也花不來。

  現在市上的廠製聲頻信號產生器,以能產生的波型來說,大致分為三類,最便宜的,只能產生正弦波,好一點的,除正弦波外,還有方波輸出,至於有三角波輸出的,價錢就可能相當貴了。

  信號產生器價格(姑且以價格定品級)的另外因數,一是精密度,也就是實際所生信號頻率及電壓是否與刻度所指相吻合?最大誤差到多少%?另一為各種波型的失真程度,以正弦波來說,在30~100KHz間能維持0.5%,兩端為1.5%以內已經是非常不錯了。至於方波和三角波之失真,通常不用%表示,而代以上升,下降所需時間及其均勻度。

  於此想介紹的是一部三波型的信號產生器,可以產生的頻率範圍,由1Hz到110KHz,最大輸出為20V P-P,兩端偏差在-2dB以內,可說與成品毫無遜色。至於其失真、輸出頻率、電壓的準確度,則視以下的條件而定:

  失真: 大致被電源電壓的穩定度、紋波率,IC的線性,各輸出晶體的對稱性、線性以及裝配接線(可能引起感應,及串入地迴路紋波)等因素而定。

  頻率誤差: 一般廠製機,多用可變電容調整頻率變化,所以精確度較高。本機因線路設計採用電位器做為調整,理論上由於電位器每次旋轉於同一角度時,接點電阻未必相同,所以準確度可能稍遜,如果讀者不厭其煩時,亦可將VR1改成步進開關,成為定點頻率,如果電阻、電容經過仔細挑選的話,還是不難達於±2%以內的程度,而事實上,一般業餘使用,有個±6~8%誤差,已相當滿意了。

  輸出電壓: 除振盪電路時測結果,兩端下降約二分貝之外,其準確程度端賴對最大峯值輸出的校調,以及步進衰減器上分壓電阻的選擇。

線 路 析 述

  本信號產生器,分成兩大部份,即電源供應與信號產生器本體,並合裝於一塊線路板上完成。

  為適應uA709演算放大器及全對稱OCL輸出之需要,電源設計為雙電源,正負各十六伏,0.5A。又為了使信號產生器本身具有高度的輸出穩定性及最小之失真,採用了高穩定度的穩壓及反紋波電路,如圖一所示。此部份線路原理,因與信號產生器本身無關,茲不詳述,讀者只要照裝便可以了。

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  信號產生器部份的電路,大致又分為信號發生、整型及輸出等三部份。信號發生由IC1及附屬電路擔任,輸出波型即為三角波,是故可直達輸出電路而無須加以整型,但方波及正弦波則要分別經過各自的整形電路。

  於此順便一提的是,一般市售信號產生器,亦有先產生正弦波,再整形為方波或三角波者,本機則利用uA709的特性,先產生三角波,使整個線路大為簡化,成本亦隨之降低。

  以下是各部份電路工作的情形和原理:

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IC1和IC2構成積分信號發生器

  IC1的輸出,雖然是三角波,可是其工作原理,卻是與IC2相連而形成積分信號發生器。在圖中,我們可以看到,IC1的反相輸入接自兩處,第一路是來自IC2的輸出經電阻分壓,第二路則接到一組與IC1輸出相連的時常數電容器上。事實上R5及C1~5就構成了充放電的時常數電路。電路工作的情形是:在開機的瞬間不平衡,就可能自IC1的反相輸入點加上一些電壓,設此電壓為正,則IC1的輸出將趨於負,於是在R1~5任一檔電容的兩端形成壓差,此時電容開始充電,在充電的過程中,當然可能抵消來自R5上的正電壓,直到電荷充滿為止。但此時請考慮,IC1的輸出乃接於IC2的正相輸入上,因是當IC1的輸入為正時(充電完成),IC1及IC2的輸出均為負,同時請注意,IC2的接法,並非線性而是觸發的,也就是IC1的輸出必須負(或正)到一定的程度,才能使IC2的輸出轉趨於負(或正)。這樣便開始激起一串連續不斷的振盪。此時,在IC1的輸出端所輸出的是由時常數電路所構成的三角波,而IC2的輸出則為受觸發後的方波。

  此電路的振盪頻率,與IC1的輸入電壓(亦即R1 R2及VR的分壓)及時常數電路,和IC2的觸電壓(R3及R7分壓決定)均有關係,如例成公式為:

  f=Ein/4EoT

  式中,f為振盪頻率,Ein為IC1的輸入電壓,Eo為IC2的觸發電壓,T為時常數。

  Ein可自R1 R2及VR的分壓上取得,例如當IC2的輸出為+14伏或-14伏時(它沒有等於飽和電壓以外的電壓可能)如VR旋於最上方,則Ein將約為11伏(分壓所得)。

  Eo在R6=15K,R7=10K的情形下,約為10伏。

  T則可由R5與C1~5任何一檔求得。

  根據以上的公式,我們安排了R5=25K,所以C1~5只要是一個十倍的級數,便可產生十進的頻率粗調檔而且每檔正好由1~11(因有VR的變數,頻率範圍當然可以互相涵蓋)成線性發展。

正弦波整形電路

  由IC1及IC2的輸出我們已分別獲得方波及三角波,是故無須經過整形便可以送入輸出電路。但為了獲得正弦波輸出,我們就要另加一整形電路處理不可了。整形電路的原理,相當簡單,就是利用一串二極體,使三角波經不同分壓電阻後,逐次導電,而把三角波的尖端削成正弦波狀。當然,這種方法所產生出來的正弦波,嚴格說來並非真正的正弦波,但如分壓網路安排得當,亦不難削出趨近於實用的正弦波。

  本電路,正負雖只用了各四個二極體,由於二極體的導電,事實上並非到達順向電壓後立即上升的,所以整形狀況已堪實用,讀者有興趣時,不妨增加二極體試試,但要記得把整個分壓網路在相同的範圍內壓縮。

  整形後的波型雖為正弦波,但其波幅尚不夠整出電路之用,所以特用IC3接成線性放大器,將正弦振福放大。

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  以上三種波型的輸出,雖已有相當的振幅,為了實用,還需將其阻抗降低。一般電路中,降低輸出阻抗的方法多用射極輸出電路。本電路因有雙電源之便,順理成章地接成OCL輸出,不僅能獲得更長的線性範圍,亦可減少失真,此OCL電路與一般擴大機所用者無異,於此不贅。

零 件 選 擇

  本器全部零件,在市上購買雖無困難,仍宜謹慎選擇為要:

  IC1~3使用uA709,是目前比較普遍而廉價的OP-AMP。有兩種形式,本機採用為單只金屬殼形。

  D1~14均為偏壓用二極體,任何型號均可以,但D1~8要選用順向電壓極為均勻者。

  TR1~2為對稱輸出管,可用最廉宜的CS9012/CS9013,但在台灣許多淘汰的晶體充斥於市,不僅難於買到對稱的,甚至還有許多連VCEO都不夠,在此情形下,為維持這部「儀器」的品質,便只好多買一些回來,用HFE表挑選,或者是最好向有曲線顯示器的電料行,購買經配對好的對裝管使用了。

  C1~C5因控制了全機的振盪頻率,除了要選無極性者外,更要注意其誤差不要大於±10%,能多買一些回來挑選自然最好。適用的電容器為雲母或塑膠薄膜型,1uF的大電容較難找,可到舊料行裡去找找看。

  至於電源供給部份的晶體,除輸出管要用中等功率以上的晶體,如TIP29/30等外,其餘均可用廉價的CS9012/9013。

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安 裝 及 調 整

  全部電路,可以安裝於如附圖的線路板上。插入零件時,請特別注意所有晶體的接腳,有一部份是要將基極自集射極間扳過來插才對的。

  在全部線路上,有幾個零件前面沒有提到,它們是IC1及IC3的腳間的外補償電路,請勿忘記接入。另外R23為緩衝用電阻,使三角波輸出免於被割切。

  本信號產生器的品質,主要決定於使用零件的精確程度上,尤其是C1~C5及TR1~2。全機裝成後可裝入購得的小儀表箱內,SW1極VR的接線要盡量縮短,三種波型輸出可用較粗的隔離線連到輸出點。面板設計如附圖(編註: 本面板及線路板,本刊已製成照相版,讀者如需服務請來信)。

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  全機既經裝成,即需進行調整工作,首先是各種波形輸出電平的調整,可經VR1-3來進行,務必調整到各種波形的輸出峯值均相同的程度,最好正是10伏(即20伏P-P)。接著可以用示波器核對一下,SW2的10倍衰減電路與示波器的電路是否相符。

  最後,是頻率的核對。依據本線路設計,可發生由1Hz~110KHz的信號,並分成五檔為粗調,各檔範圍,分別為

  x1           1~11Hz

  x10         10~110Hz

  x100        100~1.1KHz

  x1000       1K~11KHz

  x10000      10K~110Khz

  實際上由於各人製作零件的不同,可能頻率會有出入,為求正確,一方面可用其他較精密的信號產生器,以示波器做李沙育圖形比較校調,更換不同的C1~5,使每檔的最低頻率盡可能相同。然後,便在頻率幼調VR上,平均刻上十一個刻劃(十個間隔),如此一部實用的三波型信號產生器,便算大功告成了。

轉載音響技術第1期 JAN. 1976 簡單易製三波型聲頻信號產生器/梁清一

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