由逻辑电路构成的正弦波振荡器

　　附图是一种使用逻辑电路组成的正弦波振荡器。由于采用单一电路内提供经过缓冲的高通、带通及低通滤波节点的可变拓扑结构，故该振荡器依靠提高基频响应速度的欠阻尼、双极低通滤波器的峰值特性。此外，滤波器的低通节点，可提供12dB/倍频程的谐波衰减。状态可变环路由2个积分器及一个可提供180°相移的加法放大器组成。其中2个积分器都能增加几乎90°的附加相移，因此整个环路对振荡呈现出略小于360°的相移。
　　
　　环路增益模块由宽带与自参考逻辑阀值的无缓冲74HCU04 CMOS六反相器组成。每个独立的反相器，可提供约为15dB的电压增益。当以A类线性模式工作时，反相器产生无交叉失真，从而产生可迅速随谐波增加而减小的谐波波幅。
　　
　　由于74HCU04含有6个反相器，这就便于形成一个单器件振荡器电路。
　　
　　为了解电路是如何工作的，可将ICIC输入的求和节点用作相位参考，ICIC可提供第一个180。相移（反相）。
　　
　　反相器，积分器IC1A与IC1B具有大约15的品质因素Q，并为每个整体提供860的相移。三级放大的总相位余量为180°+94° +94°=368°，这样，电路的相移总计偏离振荡所需的“理想”0°相位约8°的相移。但在8°相移时，电路不振荡。为获得振荡所需的精确360°相移，这里使用取自带通滤波器具有中间输出衰减信号，以获得足够的增益及相位余量而产生振荡。附图中的一对背靠背1N4148二极管D1和D2用作对称限幅器，以避免CMOS管的栅极将带通滤波器的输出削波。
　　
　　软削波通过在削波器的输出上产生-17dB、的三次谐波电平，可放宽对滤波器的性能要求。滤波器响应在振荡频率的17dB处达到峰值，且低通节点可为一54dB的理论三次谐波的总体抑制提供20dB的三次谐波衰减。
　　
　　实际上，CMOS器件的增益与阀值特性与理想指标并不一致，因此，电路在低通节点处产生大约有1%失真的正弦波，这对于预期应用来说为一个可接受水平。滤波器的高通节点为第一积分器提供输入信号，且2个级联积分器对所有频率成分而言其相移均接近180°并将谐波频率衰减1/N2倍。
　　
　　其中N代表谐波次数。
　　
　　从低通滤波器信号减去一些由二极管限幅器产生的谐波所组成的高通信号，可进一步减少输出的谐波成分。
　　
　　电阻R8与R9构成一个10比1消除电路，可为信号输出端的0.5%失真数字提供额外的6dB谐波缩减。图2显示500Hz输出基频的谐波水平。
　　
　　振荡发生在积分器容性电抗等于积分器阻抗的单位增益处，其频率等于1/(2xπxRxC)，其中R= (RV1+R2)= (RV2+R3)，且C=C1=C2。对于c=“10”nF及8kΩ～80kΩ的R值，电路产生200Hz至2 kHz的频率。
　　
　　用户可用一个100kn的双联立体声音频电位器来进行频率控制。该控制的联动部分可确保积分器的阻抗足以相互跟踪。为覆盖2Hz至200 kHz的音频频率范围，还需增加一个双联波段开关（图中未绘出）来选择其值分别为1mF、100nF、10nF、1nF及100pF的电容器对。这里可以使用温度稳定的匹配陶瓷电容器对，但薄膜介质电容器可提高频率稳定度。补偿电容器C3可改善更高频率的输出平坦度。在一个典型频段内，输出幅度的平坦度保持在1dB以内。

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