具有电容器电子调节功能的函数发生器

本文设计了一种幅度恒定、频率可调的矩形波和三角波函数发生器，其对主发生器和积分器中的等效电容采取电子同步控制。这种控制之所以能够实现，是因为在反馈电路中使用了电压中继器，其中通过传输系数调节器将电容器包含进来。x6mednc

众所周知的函数发生器包含一个主矩形波发生器，它将RC积分器连接在输出端，其中电阻器起到稳定电流发生器的作用。这提供了电容器线性充放电，并在其极板上形成三角波电压。x6mednc

该经典方案的缺点是这种发生器只能在一种频率下工作，因为当频率改变时，三角波输出信号的幅度会显著改变。为了确保这种发生器在改变频率的同时使三角波输出信号的幅度保持稳定，需要使用幅度稳定方案，或者在生成频率变化的同时对积分器电容器的电容同步调整。x6mednc

通过对其电容器的等效电容进行电子调节，可以解决主发生器的同步频率变化和积分器电容器的电容相应成比例变化的问题。RLC元件参数的电子控制原理在参考文献[1-7]中进行了描述。因此，可以通过在反馈电路中使用电压中继器，通过传输系数调节器将有功元件和无功元件包含在反馈电路中，实现对这些元件等效参数的控制[7]。x6mednc

如果将电位器连接到电压中继器的输出端(图1)，并且在其滑动触点和中继器的输入端之间连接电容器C₀，则根据以下公式调节电位器，电容器C_equ的等效电容将从标称值变为几乎为零。x6mednc

C_equ=C₀·(1–K_trans) x6mednc

其中，K_trans是从电压中继器的输入到电位器滑动触点的传递系数，K_trans=0…1。x6mednc

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图1：函数发生器的电气原理图，其电容器的等效电容具有电子调节功能。x6mednc

图1中的函数发生器包含LM348芯片运算放大器U_1.1上的矩形波脉冲RC发生器。该发生器输出信号的频率为100-1000Hz，并馈送到积分链R₃和C₂，其中高阻值电阻器R₃充当稳定电流发生器。然后，在电容器C₂的极板上形成三角波信号。进一步地，从运算放大器U_1.3上的电压中继器输出的信号，经过分离电容C₃进入运算放大器U_1.4上的放大级。x6mednc

当反馈电压施加到电容器C₁和C₂其中一个极板时，其等效电容将会减小。该电压与输入电压同相，并由双电位器R_6.1和R_6.2调节。x6mednc

Michael A. Shustov是一名技术科学博士和化学科学学位攻读者，在电子、化学、物理、地质、医学和历史领域出版了800多份印刷作品。x6mednc

参考文献

1. Miller J.M. “Dependence of the input impedance of a three-electrode vacuum tube upon the load in the plate circuit”. Scientific Papers of the Bureau of Standards, 1920, Vol. 15, No. 351, P. 367–385.x6mednc

2. Sheingold D.H. “Impedance and admittance transformations using operational amplifiers”. The Lightning Empiricist, 1964, Vol. 12, No. 1, P. 1,2,7,8.x6mednc

3. Gaon J. “Feedback turns fixed capacitor into variable capacity”. Electronics, 1966, Vol. 39, No. 24 (Nov. 28). P. 80.x6mednc

4. Korshunov A.I. “Smooth regulation of capacitance of capacitors”. Power Electronics (RU), 2014, No. 4 (49), pp. 36–40.x6mednc

5. Plasoianu Gh. “Electronically-variable capacitor with wide range and high value”. EDN. June 20, 2018. https://www.edn.com/electronically-variable-capacitor-with-wide-range-and-high-valuex6mednc

6. Shustov M.A. “Vernier stable current generator of drip type for the range 10^–6…10^–11 A”. Radiolotsman (RU), 2018, No. 9, pp. 42–44. https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=538827x6mednc

7. Woodward S.W. “Synthesize variable in-circuit Rs, Ls, and Cs”. EDN, February 19, 2019. https://www.edn.com/synthesize-variable-in-circuit-rs-ls-and-cs/x6mednc

8. Shustov M.A. “Electronic regulators of parameters of RLC-elements”. Radiolotsman (RU), 2023, No. 3–4. https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=658565x6mednc

（原文刊登于EDN美国版，参考链接：Function generator with electronic regulation of capacitors，由Franklin Zhao编译。）x6mednc

本文为《电子技术设计》2023年11月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。x6mednc