电子测量与电子电路9

RP用于调节负反馈的大小，使电路输出的幅度
满足设计要求。
该电路的起振条件为：V+＞V－=Rf1/(Rf1+Rf2),由于 V+=1/3Uo，所以V－略小于1/3Uo电路即可起振。根 据式Rf1/(Rf1+Rf2)略小于1/3，可得： Rf2略大于2 Rf1电路就可起振。 电路振荡频率由下式决定：
1 f0 2RC
根据需要的的振荡频率，选择单位增益带宽合适 的运放，振荡频率越高，要求运放的单位增益带 宽越高。一般应选择运放的单位增益带宽大于所 需振荡频率的10倍。
⑷、LC正弦波振荡电路的分析与设计
在LC振荡电路中，以电感（L）和电容（C） 元件构成选频网络，可以产生几百KHZ，甚至几十 MHZ的正弦波信号。 LC正弦波振荡器按反馈电路的基本形式来分 有三种：变压器反馈式；电感分压反馈式（Harte
第十一章 信号发生器的设计与调测
一、信号发生器的分析与设计方法
信号发生器常常作为信号源被广泛地应
用于无线电通信以及自动测量和自动控制等
系统中。
信号发生器按其实用的功能分为两大类：
信 号 发 生 器
通 用 信 号 发 生 器
专 用 信 号 发 生 器
正弦波
非正弦波 函数信号发生器
调幅/调频信号
扫频信号
t0 u0 0
-Vz
t1
t2
t
R1 u VZ R1 R 2
此时， u0（+Vz）通 过R向C充电……uc上 升……到u+时，则u0 跳变为低电平，
t
R1 u Biblioteka z R1 R 2R1 VZ uc将通过R放电，当uc下降到： uc R1 R 2
时， u0由低电平跳变为高电平，以后又重复上述过程。于 是在输出端产生了正、负交替变化的矩形波。
当
U1 U1

`

即：U 1 k U 1 时
`

将开关臵 2 位臵，电路形成为一个闭 合的振荡环路，振荡电路开始工作。 我们把满足以上关系式的条件，称为 电路的振荡条件。 即：振幅平衡条件 k 1 相位平衡条件
2n (n 0,1,2, )
振荡电路的起振并不需要外加信号， 它只需要内部存在的某些扰动，如电流接 通的瞬时变化过程，电路内部的热扰动等 等，这些微小的变化，通过电路的正反馈 过程逐步增强，最后就形成振荡。 当然振荡幅度不会无止境地增长下去 因为随着振幅的增长，反馈信号越来越大， 放大器必将工作在晶体管特性曲线的非线 性区，而使振荡幅度的增长受到限制，最 后达到平衡，获得一定幅度的等幅振荡。
⑴、矩形波发生电路
① 电路组成
RC充放电 回路
迟滞比较器
矩形波发生电路原理图
图中：运放与电阻R1、R2 组成迟滞比较器； R与C构成充放电回 路；稳压管D和电阻 R3的作用是钳位， 把输出电压的幅度 限制在稳压管的稳 定值±Vz
u_ u+
② 工作原理
uc
设t=0时， uc=0 u0为 高电平；则：
0 L 1 r 0 L Z0 Y0 r r
2 2
2
1 L 1 2 Q rC
从以上分析所得结论：
LC并联电路具有选频特性，选频频率一般 1 由LC的值决定，即： f 0 2 LC 电路谐振时，回路电流和回路电压同相位，
②负反馈稳幅网络电路分析
输出幅度稳定的正弦波信号是对振荡电路 最起码的要求，所以在振荡电路中都接入了负 反馈网络。
· Uo R3 R4 · UB 从图可见：
R4 UB UO R3 R 4
GND

若放大器工作在线性 放大区，则应有：
(UA UB ) K UO

则电路振荡时，根据上式得：
r
该电路的复数导纳为：
1 r L Y jC 2 j C 2 2 r jL r (L) r (L) 2
ui
Z
0

900
f
0
f
Z
0
－ 900
f0
f
当回路导纳的虚部等于零时，回路电流和回路 电压同相，电路发生并联谐振。设并联谐振的角频 率为ω0，则由上式知： 0L 0C 2 0 2 r 0 L
电路呈纯阻性。
电路谐振时，流经电感的电流与流经电容的
电流大小相等，方向相反，且等于电路总电
流的Q倍。 电路的品质因素Q越大，选频特性越好。
②电容三点式LC正弦波振荡电路特点
由于反馈电压取自电容C2，对于高次谐波阻
抗很小，于是反馈电压中的谐波分量很小， 所以输出波形是三种电路中最好的。
调节C1或C2可以改变振荡频率，但同时会影响
③振荡周期
在C放电过程中，C两端的电压uc从
R1 u VZ R1 R 2
R1 VZ 变为 uc R1 R 2
所需的时间等于矩形波振荡 周期 的一半。
即： t2－t1=T/2
则矩形波的振荡周期为：
2 R1 T 2(t 2 t1) 2 RC ln1 R2
起振条件，因此这种电路适于产生固定频率的
振荡。
振荡频率较高，可以设计到几百MHZ。
电路的起振条件为：
式中：rbe为放大管输入等效 阻抗。
C 2 rbe C1 r `
r为折合到放大管集电
极和发射极间的等效 并联总损耗电阻。
注：该公式证明可参阅清华大学童诗白教授所著
《模拟电子技术基础》一书的上册部分（高教
1 R4 ( UO UO ) K UO 3 R3 R 4
稳幅条件
R4 1 1 R3 R 4 3 K
要使振荡电路输出为幅度稳定的正弦波，必 须保证上式为恒等式。 稳幅过程如下：若由于某种原因使输出电压 · · · Uo增加，UB的电压增加，致使Uo下降。
为了进一步提高稳幅的效果，R3常常采用由具 有负温度系数的元器件（热敏电阻、晶体管等）与 固定电阻组成。
Ly);电容分压反馈式（Copitt）。
变压器反馈式LC正弦波振荡器电路图如下：
电路特点：
Vcc
RB1 C L1 L2 容易起振。 易与负载匹配。
CB
RB2
振荡频率可调范围大。
RE CE 抗干扰能力差，变压器
需采取屏蔽措施。
变压器体积大，损耗也 大。
电感三点式LC正弦波振荡器电路图如下：
由上表达式可知，改变充、放电回路的时间 常数RC以及迟滞比较器的电阻R1、R2可调节矩形 波的振荡周期。
⑵、三角波发生电路
① 电路组成
迟滞比较器 积分电路
u+
u01
u0
② 工作原理
u01
0 -Vz +Vz 设t=0时， u01为高电平，
uc=0
t
根据叠加定理，有：
u0
0
R1 R2 u u 01 u0 R1 R 2 R1 R 2
视频信号
1、正弦波振荡电路的分析与设计 正弦波振荡电路是正弦信号源的核心电路 正弦波振荡电路的分析也是研究一切信号 产生电路的基础。 ⑴、产生正弦波振荡的条件
1 S

放大电路（k）

UO k U 1


U1
～
2

U 1 UO

`
` U 1 k U 1

反馈网络（β）
从上图中可知：
由此可解出：
0
1 r 1 0L
2

1 LC
令
Q
0L
r
（称为电路的品质因素）
则： 0
1 1 2 Q 1

1 LC
当Q》1时（LC振荡电路的Q值一般为几十到几百倍），
0
1 LC
即：
f0
1 2 LC
LC并联电路谐振时，其等效阻抗的表达式如下：
③实用的RC文氏电桥振荡器
Rf2 R2 D1 D2 C R
oUo
负反馈 网络
Rw Rf1 R
R1
V－ _ V+
C
+
正反馈选 频网络
图中：负反馈电路由Rf1和 Rf2组成，而Rf2又由二极管
D1和D2（利用二极管的等效电阻随外加电压的
增大而减小的特性）、R1和电位器RP组成。 加大与二极管并联的电阻R2，减小R1，可使二极 管的作用更明显，稳幅效果更好，但波形失真 将会增大。
RC正弦波振荡电路（又称为文氏电桥振荡器）用 以产生低频正弦波信号，是一种使用十分广泛的振荡 电路。
正反馈 选频网 络
R1 C1 A C1 R2
R3
负反馈 网络
Uo
B
R4
GND
① 正反馈选频网络等效电路分析
． Uo R1 C1 ． UA R2
C2
GND
1 令： Z1 R1 jc1
1 R2 Z 2 R 2 // jC 2 1 jC 2
出版社）第369页。
③电容三点式LC正弦波振荡器设计要点
（参看讲义174、175页）
静态工作点的选取：
一般取ICQ =(0.5~10)mA。 偏置电路元件的确定的方法与晶体管单级放大 器相同（见讲义P146）。 注意：Rf的接入起到稳幅、调节Avf、调节ICQ 和改善波形失真的作用，其取值一般在几十Ω 至几KΩ 之间，最后在调测时确定其实际值。 根据振荡频率的要求，确定谐振回路元件的取值: 1 f0 2 LC
RB1
Rc
负反馈 C1
Rf RB2 RE
C2
L
图中：放大器的静态 工作点由RB1、 RB2、Rc、RE、 Rf等元器件组