第八章波形发生电路要点
8波形的产生和转换电路
振荡条件 幅度平衡条件 相位平衡条件
AF 1
AF 1
AF = A+ F= 2n
(5-4)
起振条件和稳幅原理
振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一 些，即要求:
| A F |1
这称为起振条件。
. . 既然 | A F | 1 ，起振后就要产生增幅振荡，需要靠三
一、 LC并联谐振回路选频特性 1. 等效阻抗 一般有 R L 则
1 ( R jL) jC Z 1 R jL jC 1 当 0 LC
Z L C 1 ) C
等效损耗电阻
R j(L
时， 电路谐振。 0
1 LC
为谐振频率
L Q 谐振时 阻抗最大，且为纯阻性 Z 0 Q 0 L RC 0C 其中 Q 0 L 1 1 L 为品质因数 R 0 RC R C 同时有 I I Q I 即 I I I
(5-2)
8.1.1 概述
一、 产生正弦波的条件 传递函数
AVF sCR A( s ) 1 (3 - AVF ) sCR ( sCR )2
令
AVF A0 3 - AVF 1 0 RC
Q 1 3 AVF
图7.4.18二阶压控型BPF
得
A0 A( s ) 1 s
s Q 0 ( s )2
(5-28)
电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。如果设 某个瞬间集电极电流减小，线圈上的瞬时极性如图所示。反 馈到发射极的极性对地为正，图中三极管是共基极接法，所 以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的 相位条件。
图a 共基
图b 共射
波形发生电路
二、实验内容与步骤 3、三角波发生电路 、
实验电路如图3 实验电路如图3-8-3所示。 所示。
图3-8-3 三角波发生电路
(1)按图接线，分别观测V 的波形并记录。 (1)按图接线，分别观测V01及V02的波形并记录。 按图接线 (2)如何改变输出波形的频率？ (2)如何改变输出波形的频率？ 如何改变输出波形的频率
实验电路如图3 实验电路如图3-8-1所示，双向 所示， 稳压管稳压值一般为5 6V。 稳压管稳压值一般为5-6V。
图3-8-1 方波发生电路
(1)按电路图接线，观察V 波形及频率。 (1)按电路图接线，观察VC、Vo波形及频率。 按电路图接线 (2)分别测出R=10K、110K时的频率，输出幅值。 (2)分别测出R=10K、110K时的频率，输出幅值。 分别测出R=10K 时的频率 (3)要想获得更低的频率应如何选择电路参数？试利用实 (3)要想获得更低的频率应如何选择电路参数？ 要想获得更低的频率应如何选择电路参数 验箱上给出的元器件进行条件实验并观测之。 验箱上给出的元器件进行条件实验并观测之。
二、实验内容与步骤 4、锯齿波发生电路 、
实验电路如图3 实验电路如图3-8-4所示。 所示。
图3-8-4 锯齿波发生电路
(1)按图接线，观测电路输出波形和频率。 (1)按图接线，观测电路输出波形和频率。 按图接线 (2)如何改变输出波形的频率？ (2)如何改变输出波形的频率？ 如何改变输出波形的频率
二、实验内容与步骤 2、占空比可调的矩形波发生电路 、
实验电路如图3 实验电路如图3-8-2所示。 所示。
图3-8-2 占空比可调的矩形波发生电路
(1)按图接线，观察并测量电路的振荡频率、幅值及占空比。 (1)按图接线，观察并测量电路的振荡频率、幅值及占空比。 按图接线 (2)若要使占空比更大，应如何选择电路参数并用实验验证。 (2)若要使占空比更大，应如何选择电路参数并用实验验证。 若要使占空比更大
基于Proteus的数字电路分析与设计第8章 脉冲波形发生器
6.2.1 施密特触发器的基本概念
3. 逻辑符号
1
vI
vO
1
vI
vO
同相传输
反相传输
4. 施密特触发器的电压传输特性
vO
VOHvOVOH来自VOL0VT VT
vI
VOL 0
VT VT
vI
6.2.1 施密特触发器的基本概念
5. 施密特触发器与电压比较器
vI
(a)
VT+ VT
VT-
t vO
(b)
0
t
vO
VT
R1 vI’1 / 2VDD
0V
VT
1 2
VDD
(1
R1 R2
)
（3）当vI大于VT+时，电路转到另一稳态：vO1 ≈ 0V ，
vO ≈ VDD 。
8.1.1 由门电路构成的施密特触发器
（4）当vI由高变低时，vI ' 也由高变低。当vI' ≤1/2VDD 时，电路又将发生转换。此时对应的vI称为VT-。
脉冲信号整形则要用单稳态触发器和施密特触发器
本章将介绍常用的施密特触发器、单稳态触发器和 多谐振荡器，同时介绍一种多用途的定时电路——555 定时器。
8.0 概述
1.脉冲信号的定义 按非正弦规律变化的信号均可称脉冲信号。
方波：
（对称方波） （不对称方波）
三角波：
锯齿波：
8.0 概述
2.脉冲信号的参数
v
0
Tw
T
Vm t
Vm 幅值 T 脉冲周期 f=1/T 频率
Tw 脉冲宽度 q=TW/T 占空比
8.1 施密特触发器
1. 什么是施密特触发器？ 施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。
波形发生电路(自激振荡电路)
负反馈放大器中，为了改善电路的性能，引入的是负反馈，即
(U U ' U i f i
）
' U U o U i i f
（深度负反馈的条件）
一旦在多级放大电路的低频或高频段上，附加相移 A F (2n 1) (n 1.12 ）
使
U U ' 0 U i f i
得到振荡信号等效电路 ① 电路突出的特点：管子的 三个电极分接回路的三条引线； 反馈电压取自 L1 和 L2 的分压。 暧时极性法判断： A
U U i f
，取自 L2 两端，故称电感三点式。
F 正反馈，满足相位平衡条件。
f0 1 2 LC ( L L1 L2 2M )
于振荡频率的串联谐振回路流看作短路； ——将恒流源、大电阻、大电感，固有频率等于振荡频率的并联谐振回路；固有频率 远离振频率的串联谐振回路流看作是开路； ②根据等效电路或电路组成判断相位条件。 ③根据等效电路估算振荡频率和振荡条件。 *LC 振荡器与 RC 振荡器的区别。 ① 由 电 感 和 电 容 组 成 选 频 网 络 的 LC 振 荡 器 ， 适 用 于 振 荡 频 率 较 高 的 场 合 。
C1 C 2 C 时）
1
F
32 (WCR
1 2 ) WCR
讨论：当
W CR
1 1 0 W Wo W CR RC 时，
模有最大值，
F
1 3 ，相角为0， arctgo 0
arctg
WCR 3
1 WCR
W Wo W Wo 时，模值都下降，相角不为0
实际上，振荡不需要上述假设就可建立起来。 接通电源的瞬间，总会有通电瞬间的电冲击、电干扰、晶体管的热噪声等，尽管这些噪 声很微弱，也不是单一频率的正弦波，但却是由许多不同频率的正弦波叠加组合而成的。在 不断放大→反馈→选频→放大→反馈→选频„的过程中， 振荡就可以自行建立起来。 这个过 程可简述为； 电干扰→放大→选频→正反馈→放大→选频→正反馈→„ 显然，建立过程中，每一次反馈回来的信号都比前一次大。那么，振荡输出会不会无休 止的增长呢？ 晶体管是一个非线性元件，只有在线性区才会有放大作用。开始振荡时，信号较小，工 作在线性区，
波形发生电路原理
波形发生电路原理波形发生电路是一种电子电路，用于产生特定形状和频率的电压或电流波形。
它通常由活动元件（例如晶体管、集成电路）和被动元件（例如电阻、电容）组成。
波形发生电路的原理基于信号的周期性。
一般来说，波形发生电路需要一个参考信号（例如时钟信号、振荡器信号），根据参考信号的周期和幅值来产生期望的波形。
具体的原理取决于所采用的电路拓扑和元件类型。
常见的波形发生电路包括正弦波发生器、方波发生器、矩形波发生器和三角波发生器等。
下面以正弦波发生器为例，介绍其工作原理：1. 整体思路：正弦波发生器的核心思想是利用反馈机制，将一个信号通过放大和滤波处理后再输入到自身，形成一个稳定的正弦波输出。
2. 振荡器电路：正弦波发生器的关键是振荡器电路，它负责产生频率恒定的振荡信号。
常见的振荡器电路包括LC振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等。
以LC振荡器为例，它由电感(L)和电容(C)构成，并配合放大元件组成正反馈网络。
3. 放大器电路：振荡器电路生成的振荡信号较弱，需要经过放大器电路放大后才能得到理想的输出。
这里可以采用放大器电路，如共射放大电路或运算放大器等。
4. 滤波器电路：放大器电路放大信号后，仍然会存在一些杂散信号或高频成分。
因此，需要使用滤波器电路，如低通滤波器或带通滤波器，将不需要的信号滤除，只保留所需的正弦波信号。
通过以上的电路组合，正弦波发生器可以实现将一个参考信号转换成期望频率和幅度的正弦波输出。
实际设计时，需要根据具体要求选择合适的元件和电路拓扑，以实现所需的波形。
需要注意的是，不同类型的波形发生器可能有不同的电路原理和参数设置，本文所述仅作为示例，具体应用需根据实际情况进行调整和优化。
电子技术基础第八章 波形发生和信号转换
图8.2.13
8.2.5 集成电压比较器 一、集成电压比较器的特点和分类
1、特点 响应速度快，传输延迟时间短，一般不需要外 加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等数 字电路；有些芯片带负载能力强，可直接驱动继电 器和指示灯。 2、分类 单、双和四电压比较器； 通用、高速、低功耗、低电压和高精度型电压 比较器； 普通输出、集电极（漏极）开路输出或互补输 出型。 此外，还有的集成电压比较器带有选通端。
例8.2.2 在图6.2.9电路 中， R1=50KΩ, R2=100KΩ, ±UZ=±9V， 已知uI波形，试画出 uO的波形。
图8.2.11
例8.2.3 设计一个电压比较器，使其具有如图8.2.12（a） 所示的电压传输特性。要求电阻在20～100KΩ 之间。
图8.2.12
解：
若R1取为25KΩ，则R2应取为50 KΩ ；或各取为 50 KΩ和100 KΩ 。
由于C<<C0，所以fp≈fs。
二、石英晶体正弦波振荡电路 1、并联型石英晶体正弦波振荡电路 电路如图8.1.29所示，石英晶体等效为电感，和 C1、C2组成电容反馈式正弦波振荡电路。振荡频率 为 f p。 2、串联型石英晶体正弦波振荡电路 电路如图8.1.30所示，石英晶体等效为电阻，振荡 频率为fs。
，即
，φF=0o。
二、桥式正弦波振荡电路 f=f0时， ，所以 图8.1.6 在图8.1.7中
采用非线性环节， 例如热敏电阻以稳定 输出电压。
图8.1.7
三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路
图8.1.9
8.1.3 LC正弦波振荡电路 一、 LC谐振回路的频率特性
图8.1.10
谐振频率
波形产生电路与变换电路
F
可分解为： A F 1
称为振幅平衡条件。 （n = 0 , 1, 2, …)
A F 2n
称为相位平衡条件。
第八章 波形产生电路与变换电路
说明：对相位平衡条件：
A F (o i ) (F o ) F i
FU 即有： Z U Z U Z [F 1]e
1 F 2R 2 T 2T1 2 ln 2RC ln(1 ) 1 F R3
第八章 波形产生电路与变换电路
1 F 2R 2 T 2T1 2 ln 2RC ln(1 ) 1 F R3 1 1 则： f T 2R 2 2RC ln(1 ) R3
即：反馈电压与原输入电压的相位差，也就是信号通过基本放 大器、反馈网络的总相移。所以相位平衡条件就是反馈电压和原输 入电压要同相位，即为正反馈。判断的方法就是瞬时极性法。只有 这两个条件同时满足时，电路才能维持自激振荡。振幅平衡条件可 以通过对电路参数的调节容易满足，所以相位平衡条件是电路能否 产生振荡的关键。 3、自激振荡的建立和起振条件： （1）自激振荡的建立：实际上，振荡器在开始起振时不需要信 号源，靠电路中电路接通时的电扰动，这种电扰动中存在着丰富的 成份，包含频率为fo 正弦信号。 （2）选频网络：为了使频率为fo 正弦信号放大—反馈—再放 大——输出，振荡器中还必须有一个选频网络。
图 8 - 12ICL8038管脚图(顶视图)
第八章 波形产生电路与变换电路
§8.3 正弦波产生电路
一、正弦波振荡器的基本原理
1、自激振荡的基本原理及框图：
如下图：输入信号通过基本放大器得 到输出信号，引入负反馈，调节电路参 数，使之反馈信号等于原输入信号，这 样反馈信号就能代替原输入信号，我们 把这样一个没有输入就有输出的闭环系 统称为自激振荡器。
《模拟电路》重点复习内容
《模拟电路》重点复习内容第一章半导体器件掌握：1，二极管、稳压管二极管的伏安特性。
2，三极管的输入特性、输出特性。
3，场效应管的输出特性、转移特性。
理解：1，PN结的单向导电性。
2，三极管的放大作用。
3，场效应管的放大作用。
了解：1，半导体中的两种载流子。
2，N型半导体和P型半导体以及PN结的形成。
第二章放大电路的基本原理和分析方法（重点）掌握：1，放大的基本概念；放大电路主要技术指标的含义。
2，放大电路的静态和动态、直流通路和交流通路的概念及其画法。
3，放大电路的静态工作点（Q点）求解以及动态技术指标A u,R i,R o的分析和计算。
（必考）理解：1，三极管放大电路的三种组态（共射、共集、共基）的电路组成、工作原理和性能特点。
2，场效应管组成的共源和共漏放大电路的电路组成、工作原理和性能特点。
了解：1，多级放大电路的三种耦合方式（阻容耦合、变压器耦合、直接耦合）的原理和特点。
2，多级放大电路放大倍数和输入电阻、输出电阻的估算方法。
3，场效应管放大电路与双极型放大电路相比较的特点。
第三章放大电路的频率响应掌握：1，频率响应的基本概念。
理解：1，含有一个时间常数的单管共射放大电路中f L、f H的估算方法。
2，波特图的意义和画法。
了解：1，频率失真的含义。
2，三极管频率参数的含义。
3，多级放大电路的通频带与其各级放大电路的通频带之间的定性关系。
第四章功率放大电路理解：OTL和OCL互补对称电路的组成和工作原理，最大输出功率和效率的估算。
了解：1，功率放大电路的主要特点和类型；2，集成功率放大电路的特点。
第五章集成运算放大电路（重点）掌握：1，集成运放主要技术指标的含义。
2，差分放大电路的静态工作点，以及差模电压放大倍数、差模输入电阻和差模输出电阻的计算方法。
理解：1，差分放大电路的组成和工作原理，以及差分放大电路在四种不同输入、输出方式时差分放大电路的性能特点。
2，各种电流源（镜像电流源、比例电流源、微电流源）的工作原理和特点。
波形发生电路知识点总结
波形发生电路知识点总结1. 波形类型常见的波形类型有以下几种：正弦波：具有周期性和连续性的波形，是最基本的波形之一。
在交流电路中经常使用。
方波：由高电平和低电平组成的矩形波，具有快速上升和下降的特点。
适用于数字信号传输和逻辑电路输出。
三角波：呈现出线性上升和下降的波形，广泛应用于音频设备、振荡器等领域。
锯齿波：呈现出线性上升和垂直下降的波形，适用于音频合成、频率分割等领域。
2. 基本波形发生电路基本波形发生电路可以通过适当的组件连接和操作产生所需的波形信号。
其中常用的波形发生电路包括：正弦波发生电路：通过RC振荡电路或晶体管振荡电路可以实现正弦波发生。
振荡电路的频率和幅度可以通过调节电路元件来实现。
方波发生电路：使用运放、比较器、多谐振荡器等电路可以实现方波波形的发生。
三角波发生电路：利用多谐振荡器、反相积分电路等可以产生三角波波形。
锯齿波发生电路：通过简单的积分电路和反相放大电路可以实现锯齿波波形的发生。
3. 信号发生电路信号发生电路是指利用电子元器件产生特定频率和幅度的波形信号。
信号发生电路被广泛应用于音频、视频设备、通信系统中。
常见的信号发生电路包括：电压控制振荡器（VCO）、频率合成器、数字信号发生器等。
VCO是一种基于电压控制的振荡电路，可以通过改变输入电压来调节输出频率。
VCO广泛应用于频率调制解调、PLL锁相环等领域。
频率合成器是一种将基础的频率信号合成成其他频率信号的电路。
频率合成器可以通过相位锁定环（PLL）等原理实现。
数字信号发生器是一种通过数字信号处理技术产生特定波形信号的设备。
数字信号发生器可以产生各种波形，实现高精度的信号发生。
4. 波形发生电路中的限制条件波形发生电路在工作过程中需要满足一定的限制条件，以确保电路正常工作。
常见的限制条件包括：稳定性：波形发生电路需要保持稳定的工作状态，不受外部环境的影响。
频率范围：不同类型的波形发生电路有不同的工作频率范围，需要符合设计要求。
数字电路第8章脉冲波形的产生与整形概要
T T 1 T 2 0 .7 (R 1 R 2 )C
占空比为
DT1 R1 T R1 R2
第8章 脉冲波形的产生与整形
4)
用两个多谐振荡器可以组成如图8-7(a)所示的模拟声 响电路。适当选择定时元件，使振荡器A的振荡频率 fA=1Hz ， 振荡器B的振荡频率 fB= 1kHz。由于低频振荡 器A的输出接至高频振荡器B的复位端(4脚)，当Uo1输出高 电平时，B振荡器才能振荡，Uo1输出低电平时， B振荡器 被复位，停止振荡，因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响。 其工作波形如图 8-7(b)所示。
到，电路就一直处于Uo=0 的稳定状态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
② 暂稳态：外加触发信号Ui的下降沿到达时，由于
U21 3UC、 C U6(UC)0，RS触发器Q端置 1，因此Uo=1, V1截止，UCC开始通过电阻R向电容C充电。随着电容C充 电的进行，UC不断上升，趋向值UC(∞)=UCC。
电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于
，Uo
输出高电平，V1截止，电源UCC通过R1、R2 给电容C充电。 随输着出充电电压的Uo进就行一U直C逐保渐持增高高电，平但不只变要，13这U就CC是U第C 一23个U暂CC稳，
态。
第8章 脉冲波形的产生与整形
于
2 3
当电容C上的电压UC略微超过
2 3
U6 U23i的U触CC 发期负间脉，冲R消S失触后发，器U状2回态到保高持电不平变，，在因U此2 ，13UUoCC、 一直保持高电平不变，电路维持在暂稳态。但当电容C上
的电压上升到
U6
2 3
UCC
时，RS触发器置 0，电路输出Uo
=0，V1导通，此时暂稳态便结束，电路将返回到初始的
总结波形发生电路的特点
总结波形发生电路的特点一、引言波形发生电路是电子学中常见的一种电路，其作用是产生各种不同形态的波形信号。
波形发生电路在通信、音响、测量等领域都有广泛应用。
本文将对波形发生电路的特点进行全面详细的总结。
二、波形发生电路分类1.基本振荡器基本振荡器是最简单的一种波形发生电路，通过反馈使得放大器输出正反馈，从而产生自激振荡。
常见的基本振荡器有RC相移振荡器、晶体管多谐振荡器等。
2.压控振荡器压控振荡器（VCO）是一种能够通过改变输入信号来改变输出频率的振荡器。
它常用于频率合成、调制解调等领域。
3.数字时钟和计数器数字时钟和计数器是一类以晶体震荡器为基础的数字化设备，主要用于时间计量和频率测量等领域。
三、波形发生电路特点1.稳定性好由于反馈机制的存在，使得波形发生电路具有良好的稳定性能。
在一定范围内，波形发生电路的输出频率变化很小。
2.频率范围广波形发生电路可以产生多种不同频率的信号，从几赫兹到数百兆赫兹不等。
不同类型的波形发生电路适用于不同频率范围。
3.输出波形多样波形发生电路可以产生多种不同形态的波形信号，如正弦波、方波、三角波等。
这些信号在不同领域有着广泛的应用。
4.易于设计和制造由于基本振荡器采用简单的元器件组成，因此设计和制造都相对容易。
而数字时钟和计数器则采用数字集成电路实现，具有高度可靠性和稳定性。
5.功耗低由于基本振荡器采用简单元器件组成，功耗较低。
而数字时钟和计数器则采用数字集成电路实现，功耗也相对较低。
四、应用领域1.通信领域在通信领域中，需要产生各种复杂的调制信号以满足不同通信需求。
因此，波形发生电路被广泛应用于调制解调、频率合成等方面。
2.音响领域在音响领域中，波形发生电路可以产生各种不同形态的音频信号，如正弦波、方波、三角波等。
这些信号可以用于音频合成、声音特效等方面。
3.测量领域在测量领域中，需要产生各种不同频率和形态的信号以满足不同测量需求。
因此，波形发生电路被广泛应用于信号发生器、频率计等方面。
波形发生电路
波形发生电路一：主要技术指标用集成运放设计正弦波—方波—三角波发生电路。
其中正弦波振荡频率为160HZ，幅度为10V；方波频率与正弦波相同，输出电压幅度为6V；三角波频率与正弦波相同，幅度为4V。
二：方案论证及选泽经过仔细的讨论验证，最后决定采用使用以下方案。
用正弦波振荡电路产生正弦波，然后把运放的同相端接地，把输出的正弦波接到运放的反相端，再在运放的输出端接上稳压值即可得到方波。
最后由积分电路产生三角波。
这就是我们组最终决定的电路方案。
三：组成框图四、总体电路图五、单元电路的设计及说明1、如图１所示正弦波振荡电路，在放大电路的输入端外接一定频率、一定幅度的正弦波信号，经过基本放大电路和反馈网络所构成的环路传输后，在反馈网络的输出端得到反馈信号，如果与在大小和相位上都一致，那么，就可以除去外接信号，而将反馈输出端与输入端连接在一起形成闭环系统，输出可以维持一样的输出信号。
由于，不难得到正弦波振荡电路的振荡条件：上两式分别称之为振幅平衡条件和相位平衡条件。
正弦波振荡电路在实际工作中是没有外部输入的，要能够在上电后自身建立振荡，就是要使电路自激，从而产生持续的振荡。
那么自激的因素从何而来？由于电路中存在噪声，它的频普分布很广泛，如果正弦波振荡电路中存在有选频网络，就可以从中选择与选频网络谐振频率相同的频率成份，经过正反馈放大，使输出幅度越来越大；当幅度达到一定要求时，再等幅输出。
因此，实际正弦波振荡电路是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路，起始振荡时，；当幅度达到一定值时，进行等幅振荡输出。
正弦波振荡电路中的选频网络可以设置在中，也可以设置在中；可以由元件组成，也可以由元件组成。
用元件组成的振荡电路一般用来产生范围内的低频信号，用元件组成的振荡电路一般用来产生以上的高频信号。
图XX_01是RC桥式振荡电路的原理电路，这个电路由两部分组成，即放大电路和选频网络。
选频网络（即反馈网络）的选频特性已知，在处，RC串并联反馈网络的，，根据振荡平衡条件和，可知放大电路的输出与输入之间的相位关系应是同相，放大电路的电压增益不能小于3，即用增益为3（起振时，为使振荡电路能自行建立振荡，应大于3）的同相比例放大电路即可。
第八章 波形发生电路
由此知放大电路产生自激振荡的条件是: 由此知放大电路产生自激振荡的条件是:
即:
Uf = Ui U f = FU o = FAU i = U i
所以产生正弦波振荡的条件是: 所以产生正弦波振荡的条件是:
AF = 1
AF = 1
——幅度平衡条件 幅度平衡条件
arg AF = A + F = ±2nπ
一,电路组成
用瞬时极性判断为 正反 馈 , 所以满足自激振荡的相 位平衡条件. 瞬时极性法 瞬时极性法) 位平衡条件.(瞬时极性法
⊕ ⊕
⊕
二,振荡频率和起振条件 ui⊕
振荡频率 起振条件
f0 ≈ 1 2π LC
X
rbe R′C β > M
图 8.3.3 变压器反馈式 振荡电路
8.3.3 电感三点式振荡电路 电感三点式振荡电路(Hartley)
四,振荡频率的调节
1 f0 = 2πRC
调节电阻R或电容 的值 调节电阻 或电容C的值,即可调节振荡频率 或电容 的值, 电路图: 电路图:P417图8.2.5 图
利用波段开关换接不同容量的电容,对频率进行粗调; 利用波段开关换接不同容量的电容,对频率进行粗调; 利用同轴电位器,对振荡频率进行细调. 利用同轴电位器,对振荡频率进行细调.
1 取 R1 = R2 = R , C1 = C2 = C , 令 ω 0 = RC
F= 1
则:
ω ω0 3 + j( ) ω0 ω
得 RC 串并联电路的幅 频特性为: 频特性为: 1 = F
F
1/3
ω ω0 2 3 +( ) ω0 ω
2
0
相频特性为: 相频特性为:
F
ω0
波形发生电路
波形发生电路一、 课程设计的目的与要求从结构上看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。
分析RC 串并联选频网络的特性，根据正弦波振荡电路的两个条件，即振幅平衡与相位平衡，来选择合适的放大电路指标，来构成一个完整的振荡电路，最终制作出一个能产生正弦波信号，方波信号，三角波信号的信号发生器。
关键词:正弦波；方波；三角波；振荡电路；稳幅；过压比较器；积分器二、 方案论证选择此波形发生电路由三部分组成，即正弦波产生电路，方波产生电路，三角波产生电路。
正弦波经过过压比较器产生方波，再经过积分器产生三角波。
三、 原理设计1 引言在实践中，广泛采用各种类型的信号产生电路，就其波形来说，可能是正弦波或非正弦波。
在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，这就需要能产生高频信号的振荡器。
在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火，超声波焊接，超声诊断，核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
可见，正弦波振荡电路在各个科学技术部门的应用是十分广泛的。
2 正弦波振荡电路从结构上来看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。
图1表示接成正反馈时，放大电路在输入信号X i =0时的方框图，改画一下，便得图2。
由图可知，如在放大电路的输入端（1端）外接一定频率、一定幅度的正弦波信号X a ，经过基本放大电路和反馈网络所构成的环路传输后，在反馈网络的输出端（2端），得到反馈信号X f ，如果X f 与X a 在大小和相位上一致，那么，就可以除去外接信号X a ，而将1、2两端连接在一起（如图中的虚线所示）而形成闭环系统，其输出端可能继续维持与开环时一样的输出信号。
︱AF ︳=AF=1 （1）πϕϕn f a 2=+，n=0，1，2，… （2） 式①称为振幅平衡条件，而式②则称为相位平衡条件，这是正弦波振荡电路产生持续振荡电路产生持续振荡的两个条件。
第八章波形发生电路
第八章波形发生电路本章8学时知识点：产生正弦波振荡的相位、幅度平衡条件，介绍RC正弦波振荡电路的工作原理、振荡频率、起振条件及电路特点；介绍变压器反馈式、电感三点式和电容三点式等典型LC 振荡电路的工作原理及振荡频率的估算方法；石英晶体振荡电路的特点及工作原理；各种非正弦波发生电路的工作原理。
重点：产生正弦波振荡平衡条件，文氏电桥式RC振荡电路的原理及振荡频率计算，典型LC振荡电路的工作原理及振荡频率的估算方法。
难点：RC振荡电路及典型LC振荡电路的工作原理。
8。
1正弦波振荡电路的分析方法正弦波振荡电路也是一种基本的模拟电子电路。
电子技术实验中经常使用的低频信号发生器就是一种正弦波振荡电路。
大功率的振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例如高频加热炉的高频电源。
此外，诸如超声波探伤、无线电广播电视信号的发送和接收等等，都有离不开正弦波振荡电路。
总之，正弦波振荡电路在量测、自动控制、通信和热处理等各种技术领域中，都有着广泛的应用。
8。
1。
1 产生正弦波振荡的条件由第五章的介绍可知，放大电路引入反馈后，在一定的条件下可能产生自激振荡，使电路不能正常驻工作，因此必须设法消除这种振荡。
但是，在另一些情况下，又有意识地利用自激振荡现象，使放大电路变成振荡器，以便产生各种高频或低频的正弦波信号。
图8.1.1正弦波振荡的条件以下先来讨论产生正弦波振荡的条件。
在图8.1.1中，假设先将开关S 接在1端，并在放大电路的输入端加上一个正弦波电压i u ，即t U u i i ωsin 2=i u 经过放大电路和反馈网络后，在2端将得到一个同样频率的正弦波电压f u ，即)sin(2ϕω+=t U u i f如果f u 与原来的输入信号i u 相比，无论在幅度或者相位上都完全相等，即)sin(2ϕω+t U i t U i ωsin 2=则若将开关S 倒向2端，放大电路的输出信号o u 将仍与原来完全相同没有任何改变。
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第八章波形发生电路本章8学时知识点：产生正弦波振荡的相位、幅度平衡条件，介绍RC正弦波振荡电路的工作原理、振荡频率、起振条件及电路特点；介绍变压器反馈式、电感三点式和电容三点式等典型LC 振荡电路的工作原理及振荡频率的估算方法；石英晶体振荡电路的特点及工作原理；各种非正弦波发生电路的工作原理。
重点：产生正弦波振荡平衡条件，文氏电桥式RC振荡电路的原理及振荡频率计算，典型LC振荡电路的工作原理及振荡频率的估算方法。
难点：RC振荡电路及典型LC振荡电路的工作原理。
8。
1正弦波振荡电路的分析方法正弦波振荡电路也是一种基本的模拟电子电路。
电子技术实验中经常使用的低频信号发生器就是一种正弦波振荡电路。
大功率的振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例如高频加热炉的高频电源。
此外，诸如超声波探伤、无线电广播电视信号的发送和接收等等，都有离不开正弦波振荡电路。
总之，正弦波振荡电路在量测、自动控制、通信和热处理等各种技术领域中，都有着广泛的应用。
8。
1。
1 产生正弦波振荡的条件由第五章的介绍可知，放大电路引入反馈后，在一定的条件下可能产生自激振荡，使电路不能正常驻工作，因此必须设法消除这种振荡。
但是，在另一些情况下，又有意识地利用自激振荡现象，使放大电路变成振荡器，以便产生各种高频或低频的正弦波信号。
图8.1.1正弦波振荡的条件以下先来讨论产生正弦波振荡的条件。
在图8.1.1中，假设先将开关S 接在1端，并在放大电路的输入端加上一个正弦波电压i u ，即t U u i i ωsin 2=i u 经过放大电路和反馈网络后，在2端将得到一个同样频率的正弦波电压f u ，即)sin(2ϕω+=t U u i f如果f u 与原来的输入信号i u 相比，无论在幅度或者相位上都完全相等，即)sin(2ϕω+t U i t U i ωsin 2=则若将开关S 倒向2端，放大电路的输出信号o u 将仍与原来完全相同没有任何改变。
注意到此时电路未加任何输入信号，但在输出端却得到了一个正弦波信号。
也就是说，放大电路产生了角频率为ω的正弦波振荡。
由此可知，放大电路产生自激振荡的条件可表示如下：if U U = 因为ii o f U U A F U F U === 所以产生正弦波振荡的条件是 1=F A（8。
1。
1） 上式可以分别用幅度平衡条件和相位平衡条件来表示：1=F A（8。
1。
2） πϕϕn F A FA 2arg ±=+= n=0,1,2,3,……… （8。
1。
3） 式（8。
1。
2）所表示的幅度平衡条件，是表示振荡电路已经达到稳幅振荡时的情况。
但若要求振荡能够自行起振，开始时必须满足1>F A的幅度条件。
然后在振荡建立的过程中，随着振幅的增大，由于电路中非线性元件的限制，使F A值逐步下降，最后达到1=F A，此时振荡电路处于稳幅振荡状态，输出电压的幅度达到稳定。
8。
1。
2 正弦波振荡电路的组成和分析步骤由图8.1.1可知，正弦波振荡电路应该具有放大电路和反馈网络，此外电路中还应包含有选频网络和稳幅环节。
正弦波振荡电路的选频网络若由电阻和电容元件组成，通常称为RC 正弦波振荡电路；若有电感和电容元件组成，则称为LC 正弦波振荡电路。
一、判断能否产生正弦波振荡1、检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分，即是否具有放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节。
2、分析电路是否满足自激振荡条件。
首先检查相位平衡条件，而幅度条件，比较容易满足。
若不满足幅度条件，在测试调整时，可以改变放大电路的放大倍数或反馈系数使电路满足1=F A的起振条件。
判断相位平衡条件的方法电路必须构成正反馈。
二、估算振荡频率和起振条件振荡频率由相位平衡条件所决定，而起振条件可由幅度平衡条件1>F A的关系式求得。
为了计算振荡频率，需要画出断开反馈信号至放大电路的输入端点后交流等效电路，写出回路增益F A 的表示式。
令πϕϕn F A 2±=+，艰险可求得满足该条件的频率0f ，然后令0f f =时的F A值大于1，即得起振条件。
8。
2 RC 正弦波振荡电路 8。
2。
1 RC 串并联网络振荡电路RC 串并联网络振荡电路用以产生低频正弦波信号，是一种使用十分广泛产RC 振荡电路。
图8.2.1振荡电路的原理图振荡电路的原理图如图8.2.1所示。
其中集成运放A 作为放大电路，它的选频网络是一个由R 、C 元件组成的串并联网络，F R 和R '路引入一个负反馈。
由图可见，串并联网络中的1R 、1C 和2R 、2C 以及负反馈支路中的F R 和R '正好组成一个电桥的四个臂，因此这种电路又称为文氏电桥振荡电路。
以下首先分析RC 串并联网络的选频特性，并由相位平衡条件和幅度平衡条件估算电路的振荡频率和起振条件。
一、RC 串并联网络的选频特性首先定性讨论RC 串并联网络的频率特性。
假设输入一个幅度恒定的正弦电压U，当频率逐渐变化时，观察2R 2C 并联支路两端电压fU 的变化情况。
在频率比较低情况下，由于111R C >>ω，221R C >>ω，此时可将1R 和21C ω忽略低频等效电路。
ω愈低，则11C ω愈大，f U 的幅度愈小，且其相位超前于U 愈多。
当ω趋近于零时，fU 趋近于零，F ϕ接近于090+。
而当频率较高时，由于111R C <<ω，221R C <<ω。
此时可将11C ω和2R 忽略。
ω愈高，则21C ω愈小，fU 的幅度也愈小，且其相位滞后于U 愈多。
当ω趋近于无穷大时，f U 趋近于零，F ϕ接近于090-。
由此可见，只有当角频率为某一中间值时，有可能得到fU 的值较大，且fU 与U 同相。
以下定量分析。
电路的频率特性表示式为)1()1(11112112122122211222212R C R C j C C R R C R j R C j R C R j R Z Z Z UU F f ωωωωω-+++=++++=+== 为了调节振荡频率的方便，通常取R R R ==21，C C C ==21。
令RC10=ω则上式可简化为)(3100ωωωω-+=j F（8。
2。
1）其幅频特性为2002)(31ωωωω-+=F（8。
2。
2）其相频特性为⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=300ωωωωϕarctg F （8。
2。
3） 由式（8。
2。
2）及（8。
2。
3）可知，当RC10==ωω时，F的幅值为最大，此时 31max=F而F 的相位角为零即0=Fϕ。
即当RCf f π210==时，f U 的幅值达到最大，等于U 幅值的31，同时f U 与U 同相。
RC 串并联网络的幅频特性和相频特性分别如。
二、振荡频率与起振条件 1、振荡频率为了满足振荡的相位平衡条件，要求πϕϕn F A 2±=+。
以上分析说明当0f f =时，串并联网络的0=F ϕ，如果在此频率下能使放大电路的πϕn A 2±=，即放大电路的输出电压与输入电压同相即可达到相位平衡条件。
在图8.2.1的RC 串并联网络振荡电路原理图中，放大部分是集成运放，采用同相输入方式，则在中频范围内A ϕ近似等于零。
因此，电路在0f 时0=+F A ϕϕ，而对于其他任何频率，则不满足振荡的相位平衡条件，所以电路的振荡频率为RCf π210=2、起振条件已经知道当0f f =时，31m a x=F，为了满足振荡的幅度平衡条件，必须使1>F A，由此可以求得振荡电路的起振条件为 3>A因同相比例运算电路的电压放大倍数为RR A Fuf '+=1 。
为了使3>=ufA A ，图8。
2。
1所示振荡电路中负反馈支路的参数应满足以下关系：R R F '>2 （8。
2。
6）三、振荡电路中的负反馈根据以上分析可知，RC 串并联网络振荡电路中，只要达到3>A，即可满足产生正弦波振荡的起振条件。
如果A值过大，由于振荡幅度超出放大电路的线性放大范围而进入非线性区，输出波形将产生明显的失真。
另外，放大电路的放大倍数因受环境温度及元件老化等因素影响，也要发生波动。
以上情况都将直接影响振荡电路输出波形。
在图8.2.1所示的RC 串并联网络振荡电路中，电阻F R 和R '引入了一个电压串联负反馈，它的作用不仅可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，而且能够进一步提高放大电路的输入电阻，降低输出电阻，从而减小了放大电路对RC 串并联网络选频特性的影响，提高警惕了振荡电路的带负载能力。
改变电阻F R 或R '阻值的大小可以调节负反馈的深度。
F R 愈小，则负反包系数F 愈大，负反馈深度愈深，放大电路的电压放大倍数愈小；反之，F R 愈大，则负反馈系数F 愈小，即负反馈愈弱，电压放大倍数愈大。
在实际工作中，希望电路能够根据振荡幅度的大小自动地改变负反馈的强弱，以实现自动稳幅。
例如 ，若振荡幅度增大，要求负反馈系数F 随之增大，加强负反馈，限制输出幅度继续增长；反之，若振荡幅度减小，要求负反馈系F 也随之减小，削弱负反馈，避免输出幅度继续减小，甚至无法起振。
可以在负反馈支路中采用热敏电阻来实现自动稳幅，在该电路中，利用具有负温度系数的热敏电阻T R 代替原来的反馈电阻F R 。
当振荡幅度增大时，流过热敏电阻T R 的电流也增大，于是温度升高，使T R 人阻值减小，则负反馈系数F 增大，即负反馈 得到加强，使放大电路的电压放大倍数降低，结果抑制了输出幅度的增长；反之，若振荡幅度减小，则流过T R 的电流也减小，温度降低，T R 的阻值增大，则负反馈系数F 减小，即负反馈被削弱，使电压放大倍数升高，阻止输出幅度继续减小，从而达到自动稳幅的效果。
根据同样的原理，也可以在采用具有正温度系数的热敏电阻代替原来的电阻R '，来达到自动稳幅的目的。
四、振荡频率的调节由式（8。
2。
4）可知，RC 串并联网络正弦波振荡电路的振荡频率为RCf π210=，因此，只要改变电阻R 或电容C 的值，即可调节振荡频率。
例如，在RC 串并联网络中，利用波段开关换接不同容量的电容对振荡频率进行粗调，利用同轴电位器对振荡频率进行细调。
采用这种办法可以委方便地在一个比较宽广的范围内对振荡频率进行连续调节。
8.3 LC 正弦波振荡电路在LC 正弦波振荡电路中，以电感和电容元件构成选频网络，可以产生几十兆赫以上的正弦波信号。
图8.3.1 LC 并联电路图8.3.1所示是一个LC 并联电路，R 表示回路中和回路所带负载的等效总损耗电阻。
现在来定性分析一下，当信号频率变化时，并联电路阻抗Z 的大小和性质如何变化。
当频率很低时，容抗很大，可以认为开路；但感抗很小，则总的阻抗主要取决于电感支路。