第八章2-波形发生器-讲讲解
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波形发生器
波形发生器波形发生器是一种能够产生各种形式波形的仪器，通常用于电子测试与测量、通信等领域。
它能够产生各种波形，如正弦波、方波、脉冲波、锯齿波、三角波等，并可调节波形的频率、幅度、相位等参数。
在电子测试与测量中，波形发生器是一种非常重要的仪器。
本文将从波形发生器的原理、种类、应用等角度进行介绍。
一、波形发生器的原理波形发生器的原理是利用放大器和反馈电路实现的。
当输入稳定的DC偏置电压时，电路输出一个稳定的幅值和频率的信号波形。
根据不同的反馈电路，波形发生器的输出波形也会不同。
例如，正弦波的反馈路径为RC电路，三角波的反馈路径为反向绝缘栅极场效应晶体管，方波的反馈路径则为比较器等等。
二、波形发生器的种类1. 标准波形发生器标准波形发生器是目前最常见的一种波形发生器。
它能够产生多种波形，例如正弦波、方波、三角波、脉冲波等，并可调节波形的频率、幅度和相位等参数。
2. 函数波形发生器函数波形发生器不仅能够产生标准波形，还能够产生各种复杂的波形。
它通常配备了一个键盘和一块屏幕，可以通过键盘输入各种复杂的波形公式，通过程序控制产生相应的波形。
3. 数字波形发生器数字波形发生器是一种数模混合波形发生器，它采用数字方式产生波形，并将数字信号转换成模拟信号输出。
与传统的模拟波形发生器相比，数字波形发生器具有高精度、高稳定性、高精度等优点。
三、波形发生器的应用波形发生器广泛应用于电子测试与测量、通信、自动化等领域。
以下是波形发生器的主要应用：1. 信号发生器：波形发生器能够产生各种形式的信号波形，如正弦波、方波、脉冲波、锯齿波、三角波等。
这些信号波形可以用于信号生成器，如用于测试、调制解调等。
2. 测试系统：波形发生器可以与其他测量仪器一起组成测试系统。
例如，它可以与示波器或频谱仪等一起使用，用于测试和分析信号波形的性质和特征。
3. 通信系统：波形发生器能够产生各种信号波形，如数字信号、模拟信号、调制信号等，这些信号波形可以用于通信系统中。
波形发生器
性能特点（二）
正弦波特性
DC~100KHz:-60dBc；100KHz~1MHz:总谐波失真度 50dBc； 1MHz~10MHz:-35dBc; （1Vpp） • 正弦波特性： DC~1MHz:-50dBc； 非谐波失真度 总谐波失真度（1VPP）
方波特性
上升时间 上冲 占空比
约20ns 约10% 0%~100%
1．频率分辨率高，输出频点多
2．频率切换速度快，可达us量级
3．全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻 4. 可以产生任意波形
二、用前检查 二、用前检查
1．检查包装有无损坏。
2．检查附件有无缺失。
3．检查仪器表面是否完好。
三、使用环境
1．电源条件：
电压：AC220V (1±10%) 频率：50Hz （1±5%） 功耗：<20VA （VA表示视在功率）
AM调制
载波 调幅深度 调制频率 正弦波、方波、锯齿波、脉冲波、任意波 0%~120% 5Hz~50KHz
四、前面板认识
彩色液晶显示 功能键 旋钮
方向键
输出控键
波 形 选 择 键
数 同 字 步 键 输
B路输出
A路输出
出
后面板认识
外部触发输入 TTL输出
调制波输入
幅度偏移调制 (Amplitude-shift keying, ASK) 相位偏移调制 (Phase-shift keying, PSK) 频率偏移调制 (Frequency-shift keying, FSK)
调幅（AM）
幅度调制，也可简称为调幅，通过改变输出信号的幅度， 来实现传送信息的目的。一般在调制端输出的高频信号的幅 度变化与原始信号成一定的函数关系，在解调端进行解调并 输出原始信号。
波形发生器实验重点幻灯片PPT
Xi + –
X i d 基 本 放 大 X o 电 路 A
号输出。
Xf
振荡电路的输入信
号是从自己的输出端反
响回来的。
变成了正
反馈网络 F
2. 产生原因
反响
在在高中频频区区或，低X·i频d和区X·，f同·当相X，·id和此X时f在为某负一反特馈定。频率下，产生附 加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了 正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。
波形发生器实验重点幻灯 片PPT
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8.1 信号发生电路
随着集成运放技术的开展，目前集成运放的应 用几乎渗透到电子技术的各个领域，除运算以外，还 可以对信号进展处理，变换和测量，也可以用来产生 正弦信号和各种非正弦信号：三角波、矩形波、锯齿 波等
a b
设Rwa> Rwc
c
uo
UOM
t 0 - UOM
8. 2 三角波发生器
从以下图的电容C1输出，便可得到一个近似的三角波。 但由于其充电电流i充=〔UO1-UC1〕/R3 随t 而下降，因此 uC 输出的三角波线性较差。为此，只要保证恒流充电即可。 于是后面又增加了一个积分电路。其原理分析如下。
C1
在实用电路中，将方波发生电路中的RC充、放电回路用 积分运算电路来取代，滞回比较器和积分电路的输出互为另 一个电路的输入，如以下图所示。其虚线左边为同相输入滞 回比较器，右边为积分运算电路。滞回比较器输出为方波， 经积分运算电路后变换为三角波，波形如以下图所示。因为 U_为虚地，所以I充=UO1/ R3为定值〔因为UO1为方波， 恒流充电〕。
《波形发生器》PPT课件
方波发生器<P69图 2.40>
实验内容：<P70>
Uc
将Rw调到中心位的峰
峰值与频率.<要求写出
计算过程〕
方波发生器
实验内容：<P70>
Uc
将Rw调到中心位置,用示
Uo 波器测量Uo〔方波〕
和Uc〔三角波〕的峰
峰值与频率.
将Rw的抽头分别调到上 下两端,用示波器或频 率计测量Uo在这两种 情形下的频率.
测量电阻值应当先将Rw从 电路当中拔下,用万用表进行 测量
临界起振：由完全没有输出 波形开始调节Rw,直到刚 好出现并能维持正弦波输 出〔若往回调节,正弦波 立即消失〕,此即临界起 振状态
RC桥式正弦波振荡器
实验内容：<P70> 记录Rw2〔即Rw移动端到
地的部分〕在临界起振 时的值： 调节Rw使电路出现最大不 失真.分别测量Uo、U+、 U-
这三个电压都是交流信号,应 用交流毫伏表测量.其中Uo 是电路输出,U+和U-分别是 运放同相、反相输入端的对 地电压.
RC桥式正弦波振荡器
实验内容：<P70> 记录Rw2〔即Rw移动端到
地的部分〕在临界起振 时的值：
调节Rw使电路出现最大不 失真.分别测量Uo、U+、 U-
用示波器或频率计测量振 荡频率f0.〔示波器测 量要求写出计算过程〕
波形发生器
给集成运放引入正反馈,配合适当限幅措 施,可以使电路产生稳定的周期性振荡.这 种电路称为波形发生器. 注意：波形发生器电路是自行振荡产生 波形,只需要给电路加直流电源,无需外加 信号源.
RC桥式正弦波振荡器P68图2.39
实验内容：<P70>
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。
波形发生器设计原理PPT
电平输出
＆
XFER WR +
在实际使用时，总是 DGND 将电流转为电压来使 用，即将Ioutl和lout2 加到一个运算放大器 的输入。
LM324
参考电路
+5V Q1 J1 CON3
1 2 3
J2 CON3
1 2 3
J3 CON3
1 2 3
J4 CON3
1 2 3
R5 RE S2 D1 P20 3 5 10 1 2 4 7 11 DP G F E D C B A L E D4 PNP 12 Q3 R7 RE S2 PNP 9 8 PNP
DAC0832的引脚
DAC0832是CMOS工艺，双列直插式20引脚。 ① VCC电源可以在5-15V内变化。典型使用 时用15V电源。 ② AGND为模拟量地线，DGND为数字量地 线，使用时，这两个接地端应始终连在一起。 ③ 参考电压VREF接外部的标准电源，VREF 一般可在+10V到—10V范围内选用。
DAC 0 83 2
8位 输入 寄 存 器
LE1
8位 DAC 寄 存 器
LE2
8位 D/A 转 换 器
VREF
IOUT1
IOUT2
＆
DGND
DAC0832的引脚
DAC0832是CMOS工艺，双列直插式20引脚。 ① VCC电源可以在5-15V内变化。典型使用 时用15V电源。 ② AGND为模拟量地线，DGND为数字量地 线，使用时，这两个接地端应始终连在一起。 ③ 参考电压VREF接外部的标准电源，VREF 一般可在+10V到—10V范围内选用。
DI0 DI1 DI2 DI3 DI4 DI5 DI6 DI7 ILE CS WR1+
波形发生器_正文
波形发生器在工作中，我们常常会用到波形发生器，它是使用频度很高的电子仪器。
现在的波形发生器都采用单片机来构成。
单片机波形发生器是以单片机核心，配相应的外围电路和功能软件，能实现各种波形发生的应用系统，它由硬件部分和软件部分组成，硬件是系统的基础，软件则是在硬件的基础上，对其合理的调配和使用，从而完成波形发生的任务。
波形发生器的技术指标：（1）波形类型：方型、正弦波、三角波、锯齿波；（2）幅值电压：1V、2V、3V、4V、5V；（3）频率值：10HZ、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ；（4）输出极性：双极性操作设计1、机器通电后，系统进行初始化，LED在面板上显示6个0，表示系统处于初始状态，等待用户输入设置命令，此时，无任何波形信号输出。
2、用户按下“F”、“V”、“W”，可以分别进入频率，幅值波形设置，使系统进入设置状态，相应的数码管显示“一”，此时，按其它键，无效；3、在进入某一设置状态后，输入0~9等数字键，（数字键仅在设置状态时，有效）为欲输出的波形设置相应参数，LED将参数显示在面板上；4、如果在设置中，要改变已设定的参数，可按下“CL”键，清除所有已设定参数，系统恢复初始状态，LED显示6个0，等待重新输入命令；5、当必要的参数设定完毕后，所有参数显示于LED上，用户按下“EN”键，系统会将各波形参数传递到波形产生模块中，以便控制波形发生，实现不同频率，不同电压幅值，不同类型波形的输出；6、用户按下“EN”键后，波形发生器开始输出满足参数的波形信号，面板上相应类型的运行指示灯闪烁，表示波形正在输出，LED显示波形类型编号，频率值、电压幅值等波形参数；7、波形发生器在输出信号时，按下任意一个键，就停止波形信号输出，等待重新设置参数，设置过程如上所述，如果不改变参数，可按下“EN”键，继续输出原波形信号；8、要停止波形发生器的使用，可按下复位按钮，将系统复位，然后关闭电源。
波形发生器
Up从 -Ut 跃变为 +Ut，电容又开始正相充电。 上述过程周而复始， 电路产
生了自激振荡。
± UT=± R2∕(R6+RW)U02m
T=2R6(R6+RW)C3∕ R7
运放的反相端接基准电压，即 U-=0，同相输入端接输入电压 Uia ，
R6称为平衡电阻。比较器的输出 Uo1的高电平等于正电源电压 +Vcc，低
正弦波输入信号 Vo1在上升到 Vt+之前， Vo2保持不变，超过 Vt+后
Vo2翻转，直到 Vo1 下降到 Vt- ， Vo2 再翻转，如此反复便形成 Vo2方波
输出。
3
简易波形发生器
图 3-2 正弦波——三角波产生电路
3.3 方波——三角波变换电路
图 3-3 方波——三角波变换电路
此电路由反相输入的过零比较器和 RC电路组成。 RC回路既作为延 迟环节，又作为反馈网络，通过 RC充、放电实现输出状态的自动转换。 设某一时刻输出电压 Uo=+Uz,则同相输入端电位 Up=+UT。Uo通过 R3 对电 容 C 正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位 n 随时间 t 的增
1. 概述
波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控 制系统和教学实验等领域。函数信号发生器是一种能够产生多种波形， 如三角波、锯齿波、矩形波（含方波） 、正弦波的电路。函数信号发生器 在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器 的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函 数波形发生器。 本课程采用采用 RC正弦波振荡电路、 电压比较器、 积分 电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法。先通过 RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过 积分电路形成三角波。
波形发生器专题知识讲座
A F 1
——幅度平衡条件
arg A F A F 2nπ
——相位平衡条件
n 0,1,2,
8.1.2 正弦波振荡电路旳构成和分析环节
构成：放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节。 分析环节： 一、判断能否产生正弦波振荡
1. 检验电路是否具有正弦波振荡旳构成部分；
2. 检验放大电路旳静态工作点是否能确保放大电路正 常工作；
则：
1 f0 2 LC
图
减小了三极管极间电容对振荡频率旳影响，合用于
产生高频振荡。
名称
电 路 形 式
振荡频率
表8-2
变压器反馈式
多种 LC 振荡电路旳比较
• 电容三
电感三点式
电容三点式 点式改
善型
f0
2
1 LC
rbe RC M
f0 2
1 (L1 L2 2M )C
L1 M rbe L2 M R
3. 分析电路是否满足自激振荡旳相位平衡条件和振幅 平衡条件。
判断相位平衡条件旳措施是：瞬时极性法。 二、估算振荡频率和起振条件
8.2 RC 正弦波振荡电路
8.2.1 RC 串并联网络振荡电路
电路构成：
放大电路 —— 集成运放 A ；
图
选频与正反馈网络 —— R、C 串并联电路；
稳幅环节 —— RF 与 R 构成旳负反馈电路。
第八章 波形发生器
8.1 正弦波振荡电路旳分析措施 8.2 RC 正弦波振荡电路 8.3 LC 正弦波振荡电路 8.4 石英晶体振荡器 8.5 非正弦波发生电路
8.1 正弦波振荡电路旳分析措施
8.1.1 产生正弦波振荡旳条件
U i 2Ui sint
UUfi ~FU O
《波形发生器》课件
《波形发生器》PPT课件
本课件介绍了波形发生器的定义和作用，不同类型的波形发生器以及它们的 工作原理。还探讨了波形发生器的应用领域、参数和规格，以及市场前景。
波形发生器的定义和作用
波形发生器是一种用来产生各种类型和形状的电子信号波形的设备。它在电 子实验、通信、测试和测量等领域具有非常重要的作用。
波形发生器的参数和规格
频率范围
输出幅度
• 从几赫兹到几十兆赫兹。 • 可调和固定频率。
• 可调和固定电平。
• 通常以峰-峰值或均方 状包括 正弦、方波、三角波
• 等其。他特殊波形形状可 编程或可定制。
波形发生器的市场前景
随着电子技术和通信领域的发展，对高性能、多功能、数字化的波形发生器 的需求不断增加。预计市场规模将稳步增长，并持续创造商机。
形状的信号波形，如正弦、方波、三
角波等。
3
输出放大器电路
将形成的信号波形放大到所需的电平， 并驱动外部负载。
波形发生器的应用领域
1 电子实验
用于研究和验证电路的工作原理、频率响应和稳定性。
2 通信测试
用于测试和评估通信设备的性能，如频率、相位和调制等。
3 测量仪器
作为标准信号源，用于校准测量仪器，如示波器和频谱分析仪。
波形发生器的分类
模拟波形发生器
使用模拟电子技术生成不连续的连续信号波形，具有较高的精度和信号质量。
数字波形发生器
使用数字信号处理技术生成连续和离散的信号波形，具有灵活性和可编程性。
波形发生器的工作原理
1
振荡器电路
通过正反馈将一部分输出信号反馈到
信号形成电路
2
输入，从而产生周期性的振荡信号。
根据特定的数学函数关系，生成各种
集成运算放大器的基本应用2波形发生器
(2) 分析RW变化时，对uO波形的幅值及频率的影响。 (3) 讨论DZ的限幅作用。 3. 三角波和方波发生器 (1) 整理实验数据，把实测频率与理论值进行比较。 (2) 在同一坐标纸上，按比例画出三角波及方波的波形，并标明时间和电 压幅值。
(3) 分析电路参数变化（R1，R2和RW）对输出波形频率及幅值的影响。
七、实验报告要求
1. 正弦波发生器 (1) 列表整理实验数据，画出波形，把实测频率与理论值进行比较 (2) 根据实验分析RC振荡器的振幅条件 (3) 讨论二极管D1、D2的稳幅作用。
2. 方波发生器 (1) 列表整理实验数据，在同一座标纸上，按比例画出方波和三角波的波 形图（标出时间和电压幅值）。
三、电路实物图
电阻阻值的判定
色标名法：称用不同的颜色表示图元形件的不同参数，不同符颜号色代表不
同的标称值和偏差。
普通精度的电阻用四条色环表示其阻值和偏差，R其?中第一、二 条许环偏为差1阻（/4值精W的度电有）阻效。数字，第三条为阻值的乘数，第四条为阻值的允
精度电阻用五条色环表示其阻值和偏差，其中第一、二、三条
6
6
±0.25%
7பைடு நூலகம்
7
±0.1%
8
8
9
9
10－1
±5%
10－2
±10%
名称 1/2W 电阻
图形
符号 R?
读数：22×101±5%
名称
1W 电阻
图形
符号 R?
读数：10×102±5%
四、实验内容与步骤
RC桥式正弦波振荡器
正弦波振荡器波形
方波发生器
方波发生器波形
三角波和方波发生器
滞回比较器
为差阻（值精的度有）效。数字，读第数四条：为22阻×值1的01乘±数5%，第五条为阻值的允许偏 电阻器标志方法：主要有直读法和色标法
(3) 分析电路参数变化（R1，R2和RW）对输出波形频率及幅值的影响。
七、实验报告要求
1. 正弦波发生器 (1) 列表整理实验数据，画出波形，把实测频率与理论值进行比较 (2) 根据实验分析RC振荡器的振幅条件 (3) 讨论二极管D1、D2的稳幅作用。
2. 方波发生器 (1) 列表整理实验数据，在同一座标纸上，按比例画出方波和三角波的波 形图（标出时间和电压幅值）。
三、电路实物图
电阻阻值的判定
色标名法：称用不同的颜色表示图元形件的不同参数，不同符颜号色代表不
同的标称值和偏差。
普通精度的电阻用四条色环表示其阻值和偏差，R其?中第一、二 条许环偏为差1阻（/4值精W的度电有）阻效。数字，第三条为阻值的乘数，第四条为阻值的允
精度电阻用五条色环表示其阻值和偏差，其中第一、二、三条
6
6
±0.25%
7பைடு நூலகம்
7
±0.1%
8
8
9
9
10－1
±5%
10－2
±10%
名称 1/2W 电阻
图形
符号 R?
读数：22×101±5%
名称
1W 电阻
图形
符号 R?
读数：10×102±5%
四、实验内容与步骤
RC桥式正弦波振荡器
正弦波振荡器波形
方波发生器
方波发生器波形
三角波和方波发生器
滞回比较器
为差阻（值精的度有）效。数字，读第数四条：为22阻×值1的01乘±数5%，第五条为阻值的允许偏 电阻器标志方法：主要有直读法和色标法
重点讲解波形发生器全知晓 形形色色的波形发生器
波形发生器全知晓形形色色的波形发生器波形发生器在生活中属于常见器件，许多朋友对于波形发生器也甚是熟悉。
尽管如此，本文还是要向大家介绍几款不同类型的波形发生器，以帮助大家拓展关于波形发生器的知识。
废话少说，往下看吧。
波形发生器在生活中属于常见器件，许多朋友对于波形发生器也甚是熟悉。
尽管如此，本文还是要向大家介绍几款不同类型的波形发生器，以帮助大家拓展关于波形发生器的知识。
废话少说，往下看吧。
一、施密特波形发生器简单的波形发生器可以使用基本的施密特触发器动作逆变器构建，例如TTL 74LS14。
到目前为止，这种方法是制作基本的非稳态波形发生器的最简单方法。
当用于产生时钟或定时信号时，非稳态多谐振荡器必须产生稳定的波形，在“高”和“低”状态之间快速切换，没有任何失真或噪声，施密特反相器就是这样做的。
我们知道施密特反相器的输出状态与其输入状态(非门原理)的输出状态相反或相反，并且它可以在不同的电压电平下改变状态，从而使其具有“滞后”。
施密特反相器使用施密特触发器动作，当输入电压信号在输入端子周围增加和减小时，该操作在上阈值电平和下阈值电平之间改变状态。
该上阈值电平“设置”输出，下阈值电平“复位”输出，其分别等于逆变器的逻辑“0”和逻辑“1”。
考虑下面的电路。
二、施密特反相器波形发生器这个简单的波形发生器电路由一个TTL 74LS14施密特反相器逻辑门组成，其一个电容器，C 连接在其输入端和地之间，(0v)和电路振荡所需的正反馈由反馈电阻提供，R 。
那么它是如何运作的?假设电容器板上的电荷低于施密特的0.8伏特下限阈值(数据表值)。
因此，这使得逆变器的输入处于逻辑“0”电平，从而产生逻辑“1”输出电平(逆变器原理)。
电阻器R 的一侧是现在连接到逻辑“1”电平(+ 5V)输出，而电阻器的另一端连接到电容器，C 处于逻辑“0”电平(0.8v 或更低) 。
电容器现在开始通过电阻器以正方向充电，其速率由组合的RC 时间常数决定。
波形的发生和信号的转换.
9.1K
－ D2 A R 10K
＋
o U
R2 R3 // rD | Au | 1 R1 使uo幅值趋于稳定。
1 2RC
1 2 10 10 0.015 10
3 6
p U
R
C
（2） f o
C 0.015μF
1061 Hz
1 uN uP uOM 3
电源接通瞬间，产生冲击干扰、电磁波干扰、人体干扰等； 非正弦量的起始信号含一系列频率不同的正弦分量，一个正 弦波振荡电路只在一个频率下满足相位平衡，故振荡电路必 F 环路 具有选频性，该振荡频率由相位平衡条件决定。即 A 中有选频特性网络。 或 F 选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成，存在于 A
AV FV 1 稳幅
4. RC移相式振荡电路
（1） 一级RC移相网络
V 1 o 1 Vi 1- j RC
1 arctg RC
（2） 二级RC移相网络
＝0，＝900； ，＝00
一级 RC网络可产 生 0~90° 的 相 移 ， 二 级 RC 网 络 可 产 生 0~180°的相移，三级 RC 网 络 可 产 生 0~270°的相移。依此 类推。
（3） 三级RC移相网络
RC移相式振荡电路
R1
RF _ C C C
+
+
uo
R R R
RC移相电路 应有F =180°
反相比例电路 A =180°
采用二极管稳幅方法 [例] 图示电路中，A为理想运放，其最大输出电压为±14V。（1） 图中D1 、D2作为稳幅元件，试分析其稳幅原理；（2）设电路已
在一个正弦波振荡电路中只有在一个频率（fo）下满足相位平衡条件。
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(7-9)
问题1：如何启振？
Uo 是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的 幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。
放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分 解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。 选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量 衰减掉。这时，只要：
|AF|>1，且A+ B =2n，即可起振。
(7-15)
• 即： X 0 AF X 0
• 则正弦振荡的平衡条件为：AF 1
• 其模为： | AF | 1
•
----幅值平衡条件
• 相角为： A F 2n （n为整数）
•
----相位平衡条件。
(7-16)
* 起振条件：
•为使输出量在合闸后能够有一个从小到大直至平衡在 一定幅值的过程电路的起振条件为： 在电路满足相位平衡的条件下（xi与xf极性相同）。
uo 立即由＋UOM 变成－UOM
(7-39)
2. 当uo = -UOM 时， u+=UL
uc –+
R
C
－
+
+
R1
R2
此时，电容C 经输出端放电。
uc
UH
uo
t
UL
uc降到UL时，uo上翻。
当uo 重新回到＋UOM 以后，电路又进入另一 个
周期性的变化。 (7-40)
uc –+
R
uc UH
C
－
(7-28)
2、用运放组成的RC振荡器
因为：A 1 R2
R2
R1
A 0
所以，若要满足相
R C
_ +
位条件，只有在
uo f＝ fo 处：F 0
+
R
C
R1
AF 1
A 1 R2 R1
F1 3
R2 2R1
(7-29)
能自行启动的电路（1）
RT
半导体 热敏电阻
t
第八章
路
集成运放的运用（3）
－－－－波形发生电
§8.3.1 §8.3.2 §8.3.3 §8.3.4 §8.3.5
正弦波发生器 方波发生器 三角波发生器 锯齿波发生器 压频转换
(7-1)
§8.3.1 正弦波发生器
(7-2)
• 在电子电路中，常常需要各种波形的信号， 如正弦波、矩形波、三角波和锯齿波等，作为测 试信号或控制信号。同时也为将所采集的信号能 够用于测量、控制、驱动负载或送入计算机等， 常会需要将信号进行转换，如：将电压转换成电 流，将电流转换成电压，将电压转换成频率与之 成正比的脉冲等……
| AF |1
• 满足起振条件后，电路把除频率f=f0以外的输出量 都逐渐衰减为零，因此输出量为频率f=f0的正弦波。
(7-17)
4、正弦波振荡电路的组成部分：
① 放大电路：保证电路能够有从起振到动态平 衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现 能量的控制。 ② 选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产 生单一频率的振荡保证和电路产生正弦波振荡。 ③ 正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输 入信号等于反馈信号。 ④ 稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使输 出信号幅值稳定。
(7-21)
(7-22)
(7-23)
Uo R2
R1
C1
U i
C2
U o U i
(1
R1 R2
C2 C1
)
1
j(
R1C2
1 )
R2C1
当
2 foR1C2 2
1 fo R2C1
时，相移为0。
(7-24)
fo 2
1 R1R2C1C2
1
如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：fo 2 RC
R2 上下门限电压：
UH
R1 R1 R2
U om
UL
R1 R1 R2
U om
(7-38)
uc –+
R
uc
U+H
C
－
+
t
+
uo
R1
0
uo
UOM
R2
二、工作原理
t 0 -UOM
1. 设 uo = + UOM 则：u+=UH 此时，输出给电容C 充电!
在 uc < UH 时， u- < u+ , uo 保持 + UOM 不变； 一旦 uc > UH , 就有 u- > u+ ,
(7-32)
电子琴的振荡电路电路：
R28 R27
fo
2C
1 R1R2
R26
RF1 RF2 D1
R25
R1
D1
R24
C
_
uo
R23
+
R22
+
R21
C
R
(7-33)
3、用分立元件组成的RC振荡器
RF
R
R1
RC1 R2
C +
+
C1
–
+ T1 C2
R
C
+ ube
RE1 R3
RC2 + –
– T2 C3 +
传递函数：
U o U i
3 j(
1 f
fo )
Uo
fo f Ui
1 3
幅频 fo f
+90
相频特性：
1
arctg (
f
fo )
–90
3 fo f
fo
f
0 f
(7-25)
∵ 当f = f0时， F 1
A Au 1 3 ，
起振时，RT略大于2R1，
R
_
使|AF|>1，以便起振；
C
+
uo
+
R
C
R1
起振后，uo逐渐增大则 RT逐渐减小，使得输出 uo为某值时，|AF|=1， 从而稳幅。
uo
t
Rt
A
(7-30)
能自行启动的电路（2）
R21
D1 R22
D2
R
_
C
+
+
C R1
R22为一小电阻， 使(R21+R22)略大 于2R1，|AF|>1， 以便起振；
3
F
这表明：只要RC串并选频网络匹配一个电压放
大倍数等于3，而且输入输出同相的放大电路
就可以构成正弦波振荡电路。
•考虑到起振条件，放大电路的AV应略大于3， 同时还应使放大电路有尽可能大的Ri和尽可能 小的R0。来减小放大电路对选频特性的影响， 使振荡频率几乎仅仅决定于选频网络，
(7-26)
(7-27)
Af
X o X i
Aod 1 Aod F
(7-6)
X i 基本放大
X o
电路Aod
X f
反馈电路
F
X i X f , X f FX o
X o Aod X i FAod X o
A odF 1
自激振荡的条件
(7-7)
Af
Aod 1 Aod F
成： A()、F()
(7-8)
自激振荡的条件： A()F () 1
因为： A() | A| A F() | F | F
所以，自激振荡条件也可以写成：
（1）振幅条件： | AF | 1
（2）相位条件：A F (2n 1) n是整数
相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。
+UCC
+ + –
RE2 CE
RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到 合适的参数则可产生振荡。
(7-34)
非正弦波发生器
(7-35)
我们的信号除正弦波外，还有矩形波、三角波、
锯齿波等非正弦波形。
这些信号发生电路的基础是矩形波发生电路，现我们 简要介绍一下矩形波发生电路的组成要求： （1）由于矩形波电压只有两个电平，不是高电平，就是 低电平，则电压比较器可以是它的重要组成部分。 （2）要产生振荡，就是要求输出的两种状态能自动地相 互转换，则电路中必须引入反馈。 （3）又因为输出状态要按一定的时间间隔交替变化，即 产生周期性变化，所以电路中还要有延迟环节来确定每种 状态持续的时间。显然要由RC电路来定时。
(7-36)
矩形波发生电路由反相迟滞电压比较器和RC电路组成。 其中RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，电路通 过RC的充、放电过程实现输出环节的自动转换。
(7-37)
§8.3.2 方波发生器
一、电路结构
uc –+
R
C
－
+
+
R1
反相迟滞比较器，
输出经积分电路再
uo 输入到此比较器的 反相输入端。
U
OM
0
UL
uc上升阶段表示式: t
uc (t) UOM (U L UOM )e RC
t
T1
T2
T2
UH UOM (UL UOM )e RC
T1
T2
RC
ln(1
2R1 R2
)
uc下降阶段表示式: t
uc (t) UOM (UH UOM )e RC
T 2RC ln(1 2R1 ) R2
问题1：如何启振？
Uo 是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的 幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。
放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分 解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。 选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量 衰减掉。这时，只要：
|AF|>1，且A+ B =2n，即可起振。
(7-15)
• 即： X 0 AF X 0
• 则正弦振荡的平衡条件为：AF 1
• 其模为： | AF | 1
•
----幅值平衡条件
• 相角为： A F 2n （n为整数）
•
----相位平衡条件。
(7-16)
* 起振条件：
•为使输出量在合闸后能够有一个从小到大直至平衡在 一定幅值的过程电路的起振条件为： 在电路满足相位平衡的条件下（xi与xf极性相同）。
uo 立即由＋UOM 变成－UOM
(7-39)
2. 当uo = -UOM 时， u+=UL
uc –+
R
C
－
+
+
R1
R2
此时，电容C 经输出端放电。
uc
UH
uo
t
UL
uc降到UL时，uo上翻。
当uo 重新回到＋UOM 以后，电路又进入另一 个
周期性的变化。 (7-40)
uc –+
R
uc UH
C
－
(7-28)
2、用运放组成的RC振荡器
因为：A 1 R2
R2
R1
A 0
所以，若要满足相
R C
_ +
位条件，只有在
uo f＝ fo 处：F 0
+
R
C
R1
AF 1
A 1 R2 R1
F1 3
R2 2R1
(7-29)
能自行启动的电路（1）
RT
半导体 热敏电阻
t
第八章
路
集成运放的运用（3）
－－－－波形发生电
§8.3.1 §8.3.2 §8.3.3 §8.3.4 §8.3.5
正弦波发生器 方波发生器 三角波发生器 锯齿波发生器 压频转换
(7-1)
§8.3.1 正弦波发生器
(7-2)
• 在电子电路中，常常需要各种波形的信号， 如正弦波、矩形波、三角波和锯齿波等，作为测 试信号或控制信号。同时也为将所采集的信号能 够用于测量、控制、驱动负载或送入计算机等， 常会需要将信号进行转换，如：将电压转换成电 流，将电流转换成电压，将电压转换成频率与之 成正比的脉冲等……
| AF |1
• 满足起振条件后，电路把除频率f=f0以外的输出量 都逐渐衰减为零，因此输出量为频率f=f0的正弦波。
(7-17)
4、正弦波振荡电路的组成部分：
① 放大电路：保证电路能够有从起振到动态平 衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现 能量的控制。 ② 选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产 生单一频率的振荡保证和电路产生正弦波振荡。 ③ 正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输 入信号等于反馈信号。 ④ 稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使输 出信号幅值稳定。
(7-21)
(7-22)
(7-23)
Uo R2
R1
C1
U i
C2
U o U i
(1
R1 R2
C2 C1
)
1
j(
R1C2
1 )
R2C1
当
2 foR1C2 2
1 fo R2C1
时，相移为0。
(7-24)
fo 2
1 R1R2C1C2
1
如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：fo 2 RC
R2 上下门限电压：
UH
R1 R1 R2
U om
UL
R1 R1 R2
U om
(7-38)
uc –+
R
uc
U+H
C
－
+
t
+
uo
R1
0
uo
UOM
R2
二、工作原理
t 0 -UOM
1. 设 uo = + UOM 则：u+=UH 此时，输出给电容C 充电!
在 uc < UH 时， u- < u+ , uo 保持 + UOM 不变； 一旦 uc > UH , 就有 u- > u+ ,
(7-32)
电子琴的振荡电路电路：
R28 R27
fo
2C
1 R1R2
R26
RF1 RF2 D1
R25
R1
D1
R24
C
_
uo
R23
+
R22
+
R21
C
R
(7-33)
3、用分立元件组成的RC振荡器
RF
R
R1
RC1 R2
C +
+
C1
–
+ T1 C2
R
C
+ ube
RE1 R3
RC2 + –
– T2 C3 +
传递函数：
U o U i
3 j(
1 f
fo )
Uo
fo f Ui
1 3
幅频 fo f
+90
相频特性：
1
arctg (
f
fo )
–90
3 fo f
fo
f
0 f
(7-25)
∵ 当f = f0时， F 1
A Au 1 3 ，
起振时，RT略大于2R1，
R
_
使|AF|>1，以便起振；
C
+
uo
+
R
C
R1
起振后，uo逐渐增大则 RT逐渐减小，使得输出 uo为某值时，|AF|=1， 从而稳幅。
uo
t
Rt
A
(7-30)
能自行启动的电路（2）
R21
D1 R22
D2
R
_
C
+
+
C R1
R22为一小电阻， 使(R21+R22)略大 于2R1，|AF|>1， 以便起振；
3
F
这表明：只要RC串并选频网络匹配一个电压放
大倍数等于3，而且输入输出同相的放大电路
就可以构成正弦波振荡电路。
•考虑到起振条件，放大电路的AV应略大于3， 同时还应使放大电路有尽可能大的Ri和尽可能 小的R0。来减小放大电路对选频特性的影响， 使振荡频率几乎仅仅决定于选频网络，
(7-26)
(7-27)
Af
X o X i
Aod 1 Aod F
(7-6)
X i 基本放大
X o
电路Aod
X f
反馈电路
F
X i X f , X f FX o
X o Aod X i FAod X o
A odF 1
自激振荡的条件
(7-7)
Af
Aod 1 Aod F
成： A()、F()
(7-8)
自激振荡的条件： A()F () 1
因为： A() | A| A F() | F | F
所以，自激振荡条件也可以写成：
（1）振幅条件： | AF | 1
（2）相位条件：A F (2n 1) n是整数
相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。
+UCC
+ + –
RE2 CE
RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到 合适的参数则可产生振荡。
(7-34)
非正弦波发生器
(7-35)
我们的信号除正弦波外，还有矩形波、三角波、
锯齿波等非正弦波形。
这些信号发生电路的基础是矩形波发生电路，现我们 简要介绍一下矩形波发生电路的组成要求： （1）由于矩形波电压只有两个电平，不是高电平，就是 低电平，则电压比较器可以是它的重要组成部分。 （2）要产生振荡，就是要求输出的两种状态能自动地相 互转换，则电路中必须引入反馈。 （3）又因为输出状态要按一定的时间间隔交替变化，即 产生周期性变化，所以电路中还要有延迟环节来确定每种 状态持续的时间。显然要由RC电路来定时。
(7-36)
矩形波发生电路由反相迟滞电压比较器和RC电路组成。 其中RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，电路通 过RC的充、放电过程实现输出环节的自动转换。
(7-37)
§8.3.2 方波发生器
一、电路结构
uc –+
R
C
－
+
+
R1
反相迟滞比较器，
输出经积分电路再
uo 输入到此比较器的 反相输入端。
U
OM
0
UL
uc上升阶段表示式: t
uc (t) UOM (U L UOM )e RC
t
T1
T2
T2
UH UOM (UL UOM )e RC
T1
T2
RC
ln(1
2R1 R2
)
uc下降阶段表示式: t
uc (t) UOM (UH UOM )e RC
T 2RC ln(1 2R1 ) R2