正弦波、方波、三角波发生电路解析

一、设计目的及要求：

1.1、设计目的：

（1）.掌握波形产生电路的设计、组装和调试的方法；

（2）.熟悉集成电路：集成运算放大器LM324，并掌握其工作原理。 1.2、设计要求： （1）设计波形产生电路。

（2）信号频率范围：100Hz ——1000Hz 。 （3）信号波形：正弦波。

二、实验方案：

方案一：

为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R 、C 和L 、C 等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路的组成：放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅电路。

产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。

(a)负反馈放大电路 (b)正反馈振荡电路

图1 振荡器的方框图

比较图1(a) 和 (b)就可以明显地看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别了。由于

振荡电路的输入信号i X =0，所以i X =f

X 。由于正、负号的改变，正反馈的放大倍数为：

F A

A A -=1f

，式中A 是放大电路的放大倍数，.F 是反馈网络的放大倍数。

振荡条件：1..=F A

幅度平衡条件：|.

.F A |=1

相位平衡条件：ϕAF = ϕA +ϕF = ±2n π

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1|.

.|>F A 这称为起振条件。既然1|.

.|>F A ，起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管大信号运用时

的非线性特性去限制幅度的增加，这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用，选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。 也可以在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益，从而达到稳幅的目的。

方案二：

图2方波、三角波、正弦波、锯齿波信号发生器的原理框图

该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC 电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。然后经过积分电路产生三角波，通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波，还可得到额外的矩形波。三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。然后将各种信号通过比例放大电路得到需要幅值；峰峰值的信号波

该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件要求不高，且成本低廉、调整方便。

为更好理解两种电路的结构及原理，本文采用方案一产生正弦波，方案二产生方波和三角波。

三、设计步骤：

3.1、RC 正弦波振荡电路

RC 串并联网络的电路如图3所示。RC 串联臂的阻抗用Z 1表示，RC 并联臂的

图3 RC 串并联网络

阻抗用Z 2表示。其频率响应如下 2

22

222111j 1)j /1//()

j /1(C R R C R Z C R Z ωωω+=

=+=

)1j()1(1

/j +)C j /1( )j 1]()C j /1([)]

j 1/([+)C j /1()

j 1/( 1

22112212

122221112

2

22112

22211222212.

o

.f .

C R C R C C R R R C C R C R R R R R C R R R C R R R C R R Z Z Z V V F ωωωωωωωωω-+++

=

+++=+++=

+++=

+=

=

谐振频率为 f 0=

2

121π21C C R R

当R 1 = R 2，C 1 = C 2时，谐振角频率和谐振频率分别为： RC 1

0=ω ， RC f π210= 幅频特性

=

.

F

2

00221

22121221)(

31

)1

()1(1

ω

ωωωωω-=

-++

++C R C R C C R R

相频特性

3arctg 11

arctg 001

2211

221F ωωωωωωφ--=++-

-=C C R R C R C R

当f=f 0时的反馈系数=.

F 13

，且与频率f 0的大小无关，此时的相角 ϕF =0︒。即调节

谐振频率不会影响反馈系数和相角，在调节频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。

3.2、基本文氏桥振荡电路

RC 文氏桥振荡器的电路如图4所示，RC 串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R 3

和R 4负反馈网络。

图4 RC 文氏桥振荡器

C 1、R 1和C 2、R 2正反馈支路与R 3、R 4负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。当C 1

=C 2、R 1 =R 2时

3

1.

o

.

f .

=

=

V V F ϕF =0︒

f 0=

RC

π21

为满足振荡的幅度条件 |A F ..

|=1，所以A f ≥3。加入R 3R 4支路，构成串联电压负反馈 314

3

f ≥+

=R R A 由于f A ＞3。这时正反馈超过了负反馈，说明频率为0f 的扰动会被再生的放大，导致整个电路进入一个幅度不断增长的振荡过程中。此时电路是不稳定的。

如下图所示