模块4 音频信号发生器

振荡频率为
调节电路中R1、R2、R3的阻值和C容量，可以改变振荡频率；而 调节R1和R2的阻值，可以改变三角波的幅值。
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图6-9 变压器反馈式振荡电路
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3．电感反馈式LC振荡电路
（1）电路组成
图6-10 电感反馈式振荡电路
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（2）平衡条件分析
振荡频率
f0
1 2
L1 L2 2M C
起振条件
L1 M rbe L2 M RL
o
o
o
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6.2.3 LC正弦波振荡电路
1．LC谐振电路的频率特性
图6-5 LC并联网络 图6-6 LC并联谐振回路
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0
1 LC
f0 1 2 LC
① 回路的谐振频率为
或
② 谐振时回路的等效阻抗为纯电阻性质，其值最
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2．集成运放的非线性工作区
（a）集成运放的开环状态
图7-1 集成运放工作在非线性区的电路特点及其电压传输特性
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3．电压比较电路的种类
图7-2 电压比较电路传输特性
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7.2.2 单限比较电路
1．过零比较电路
图7-3 过零比较电路及其电压传输特性
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图7-4 电压比较电路的输出限幅电路
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图7-5 稳压管接在反馈电路
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2．基本电压比较电路
图7-6 基本电压比较电路及其电压传输特性
图6-18 石英晶体串联谐振频率的调整
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（1）并联型石英晶体振荡电路
图6-19 并联型石英晶体振荡电路
图6-20 并联型石英晶体振荡电路交流电路
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（2）串联型石英晶体振荡电路
图6-21 串联型石英晶体振荡电路
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2．变压器反馈式LC振荡电路
（1）电路组成
图6-8 在选频放大电路中引入正反馈
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（2）平衡条件分析
图6-9所示电路可用前面所述的方 法判断电路产生正弦波振荡的可能。
（3）优缺点
变压器反馈式振荡电路容易产 生振荡，波形较好，应用范围 广泛。但由于输出电压与反馈 电压靠磁路耦合，因而耦合不 紧密，损耗大，并且振荡频率 的稳定性不高。
图6-11 电感反馈式振荡电路的交流通路
（3）优缺点
振幅较大，可获得调节范围较宽的振荡频率。 但对高频信号具有较大的电抗，输出电压波形 中常含有高次谐波。
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4．电容反馈式LC振荡电路
（1）电路组成
图6-12 电容反馈式振荡电路
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7.2.3 滞回电压比较电路
图7-7 滞回电压比较电路及其电压传输特性
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图7-8 外加参考电压的滞回电压比较电路及电压传输特性
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7.2.4 窗口电压比较电路
图7-9 窗口电压比较电路及其电压传输特性
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7.4 知识链接
7.4.1 占空比可调电路
图7-13 占空比可调的矩形波发生电路
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7.4.2 三角波发生电路
1．电路组成与工作原理
图7-14 采用波形变换方法得到三角波
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2
0
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图6-7 LC并联谐振回路的频率响应 ① 从（a）可见，当外加信号角频率（即ω=ω0）时，产生并联谐振，回 路等效阻抗达最大值ZO=L/RC。当角频率ω 偏离ω0时，|Z|将减小，而ω越 大，|Z|越小。 ② 从（b）可知，当ω>ω0时，相对失谐（2Δω/ω0）为正，等效阻抗呈电 容性，因此Z的相角为负值，即回路输出电压UO滞后于IS ；反之，当 ω<ω0时，等效阻抗Z呈电感性，因此Φ为正值，UO超前于IS。
图6-2 利用瞬时极性法判断相位条件
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6.2.2 RC正弦波振荡电路
1．RC串/并联选频网络的选频特性
RC串并联选频网络的幅频响 应和相频响应分别为
FV
1 0 3 0
2 2
0 0 f arctan 3
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图6-17 石英晶体的代表符号、等效电路和电抗特性
fs
1 2 LC
C C fP 1 fs 1 C0 C0 2 LC
1
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3．石英晶体振荡电路
基本电路
并联型石英晶体振荡 电路——工作在fs与 fp之间，用电感来组 成振荡电路； 串联型石英晶体振荡 电路——工作于串联 谐振频率处，用其阻 抗最小且为纯阻性来 组成振荡电路。
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6.3 任务实施过程
6.3.1 任务分析
图6-22 RC桥式正弦波振荡电路
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6.3.2 任务设计
图6-23 RC桥式正弦波振荡电路的组成
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6.3.3 任务实现
图6-24 简易音频信号发生器电路图
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6.4 知识链接
振荡频率可调的RC桥 式正弦波振荡电路
图6-25 振荡频率连续可调的RC串并联选频网络
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任务7 红外线警戒装置
– 7.1 任务目标 – 掌握典型电压比较电路的电路组成、工作 原理和性能特点。 – 理解由集成运放所构成的矩形波发生电路 的工作原理、波形分析和有关参数。 – 了解由集成运放所构成的三角波发生电路 的工作原理、波形分析和有关参数。 – 设计一个以电压比较电路形式的红外线警 戒电路。
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6.2 知识积累
6.2.1 正弦波振荡电路 1．产生正弦波振荡的条件
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AFX AX X o f o
也就是说正弦波振荡的平衡条件为
1 AF
1 AF
写成模与相角的形式为
图7-15 三角波发生电路
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图7-16 三角波发生电路中滞回 比较电路的电压传输特性
图7-17 三角波-方波发生电路的波形图
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2．振荡频率的计算
振荡周期
4 R1 R3C T R2
R2 f 4 R1 R3C
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7.2 知识积累
7.2.1 电压比较电路
1．电压比较电路的电压传输特性 电压比较电路的输出电压uo与输入电压ui的函数关系 uo=f（ui）一般用曲线来描述，称为电压传输特性。 电压传输特性三个要素 （1）输出电压高电平UOH和输出电压低电平UOL； （2）阈值电压UT； （3）当输入电压ui变化且经过UT时，输出电压uo跳 变的方向，即是从UOH跳变为UOL还是从UOL跳变到 UOH。 王川主编
图6-3 RC桥式振荡电路
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串并联选频网络的幅频响应和相频响应
图6-4 RC串并联选频网络的频率响应
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图6-4 RC串并联选频网络的频率响应
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2．振荡的建立与稳定
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7.2.5 矩形波发生电路
1．电路组成与工作原理
图7-10 矩形波发生电路及其电压传输特性
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2．波形分析
图7-11 矩形波发生电路波形图
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7.3.1 任务分析
7.3 任务实施过程
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任务6 简易音频信号发生器的设计
6.1 任务目标
– 知道电路产生正弦波振荡的幅值平衡条件和相位平衡条件， 并能够根据相位平衡条件正确判断电路是否可能产生正弦 波振荡。 – 知道RC桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理和分析方 法。 – 理解变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式的工作原理， 知道它们的振荡频率与电路参数的关系。 – 知道石英晶体正弦波振荡电路的特性和电路形式。 – 通过对RC桥式正弦波振荡电路的改进设计一个简易的音 频信号发生器。
一般LC振荡电路，其Q值最高只达数百，在要求频率 稳定度高的场合，往往采用石英晶体振荡电路。它的频 率稳定度可高达～数量级。 石英晶体振荡电路之所以具有极高的频率稳定度，主要 是由于采用了具有极高值的石英晶体。
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2．石英晶体的基本特性与等效电路
图6-16 石英晶体的一种结构
根据任务目标，设计一个在1～2m警戒距离内，采用电压比较电路 形式的红外线警戒电路。
7.3.2 任务设计
图7-12 红外线警戒电路
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7.3.3 任务实现
元件按电路选取即可，只要原件合格，一般不 需调试。VD6和VD7按成对的红外线发射/接收 管购买。IC可以用A741代替。晶闸管用1A的 单向晶闸管，型号是100-6。由于元件较少， 直接安装在一块万用电路板即可。
A F 2n
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2．正弦波振荡电路的组成
① 放大电路 ② 选频网络 ③ 正反馈网络 ④ 稳幅环节
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3．判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤
第一步，观察电路是否包含了4个组成部分。 第二步，判断放大电路是否能够正常工作， 第三步，利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件 第四步，判断电路是否满足正弦波振荡的起振条件。
大即
L Q Z0 Q0 L 。 RC 0C
式中
Q
0 L
R

1 1 L 0CR R C
称为回路的品质因数，它是用来评价回路损耗大 小的指标。一般值在几十到几百范围内。
Z Z0 2 1 Q 0
2
阻抗的模值为
其相角为
arctan Q
1 0 由于电路中存在噪声，它所包含的频谱范 RC
围很广，其中包括有这样一个 频率成分。这种微弱的信号，经过放大通 过正反馈的选频网络，使输出的幅度越来 越大，最后受电路中元件的非线性特性限 制，使振荡幅度自动地稳定下来。
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3．稳幅措施
在放大电路的负反馈回路中采用非线性元 件来自动调整负反馈的强弱以达到维持输 出电压恒定。例如，在图6-3所示的电路中， 可采用一负温度系数的热敏电阻替代。当 增加时，通过负反馈回路的电 输出电压 U 流 If 也随之增加，结果使热敏电阻的阻值 减小，负反馈加强，放大电路的增益下降， U 从而使输出电压下降；反之，当 下降时， 由于热敏电阻的自动调整作用，将使 上 升，因此可以维持输出电压基本恒定。 U
（2）平衡条件分析
振荡频率为
（3）优缺点
输出电压波形好，但若用改 变电容的方法来调节振荡频 率，则会影响电路的起振条 件；
f0
1 C1C2 2 L C1 C2
起振条件为
C2 rbe C1 RL
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6.2.4 石英晶体正弦波振荡电路
1．正弦波振荡电路的频率稳定问题