第七章 振荡器与信号源

1、由集成放大器组成的矩形波 发生器
原理：充放电
R1 u+ = UZ R1 + R F
周期
2 R1 T = 2 RC ln( 1 + ) RF
参数的调整
振荡周期：改变RC或R1/RF参数。 振荡周期 输出电压的幅值：稳压管的稳压值。 输出电压的幅值 占空比：可利用二极管的单向导电性，使 占空比 电容充电和放电回路时间常数不同。
PF
第三节 非正弦波振荡器的组成
非正弦波振荡电路包括矩形波振荡电路、 三角波及锯齿波振荡电路、阶梯波振荡 电路等 。 矩形波振荡器（多谐振荡器 ）应用最为 广泛
矩形波发生器
获得矩形波方法有两种： 一种是矩形波发生器，可以直接产生所需矩形波； 另一种是利用已有的周期性波形，通过整形电路变换 为所需的矩形波。 矩形波振荡电路一般应具有下列几个环节：开关器件、 反馈网络、延时环节
2．三角波和锯齿波发生器
原理
第一级组成滞回比较器（起 开关作用），第二级组成 反相积分器（起延迟作 用），两级之间由电阻R2 构成反馈，形成振荡。
参数
（1）三角波幅值 （2）三角波周期
U om = R2 UZ R1
4 R 2 RC T = R1
锯齿波发生电路 在三角波电路的基础上，只要对电路稍 加改动，即可构成锯齿波发生电路，其中电 路的电容充、放电时间常数是不同的。
矩形波发生器的特殊应用
方波本身除包含基波之外，还有大量的 高次谐波，其频谱极为丰富 应用 1.可检查低频、中频、甚至高频放大器 的失真。
2.利用它还能迅速确定频率失真、相位 失真、振幅失真。 3.可用较低频率的方波信号来检查较宽 的通频带，例如利用1kHz方波去检查0～ 20kHz的通频带，或用40kHz方波来检查 0～800kHz的通频带。一般讲，如果被测 放大器能将频率为f的方波不失真地放大， 那么该放大器的频率响应便可达20f
（一）RC正弦波振荡器的组成
1．RC串并联电路的选频特性
当R1=R2=R，C1=C2=C时 f0=1/2 πFra Baidu bibliotekRC得：
f0 f − f0 f 相频特性： ϕ F = − arctg 3
幅频特性：
& F =
1 f0 2 f 3 +( − ) f0 f
2
2．文氏电桥振荡器
振荡频率计算：
1 f0 = 2π RC
1．集成函数发生器8038
8038不仅可以产生正弦波信号，而且可以产生方波信号， 此外它还有三角波信号输出。
2．集成压控振荡器
例如：LM566是通用集成压控振荡器。 它可以产生方波和三角波输出，输出信 号频率是控制电压的线性函数。
3．555集成定时电路组成的波 形发生器
555时基电路是一种能产生定时信号（或称时钟信号），能 完成各种定时或延时功能的集成电路。它是将模拟功能 和数字逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路。电 路功能灵活、适用范围广，只要在外部配上几个阻容元 件，就可以构成性能稳定而精确的矩形波发生器（多谐 振荡器）。
按电路元件分类： 类别 分立元件振荡器 集成振荡器 晶体振荡器 说明 由R、L、C、三极管、 变压器等分立元件构成 由集成放大器和数字门 电路构成 物理器件（石英晶体）
按振荡器输出频率分类： 类别 超低频振荡器 低频振荡器 高频振荡器 超高频振荡器 说明 1Hz以下 1Hz至3kHz 3kHz至3MHz 3MHz以上
它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和 它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡器 单稳态触发器 等多种应用电路。 等多种应用电路。
555定时器主要由比较器、触发器、反相器和由三个 定时器主要由比较器、触发器、反相器和由三个 定时器主要由比较器 和由 5kΩ电阻组成的分压器等部分构成，电路如图所示。 组成的分压器等部分构成， Ω电阻组成的分压器等部分构成 电路如图所示。
正弦波振荡电路的组成
（1）控制能量转换的有源器件（如晶体管、 场效应管、集成放大器等）：常以基本放大 电路代替，其作用是保证电路从起振到有一 定幅值的输出电压。 （2）选频网络：由RC、LC、石英晶体等电 路组成。它决定了振荡频率f0 （3）正反馈网络：由变压器、R、L、C及 其组合电路组成，保证Ui=Uf。在起振过程中 使Uo从很小逐渐增大到稳定的幅值。 （4）限幅环节
1.定义： 1.定义：用石英晶体谐振器控制并稳定高频振荡频 定义 率的振荡器称为晶体振荡（简称晶振） 率的振荡器称为晶体振荡（简称晶振） 优点： 很高， 优点：Qq很高，约 频率稳定度 2.石英晶体性能特点 2.石英晶体性能特点 ① 物理性能 ； 很高，约 很高， ；
i 稳定性好： 稳定性好： ii 具有压电效应： 具有压电效应：
第二节 本原理
正弦波振荡电路的基
Uf为反馈电压 F为反馈系数，Uf=FUo， A为电压放大倍数， Uo=AUi， 由于没有输入信号，所 以Ui=Uf。 Uo=A FUo
+ vi –
＋
A
+ vo –
F
问题：在没有外加信号的条件下， 电路如何能有输出信号呢？
这是因为在接通电源瞬间，放大电路中 总存在着一定的噪声电压或瞬时干扰， 尽管这些干扰信号的幅值十分微弱，但 它们的频率分布很宽。当输出端产生一 个幅值很小频率为f0的电压信号时，它将 以正反馈方式送回到输入端，其余频率 的信号逐渐衰减为零。这样频率为f0的 Uo越来越大。
图5-2-17 压控振荡器波形图
为了使u 的控制作用明显， 应是一个低阻的信号源。因为555定时器内部的阈 为了使 5的控制作用明显，u5应是一个低阻的信号源。因为 定时器内部的阈 值是由三个5kΩ的电阻分压取得， 的内阻大或串入较大的电阻， 值是由三个 Ω的电阻分压取得，u5的内阻大或串入较大的电阻，压控作用均 不明显。 不明显。
（1）555多谐振荡器
光电报报警器
二 分类
按波形分： 按波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器 矩形波、锯齿波、尖脉冲、梯形波、 （矩形波、锯齿波、尖脉冲、梯形波、阶梯波振荡器 ） 按工作方式：负阻型振荡器和反馈型振荡器 按工作方式： 按选频网络所采用的原件分： 按选频网络所采用的原件分： LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型 振荡器、 振荡器和晶体振荡器等类型 振荡器
一般的振荡器若要改 变振荡频率必须改变选频 网络的参数值。上述555定 网络的参数值。上述 定 时器构成的振荡器， 时器构成的振荡器，只要 在5脚加入控制电压。改变 脚加入控制电压。 脚加入控制电压 控制电压就可改变振荡器 的频率， 的频率，这样的振荡器就 是电压控制振荡器， 是电压控制振荡器，简称 压控振荡器， 表示。 压控振荡器，用VCO表示。 表示
555定时器构成的压控振荡器如图 定时器构成的压控振荡器如图5-2-16所示，波形图如 所示， 定时器构成的压控振荡器如图 所示 所示。 图5-2-17所示。 所示
VCC RA
7 4 8
uc
3 5
u5
u5 2
RB
6 2
555 55 5
1
uo C5
+
-
O
uo
t
C
u5
O
t
图5-2-16 压控振荡器电路图
第七章 振荡器与信号源
第一节 振荡电路的作用和分类 第二节 正弦波振荡电路的基本原理 第三节 非正弦波振荡器的组成 第四节 集成波形发生器
第一节 振荡电路的作用和分类
振荡电路 一种不需外加信号激励而能自动将直流 能量变换为周期性交变能量的电子电路。
一 振荡电路的作用
无线电发射机用它产生载荷信息的载波信号 载波信号。 载波信号 超外差接收机用它产生本地振荡信号 本地振荡信号。 本地振荡信号 各种电子测量设备和计时仪表用它产生频 率（或时间）基准信号 基准信号。 基准信号 工业生产部门广泛应用的高频电加热设备 高频电加热设备等。 高频电加热设备
RC型正弦波振荡器适合于产生几赫～几 百千赫的低频正弦信号。要提高振荡频 率，就要降低R和C的数值。但是R值取 得过小会使放大电路负载加重，C值的降 低，电路中的寄生电容的影响就不容忽 视，它们会影响振荡频率的稳定性。所 以超过1MHz的振荡频率常采用LC型正弦 波振荡器。
3.晶体振荡器 晶体振荡器
第四节 集成波形发生器
波形发生器除了可以采用集成放大器和门电 路以及一些分立元件构成外，还可利用单片函 数 发 生 器 8038 ， 集 成 压 控 振 荡 器 MC1648 、 LM566及集成时基电路555/556等灵活地组成各 种波形发生电路，具有工作稳定、抗干扰性强 以及工作可靠等一系列优点，在自动化控制和 测量、通信等领域中得到了广泛的应用。
由于放大电路固有的非线性特性以及放大管的 非线性，当Uo增大到一定程度时，放大电路的 工作范围将进入非线性区从而使Uo下降，因此， 振幅增长是受到限制的。此时，Uo=AUi=A Uf= A FUo。即AF=1 为使电路通电后Uo能够有一个逐渐增大直至平 衡于某一数值的过程，也就是说补充的能量大 于消耗的能量，要求电路起振的幅值条件为， AF≥1。
比较器
VCC
触发器
Rd
4
反相器
电阻分压器
8
2 3 V CC
CV 5 TH 6
A1 + +
1 VCC 3
≥1
≥1
1
3 OUT
TL 2
+ A2 + -
7 DIS
≥1
1
GND
555定时器电路框图 定时器电路框图
电源端 清零端
VCC Rd
8
4 3 uo
放电端 高触发端 低触发端
DIS
TH
7 6 2 1
输出端
Lq1
C0 C q1 rq1
⋅⋅⋅⋅⋅⋅
Cqn
C0
Cq1
rqn
rq1
其中：
Lq 大体反映石英片的质量； 几十~几百亨； Cq 反映其材料的刚性； 10−3 ~ 10−4 PF ；
rq 等效石英片产生机械形变时材料的能耗；几百欧； C0称为石英谐振器的并联电容，它相当于以石英片为
介质、以两电极为极板的平板电容器的电容量和支 架电容、引线电容的总和。几~几十 。
5
TL
CV
电压控制端
GND
地
555定时器符号图 定时器符号图
555定时器构成压控振荡器 定时器构成压控振荡器( ◆555定时器构成压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator) )
VCC RA
7 4 8
RB
6 2
555 55 5
1
3 5
uo C5
+
-
C
压控振荡器电路图
u5
iii 振荡频率
压电效应最强， 若 ，压电效应最强，称 为基频 ⅳ 泛音效应 压电效应较强， 若 ，压电效应较强，称n 为n次泛音 次泛音 一般采用三次或五次泛音） （一般采用三次或五次泛音） 电性能： ② 电性能： 石英晶片等效 的串联谐振回路。 串联谐振回路。
石英谐振器的等效电路
Lq1
晶体
Lqn