音频信号发生器的分析与制作

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4.1正弦波振荡电路
• 一般地，RC振荡器的输出频率较低，频率范围可从几赫兹到几百千 赫兹所以RC振荡器一般用在低频场合。
• 4.1.3 LC正弦波振荡电路
• 1.变压器反馈式振荡电路 • (1)电路组成 • 变压器反馈式振荡电路如图4.7所示。图中，晶体管VT，电阻RB1、
RB2、RE组成共射极放大电路，LC并联回路作为三极管的集电极负载， 是振荡电路的选频网络。电路中3个线圈用做变压器耦合。线圈L与 电容C组成选频电路，Lf是反馈线圈，与负载相接的Lo为输出 • 线圈。
• 振荡频率为
• 1. RC串并联网络的选频特性 • 图4.5所示为RC串并联网络，它的传输系数为:
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4.1正弦波振荡电路
• 由理论计算可知，在R1= R2和C1= C2的条件下，当串并联网络中传输 的信号角频率为:ω=ωo=1/RC时，传输系数F达到最大值，大小 为:F=1/3，而且此时 与 同相位，如图4.6所示。
• 4.1.1正弦波振荡电路的基本概念
• 1.正弦波振荡电路的组成 • 为了产生正弦波，必须在放大电路里加人正反馈，因此放大电路和正
反馈网络是振荡电路的最主要部分。
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4.1正弦波振荡电路
• 但是，人们想得到的是一定频率的正弦波，所以正弦波振荡器中必须 还有选频电路(或称选频网络)，这样，正弦波振荡器一般由放大电路、 正反馈网络和选频网络这几部分组成。
项目4音频信号发生器的分析与制作
• 【实践活动】非正弦波振荡器 • 4.3集成函数信号发生器ICL8038简介 • 本项目知识点
项目4音频信号发生器的分析与制作
• 【学习目标】 • 能力目标 • 1.会计算正弦波振荡电路及方波发生器的振荡频率;会用瞬时极性法 • 分析各类正弦波振荡电路的类型。 • 2.能完成音频信号发生器的制作与调试。 • 知识目标 • 1.了解振荡与自激振荡的概念、产生振荡的条件，掌握各种振荡电路 • 的结构、工作原理、频率计算、各类振荡电路适用频率的范围，掌握
硅二极管的死区电压造成输出波形在过零附近的畸变而设置的，若 VD1、 VD2换为锗管， R1可不接。 • 6.分析电路及编写实训报告 • 7.实训考核(表4.3) • 思考 • 假设要制作一个调幅无线话筒，如何设计该电路?请查阅有关资料， 画出电路原理图，并试分析其工作原理。
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4.1正弦波振荡电路
• 能产生周期性电信号的电路叫做振荡电路。如产生正弦波的电路叫做 正弦波振荡器，类似的还有三角波振荡器、锯齿波振荡器、矩形波振 荡器(或称方波振荡器、多谐振荡器)。
• 正弦波振荡电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正 反馈而形成的，是各类波形发生器和信号源的核心电路，在测量、通 信、无线电技术、自动控制等领域有广泛的应用，如实验室的信号发 生器、开关电源、电视机、收音机等。
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【实践活动】音频信号发生器的制作
• 2.项目目标 • ①熟悉音频信号发生器的电路结构，理解其工作原理。 • ②能正确安装音频信号发生器。 • ③掌握音频信号发生器的频率调节与测试方法。 • 3.实训设备与器材 • 实训设备:通用面包板1块、双踪示波器1台、晶体管毫伏表1台、万用
表1块、频率计1台、直流稳压电源1台。 • 实训器件:集成运放(μA747)1个，1N4001型二极管2个，100 kΩ电位
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4.1正弦波振荡电路
• 电路不需要外来信号(即 =0)而能自己产生电路振荡的现象，称为 自激振荡。自激振荡电路由基本放大电路和反馈电路组成，在最初的 正弦输入信号ui作用下，输出正弦电压uo , uo经过反馈网络送回输入 端的反馈电压为uf，若uf和ui的大小、相位完全一致，即使去掉ui， 也可以在输出端得到维持不变的输出电压，即产生自激振荡。
振荡电路的应用。 • 2.了解RC串并联及LC并联谐振网络的选频特点及其组成振荡电路的 • 基本结构。 • 音频信号发生器实物如图4.1所示。
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【实践活动】音频信号发生器的制作
• 1.工作任务单 • ①小组制订工作计划。 • ②认识并掌握文氏电桥振荡器原理图，明确元器件连接和电路连线。 • ③画出布线图。 • ④完成电路所需元器件的购买与检测。 • ⑤根据布线图制作文氏电桥振荡电路。 • ⑥完成电路功能检测和故障排除。 • ⑦通过小组讨论完成电路的详细分析及编写项目报告。 • 音频信号发生器如图4.2所示。
• 从放大电路的输出端取出一部分或全部输出信号，以一定的方式返送 回输入端的过程，称为反馈，反馈示意如图4.3所示。反馈使输入信 号加强了，这种反馈称为正反馈，即
• 2.正弦波振荡器的振荡条件 • 各类振荡器的共同特点是在没有外来信号的条件下，电路能输出一定
频率、一定幅度和特定波形的电信号。 • 电路能不断地输出交流信号(或脉冲信号) 的现象，称为电路振荡。
• (3)电路特点 • 变压器反馈式振荡电路的特点是电路结构简单，容易起振，改变电容
大小可方便地调节振荡频率。在应用时要特别注意线圈Lf的极性，否 则没有正反馈，无法振荡。
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4.1正弦波振荡电路
• 2.电感三点式振荡电路 • 图4.8所示是电感三点式振荡电路，其结构原理与上述变压器反馈式
• 荡输出正弦波信号。 • (2)振荡条件及振荡频率 • 集电极输出信号与基极的相位差为1800，通过变压器的适当连接，使
L2两端的反馈交流电压又产生1800相移，即可满足振荡的相位条件。 自激振荡的频率基本上由LC并联谐振回路决定。即
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4.1正弦波振荡电路
• 当电路电源接通瞬间，在集电极选频电路中激起一个很微弱的电流变 化信号。选频电路只对谐振频率fo的电流，呈现很大阻抗。该频率的 电流在回路两端产生电压降，这个电压降经变压器耦合到Lf，反馈到 三极管输入端;对非谐振频率的电流，LC谐振回路呈现的阻抗很小， 回路两端几乎不产生电压降，Lf中也就没有非谐振频率信号的电压降， 当然这些信号也没有反馈。谐振信号经反馈、放大、再反馈就形成振 荡。当改变L或C的参数时，振荡频率将发生相应改变。
的反馈电压，此时|AF|=1。 • 3.自激振荡的建立和稳定 • (1)起振 • 振荡电路在接通电源开始工作的瞬间，电路中是没有外加输入信号的。
但是因放大器的突然导通，电流由零突然变为一个值，在这个突变的 电流中包含了频率由零到无穷大的微弱交流信号，由于选频网络的作 用，其中频率与选频网络频率fo相等的信号，经过放大，正反馈，再 反复放大和正反馈过程，其振幅逐渐增强，形成振荡。其他频率的信 号则被削弱了。
器1个，10 kΩ电阻1个，1 kΩ, 2 kΩ电阻各1个，0.1 μF电容器5个， 导线若干。
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【实践活动】音频信号发生器的制作
• 4.项目电路与说明 • 本电路是一个文氏桥振荡电路，又叫RC桥式正弦波振荡电路，由一
个同相比例放大电路和RC选频网络所组成，由于放大电路的输出电 压与输入电压同相，RC选频网络对反馈信号相移为零，且输出电压 最大，故反馈信号能满足振荡的相位条件。只要放大倍数满足振幅条 件，就能产生音频振荡信号。 • 5.项目电路的安装与调试 • (1)电路安装 • ①识别与检测元件，并查阅资料画出芯片μA747的引脚排列示意图 • ②根据图4.2画出文氏电桥振荡器的装配图。 • ③按装配图进行电路装接，其中电位器R’P置最大。
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4.1正弦波振荡电路
• 电感三点式振荡电路的优点是:电路简单， L1和L2耦合紧密，更易起 振;当电容器C采用可变电容器时，可在较宽的范围内调节振荡频率。 此种电路一般用于产生几十兆赫以下频率的输出信号。其缺点是振荡 的输出波形较差，因此常用于对波形要求不高的场合。
• 3.电容三点式振荡电路 • 电容三点式振荡电路如图4.9所示。由于LC并联电路中的串联电容C1
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4.1正弦波振荡电路
• 4.1.2 RC正弦波振荡电路
• 要产生频率低于1 MHz的正弦波信号时，一般采用RC正弦波振荡电 路，电路如图4.4所示。它由一个同相比例放大电路和RC串并联选频 网络所组成。由于放大电路的输出电压与输入电压同相，而RC:选频 网络对fo的信号相移为零，且输出电压最大，故对fo信号能满足振荡 的相位条件。只要放大倍数等于3即可满足振幅条件。
节并测量完成表4.2的填写。 • ③在RC串并联选频网络中的电容两端各并联0.1μF电容，进行频率调
节并测量完成表4.2的填写。 • (3)注意事项 • ①按工艺要求安装电子元件，插件装配要美观、均匀、端正、整齐，
高低有序。
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【实践活动】音频信号发生器的制作
• ②严禁将集成运放的电源极性接反及输出端短路，以免损坏芯片。 • ③电路装配好并经过检查后才可接通电源。 • ④仪器接地端要与电路接地端连接起来。 • 5 VD1、 VD2两管用来实现自动稳幅，与之并联的电阻R1是为了克服
振荡电路相似，不同的是，电路中用具有抽头的电感线圈L1和L2替代 变压器，由于电感线圈通过3个端子与放大电路相连，因此称为电感 三点式振荡电路。反馈线圈L2是电感线圈的一段，通过L2将反馈电压 送到输入端，幅值条件可以通过放大器和反馈线圈L2匝数来满足，通 常L:的匝数为电感线圈总匝数的1/8~1/4,电感三点式振荡电路的振荡 频率为 • 式中，M为线圈L1和L2之间的互感，通常改变电容C来调节振荡频率。
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4.1正弦波振荡电路
• 利用瞬时极性法可判断反馈电路的同名端设置是否正确，并由此推断 该电路是否能产生振荡输出。判断的方法是:在放大器的输入端(如图 4.7中的a点)，接入假想正极性的瞬时信号源ui,经放大器放大后，从 反馈网络反馈到输入端的信号也是正极性时，放大器是正反馈，满足 振荡器的位相条件，当振荡器的幅度条件也满足时，振荡器将产生振
• 即产生稳定的振荡时 • 由此可见，自激振荡的形成必须满足以下两个条件。 • (1)相位平衡条件 • 振荡电路中，反馈电压u:与输入电压ui应该相位相同，为正反馈，即 • ΦA+φB=2nπ(n=0,1,2,…)
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4.1正弦波振荡电路
• (2)幅值平衡条件 • 振荡电路中，反馈电压uf与输入电压ui必须大小相等，即必须有足够
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【实践活动】音频信号发生器的制作
• (2)电路调试 • ①接通电源，调小R.P直至振荡波形uo1 、 uo2不失真。将uo1 、 uo2
测量的数据记入表4.1中。若电路有故障，进行排除，并作记录。 • 故障现象及排除过程: • ②在RC串并联选频网络中的电阻两端各并联10kΩ电阻，进行频率调
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4.1正弦波振荡电路
• 为了起振容易，在设计电路时都使得振荡开始阶段正反馈信号略强于 输入信号，使振荡信号的幅度越来越大。
• (2)稳定 • 当振荡的幅度达到一定值后，由于放大器本身的非线性，随着幅度的
增加，放大器的电压放大倍数下降，振幅的增长受到限制而使振荡的 幅度自动稳定下来。 • 4.正弦振荡电路的分类 • 为了保证振荡电路产生单一的正弦波，电路中必须包含选频网络，根 据选频网络元件的不同，可以将振荡器分为RC振荡器、LC振荡器和 石英晶体正弦波振荡器。
和C2通过三个点与放大电路相连，因此称为电容三点式振荡电路。电 路中，串联电容支路的两端分别接三极管的集电极和基极，中间点接 地。 C1和C2串联，反馈电压从C2上取出送到输入端，它的振荡频率 为
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4.1正弦波振荡电路
• 2.RC正弦波振荡电路的工作原理 • 由于ω=ωo=1/RC时， F达到最大值F=1/3，而且此时 与 同相位，
为满足振荡的幅度条件AF=1，所以应把文氏电桥振荡电路中的基本 放大器接成同相放大器，并适当选择R3 、 R4使A≥3。也就是要让由 运放、 R3 和 R4构成串联电压负反馈放大器的电压放大倍数: • 这样就可以从运放的输出端得到正弦波信号，频率为 •