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1、8. 2 三角波发生器 8. 3 RC正弦波振荡器 8.1 信号发生电路第8章 波形产生电路与变换电路1根据振荡器产生的波形不同，又分为正弦波振荡器（简谐振荡器） 非正弦波振荡器(张驰振荡器)随着集成运放技术的发展，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，还可以对信号进行处理，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8.1 信号发生电路2利用电容器充放电产生脉冲波 形(产生脉冲波形的基本原理) 三角波3试着用迟滞比较器 充当电源和开关41.电路结构8.1.1方波发生器（多谐振荡电路）用迟滞比较器充当电 源和开关Uc充当着Ui的作用反相迟滞
2、比较器充电放电ZCTHURRRUtuU 3221)(+=-ZCTHURRRUtuU 3222)(+-=-uoui0+Uom-UomUTH1UTH252. 工 作 原 理(1) 设 uo = + UZ , 此时，输出给C 充电, uc 0tuo UOM-UOMucU+H0t一旦 uc U+H , 就有 u- u+ ,在 uc RwcUOMuo0t- UOM思考题：bac108. 2 三角波发生器从下图的电容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
3、。其原理分析如下。C111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） 。12另付三角波发生器电路:13三角波产生电路的条件是电容充放电时间常 数相等，如果二者相差较大，即为锯齿波产生电路 。具体电路如图所示。利用VD1、VD2组成控制充放电回路，调整电 位器Rw可改变充放电时间常数。如果Rw在中点，则充放
4、电时间常数相等， 输出为三角波。如果Rw在最下端，则充电时间常数大于放 电时间常数，得负向锯齿波。如果Rw在最上端，则充电时间常数小于放 电时间常数，得正向锯齿波14uottuoT1T2T1变为0三角波发生器锯齿波发生器1516一放大电路通常在输入端接上信号源的情况下才有信号 输出。在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一 定频率的信号输出，这种现象就是放大电路的自激振荡。放大电路和振荡电路的区别：前者的输入端 接有信号源，而后者不加输入信号就有信号输出 。但是，不管是振荡电路还是放大电路，它们 的输出信号总是由输入信号引起的。那么，振荡 电路既然不接信号源，它的输入信号从何而来？复习8
5、.3 RC正弦波振荡器8.3.1 概述17电路中的 反馈形式在不加任何输入信 号的情况下，放大电路 仍会产生一定频率的信 号输出。2. 产生原因振荡电路的输入信 号是从自己的输出端反 馈回来的。在中频区，Xid和Xf同相，此时为负反馈。在高频区或低频区，当Xid和Xf在某一特定频率下，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。开始产生 相移变成了正 反馈Xid=Xi-Xf 1. 自激振荡现象18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
6、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。19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：这称为起振条件。既然 ，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。4. 起振条件和稳幅原理 20振荡条件 幅度平衡条件 相位平衡条件 AF = A+ F= 2n(a) 负反馈放大电路 (b) 正反馈振荡电路 图 振荡器的方框图比较图(a) 和 (b)就可以明显地看出负反馈放大
7、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 ，所以 。由于正、负号的改变21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。另外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
8、网络来命名。 思路22在波形发生电路中，是否一定只有一个频率满 足相位条件？如否，电路的振荡频率f0如何确定？ 答：在有选频网络的电路中，情况一般是这样。但是，在某些不选频网络的振荡电路中，情况则不然。例如，在图8-03（下页）的电路中可以求出 。表达式没有虚部，说明A和F同相，这表明电路在任何频率下都能满足振荡的相位平衡条件。但是，由于稳压管的稳幅作用，在振荡稳定时 ，还是只有一个频率能满足幅值平衡条件，仍能产生 的正弦/余弦波。这和通常只有一个频率满足相位条件的情况不同。 23241.放大电路2.正反馈网络3.选频网络只对一个频率满足振荡条件，从 而获得单一频率的正弦波输出。常用的选频网络
9、有RC选频和LC选频4.稳幅环节使电路易于起振又能稳定振荡，波形失真小。5. 正弦波振荡器的一般组成25uRf1RRRCCufoA+-正 反 馈 选 频 网 络 F电压负反馈网络，稳幅环节放大电路，A = 2n 同相输出如F = 0 时，反馈到U+ 端的电压uF就为正反馈正弦波振荡器结构下面就来构造 F和稳幅环节26R1C1 串联阻抗：R2C2 并联阻抗：8.3.2 RC正弦波振荡电路正反馈选频一. RC 串并联网络的选频特性频率特性：前面学习的负反馈放大 电路中的F是一定值(纯 电阻网络和频率无关).27（1）当信号的频率很低时R1R2其低频等效电路为：其频率特性为：当=0时，uf=0，F=
10、0=+90当时，uf=，F0|F|0F901.定性分析：uc1ufuo超前网络uf 超前uo28R1R2其高频等效电路为：其频率特性为：当=时，uf=0，F=0= -90当时，uf=，F0|F|0F-90ufuR1uouf 滞后 uo（2）当信号的频率很高时290=？ Fmax=？由以上分析知：一定有一个频率0存在，使得当=0时，F最大，且 =00|F|0F900|F|0F-9030R1C1 串联阻抗：R2C2 并联阻抗：频率特性：2. 定量分析31通常，取R1R2R，C1C2C，则有：式中：可见：当 时， F最大，且 =0Fmax=1/332当 时， F= Fmax=1/3F+90|F|RC
11、串并联网络完整的频率特性曲线：相频特性的特点: 仅对一个频率 o=1/RC是零相移，对低于此频率和 高于此频率分别呈正相移和负相移.幅频特性的特点: 对频率o传输系数 最大，等于1/3，而对其它频率的传输 系数都是小于1/3的。所以只要放大器 的电压放大倍数大于3，就能起振。幅频特性相频特性33uRf1RRRCCufoA+-RC正弦波 振荡电路同相比例电路电 压 正 反 馈 网 络 F电压负反馈 稳 幅作用 文氏 桥正 弦波 振荡 电路A = 2nF = 0同相 放大器 +-+实验634在 f0 处满足相位条件：因为：AF=131=F11f+=RRA1f2RR =只需：A=3 输出单一正弦波频
12、率:振幅条件：引入负反馈：选：二. RC桥式振荡器的工作原理：uRf1RRRCCufo +-A稳幅环节35RC串并联网络的相频特性是：仅对一个频率 o=1/RC是零相移，对低于此频率和高于此频率分别呈 正相移和负相移，这样一来，仅对这个o，结合同相 放大器能实现正反馈（因为正反馈的条件是放大器的 相移+反馈网络的相移=360）。 RC串并联网络的幅频特性是：对频率o传输系数 最大，等于1/3，而对其它频率的传输系数都是小于1/3 的。所以只要放大器的电压放大倍数大于3，就能起振 。而运放的电压放大倍数是远大于3的，这样一来，起 振是没有问题，但是会带来严重的失真，解决办法是 ：设法使运放的电压
13、放大倍数稍稍大于3就行(引入负反 馈稳幅环节)。36*RC串并联选频网络振荡器-2 37一、T1、T2组成两级共射放大电路，由于一级共射放大是反相放大，两 级就是同相放大； 二、两个电阻：R（16K） 2只， C（0.01）2只，是一个RC串并联移相 网络，它的输入端是上面的那个R上边，而它的输出端是中间，这个RC电路 的输入端接的就是两级放大器的输出端，而这个RC电路的输出端接的就是 两级放大器的输入端，这样就构成了一个闭环。 三、RC串并联网络的相频特性是：仅对一个频率o=1/RC是零相移，对 低于此频率和高于此频率分别呈正相移和负相移，这样一来，仅对这个o， 结合两级同相放大器能实现正反
14、馈（因为正反馈的条件是放大器的相移+反 馈网络的相移=360）。 四、RC串并联网络的幅频特性是：对频率o传输系数最大，等于1/3， 而对其它频率的传输系数都是小于1/3的。所以只要放大器的电压放大倍数 大于3，就能起振。而两级共射放大电路的电压放大倍数是远大于3的，这样 一来，起振是没有问题，但是会带来严重的失真，解决办法是：设法使两级 放大器的电压放大倍数稍稍大于3就行。 五、为使两级放大器的电压放大倍数比3大，但不要大太多，引入两级 间的电压串联负反馈，就是由那个带星号的电阻Rf(10K)，将输出端信号引 到T1的射极，与T1的射极电阻（1.2K）组成电压串联负反馈，由串联负反 馈电路的
15、计算公式可以估出这个引入负反馈后的闭环电压放大倍数=（10/1.2 ）+19。可知电路中的这个负反馈电阻Rf再小点（只要不小于2.4K就行 ） 也行。 *38R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多 大时才能起振？振荡频率f0=？ AF=1， 31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k=1592 Hz例题:Rf 不能太大，否则 正弦波将变成方波振幅条件：39振幅条件：AF = 1但是如果放大倍数正好为3,这样工作不稳定,因 为放大倍数稍有下降,立即停振.因此,要留有余地,使 放大倍数稍大于3.因为振荡以后,振荡器的振幅回不断增大,由于受 运放最大输出电压的限制,输出波形将产生非线性失 真.为此,只要设法使输出电压的幅值增大时,适当减小 (反之则应增大),就可以维持Uo的幅值基本不变.此外,引入负反馈后,还可以提高振荡电路的稳定 性和改善输出电压的波形(使更接近正弦波).40起振时D1、D2不导通， Rf1+Rf2略大于2R1。随着 uo的增加， D1、D2逐渐 导通，Rf2被短接
