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1、,2 波形发生电路,2.1 正弦波振荡电路 2.2 非正弦信号发生器 2.3 集成函数发生器8083简介 2.4 压控振荡器,2.1 正弦波振荡电路,2.1.1 正弦波振荡电路的基础知识1. 自激振荡现象 扩音系统在使用中有时会发出刺耳的啸叫声, 其形成的过程如图示。,2. 自激振荡形成的条件,可以借助图示的方框图来分析正弦波振荡形成的条件。,由此可见, 自激振荡形成的基本条件是反馈信号与输入信号大小相等、 相位相同, 即 , 而 可得：,自激振荡的起振波形,. 正弦波振荡的形成过程,那么, 振荡电路在起振以后, 振荡幅度会不会无休止地增长下去了呢？这就需要增加稳幅环节, 当振荡电路的输出达到
2、一定幅度后, 稳幅环节就会使输出减小, 维持一个相对稳定的稳幅振荡, 如图bc段所示。 也就是说, 在振荡建立的初期, 必须使反馈信号大于原输入信号, 反馈信号一次比一次大, 才能使振荡幅度逐渐增大; 当振荡建立后, 还必须使反馈信号等于原输入信号, 才能使建立的振荡得以维持下去。,由上述分析可知, 起振条件：,稳幅后的幅度平衡条件为：,. 振荡电路的组成,要形成振荡, 电路中必须包含以下组成部分: 放大器; 正反馈网络; 选频网络; 稳幅环节。,根据选频网络组成元件的不同, 正弦波振荡电路通常分为：振荡电路（振荡频率较低，几百KHZ以下）振荡电路（振荡频率较高，几百KHZ以上）石英晶体振荡电
3、路（振荡频率极其稳定）。,2.1.2 RC正弦波振荡电路,RC正弦波振荡电路结构简单, 性能可靠, 用来产生几兆赫兹以下的低频信号, 常用的RC振荡电路有RC桥式振荡电路和移相式振荡电路。,1. RC桥式振荡电路,1） RC串并联网络的选频特性,RC串并联网络传输系数F：,取：C1=C2=C, R1=R2=R, 则上式可简化为,将f0 的表达式代入模值和相角的表达式, 并将角频率变换为由频率f 表示, 则,根据上式可作出RC串并联网络频率特性,当 f=f0时, 电压传输系数最大, 其值为: F=1/3, 相角为零, 即F=0。此时, 输出电压与输入电压同相位。,当ff0时, F3的要求。 其中
4、, 1、 2和R2是实现自动稳幅的限幅电路。,由R1、 Rf、 V1、 V2及R2构成负反馈支路, 它与集成运放形成了同相输入比例运算放大器,2RC移相式振荡电路反馈网络由三节RC移相电路构成。,+,+,-,R,R,C,C,C,R,R,f,+,-,U,o,.,由于集成运算放大器的相移为180, 为满足振荡的相位平衡条件, 要求反馈网络对某一频率的信号再移相180, RC构成超前相移网络。 正如所知, 一节RC电路的最大相移为90, 不能满足振荡的相位条件; 二节RC电路的最大相移可以达到180, 但当相移等于180时, 输出电压已接近于零, 故不能满足起振的幅度条件。为此, 采用三节RC超前相
5、移网络, 三节相移网络对不同频率的信号所产生的相移是不同的, 但其中总有某一个频率的信号, 通过此相移网络产生的相移刚好为180, 满足相位平衡条件而产生振荡, 该频率即为振荡频率f0。,RC移相式振荡电路具有结构简单、 经济方便等优点。 其缺点是选频性能较差, 频率调节不方便, 由于输出幅度不够稳定, 输出波形较差, 一般只用于振荡频率固定、 稳定性要求不高的场合。 ,振幅起振条件为,振荡频率f0,2.1.3 LC正弦波振荡电路,LC正弦波振荡电路常用来产生高频正弦波信号，常见形式有变压器反馈式LC振荡电路、 电感反馈式（电感三点式）LC振荡电路、 电容反馈式电容三点式LC振荡电路, 用来产
6、生几兆赫兹以上的高频信号。它们的选频网络一般都采用LC并联谐振电路。,1. 变压器反馈式LC振荡电路 ） 电路组成,(+),(-),(+),(+),(+),L2反馈线圈引入正反馈,L1C选频网络,变压器同名端,) 振荡条件,（1） 相位平衡条件,电路振荡时, f = f0，LC回路的谐振阻抗是纯电阻性，由变压器L1及L2同名端可知，反馈信号与输出电压极性相反，即F=180。于是A+F=360，保证了电路的正反馈，满足振荡的相位平衡条件。,对频率ff0的信号，LC回路的阻抗不是纯阻抗，而是感性或容性阻抗。 此时，LC回路对信号会产生附加相移，造成F180，那A+F360，不能满足相位平衡条件，电
7、路也不可能产生振荡。 由此可见，LC振荡电路只有在f=f0这个频率上，才有可能振荡。,（2） 幅值条件,为了满足幅度条件AF1, 对晶体管的值有一定要求。 一般只要值较大, 就能满足振幅平衡条件。 反馈线圈匝数越多, 耦合越强, 电路越容易起振。,3）电路优缺点(1) 易起振, 输出电压较大。由于采用变压器耦合, 易满足阻抗匹配的要求。 (2) 调频方便。一般在LC回路中采用接入可变电容器的方法来实现,调频范围较宽,工作频率通常在几兆赫左右。 (3) 输出波形不理想。由于反馈电压取自电感两端, 它对高次谐波的阻抗大,反馈也强,因此在输出波形中含有较多高次谐波成分。,2. 电感反馈式LC振荡电路
8、,又称: 哈特莱振荡电路 电感三点式电路,1)电路组成,(+),(),(+),(),(+),(),(+),(+),L2反馈线圈,(),(+),反馈电压是取自电感L2两端, 加到晶体管b、e间的。 所以改变线圈抽头的位置, 即改变L2的大小, 就可调节反馈电压的大小。 当满足 的条件时, 电路便可起振。,)振荡条件分析 （1）相位条件,设基极瞬时极性为正, 由于放大器的倒相作用, 集电极电位为负, 与基极相位相反, 则电感的端为负, 端为公共端, 端为正。 反馈电压由端引至三极管的基极, 故为正反馈, 满足相位平衡条件。,（2） 幅度条件,上式中, L1+L2+2M为LC回路的总电感, M为L1
9、与L2间的互感耦合系数。 4） 电路优缺点(1) 由于L1和L2之间耦合很紧, 故电路易起振, 输出幅度大。 (2) 调频方便, 电容C若采用可变电容器, 就能获得较大的频率调节范围。(3) 由于反馈电压取自电感L2两端, 它对高次谐波的阻抗大, 反馈也强, 因此在输出波形中含有较多高次谐波成分, 输出波形不理想。,3） 振荡频率,3电容反馈式振荡电路,又称： 考毕兹振荡电路 电容三点式电路,(+),(+),(-),(-),(+),C2反馈电容,1） 相位条件,与电感反馈式振荡电路相位条件相同, 满足相位平衡条件。,2） 幅度条件,反馈电压取自电容C2两端, 所以适当地选择C1、 C2的数值,
10、 并使放大器有足够的放大量, 电路便可起振。,3）振荡频率,其中：,谐振回路的总电容, ,4） 电路优缺点,优点：易起振：振荡频率可高达100 MHz以上。 输出波形较好： C2 对高次谐波的阻抗小, 反馈电压中的谐波成分少。 缺点：调节频率不方便：C1、 C2的大小既与振荡频率有关, 也与反馈量有关。 改变C1 （或C2 ）时会影响反馈系数, 从而影响反馈电压的大小, 造成电路工作性能不稳定。,*. 串联改进型电容反馈式LC振荡电路,又称： 克拉泼振荡电路,决定振荡频率,C表示回路总电容,当：CC1 且：C3C2 时，CC3,*. 串联改进型电容反馈式LC振荡电路,振荡频率,2.1.4 晶体
11、振荡电路,1. 石英晶体的谐振特性与等效电路,石英晶体谐振器是晶振电路的核心元件, 是从一块石英晶体上按确定的方位角切下的薄片, 这种晶片可以是正方形、矩形或圆形、 音叉形的, 然后将晶片的两个对应表面上涂敷银层, 并装上一对金属板, 接出引线, 封装于金属壳内。,为什么石英晶体能作为一个谐振回路, 而且具有极高的频率稳定度呢？这要从石英晶体的固有特性来进行分析。 物理学的研究表明, 当石英晶体受到交变电场作用时, 即在两极板上加以交流电压, 石英晶体便会产生机械振动。 反过来, 若对石英晶体施加周期性机械力, 使其发生振动, 则又会在晶体表面出现相应的交变电场和电荷, 即在极板上有交变电压。
12、当外加电场的频率等于晶体的固有频率时, 便会产生“机电共振”, 振幅明显加大, 这种现象称为压电谐振。 它与LC回路的谐振现象十分相似。,压电谐振的固有频率与石英晶体的外形尺寸及切割方式有关。 从电路上分析, 石英晶体可以等效为一个LC电路, 把它接到振荡器上便可作为选频环节应用。,等效电路,电路符号,石英晶体谐振器的电抗-频率特性,它具有两个谐振频率, 一个是L、 C、 R支路发生串联谐振时的串联谐振频率fs, 另一个是L、 C、 R支路与C0支路发生并联谐振时的并联谐振频率fp,并联型石英晶体振荡电路,当f0在 fS fP的窄小的频率范围内时, 晶体在电路中起一个电感作用, 它与C1、 C
13、2组成电容反馈式振荡电路。改变C1、 C2 的值可以在很小的范围内微调f0 。,2 石英晶体振荡电路,石英晶体振荡器可以归结为两类, 一类称为并联型, 另一类称为串联型。 前者的振荡频率接近于fP，后者的振荡频率接近于fS,串联型石英晶体振荡电路,晶体作为反馈元件，工作于串联谐振频率fS时，阻抗最小，,呈现纯电阻特性，正反馈最强，相位为零，满足振荡条件,2.2 非正弦信号发生器,2.2.1矩形波发生器,也称为方波振荡器。 它是在滞回比较器的基础上, 增加一条RC充、放电负反馈支路Rf、C构成的。,1. 工作原理, 电容上的电压加在集成运放的反相端, 集成运放工作在非线性区, 输出只有两个值:
14、+Uz和-Uz。,值时, 因运放输入端uu, 电路翻转, 输出电压由+Uz值翻至Uz, 同相端电压变为,设在刚接通电源时, 电容上的电压为零, 输出为正饱和电压+Uz, 同相端的电压为,电容C在输出电压+Uz的作用下开始充电, 充电电流i经过电阻Rf, 当充电电压uC升至,电容C开始放电, uC开始下降,放电电流iC图中虚线所示。当电容电压uC降至,值时, 由于u0时, uo1z,当u 0时, uo1z,在电源刚接通时, 假设电容器初始电压为零, 集成运放A1输出电压为正饱和电压值z, 积分器输入为z, 电容开始充电, 输出电压uo开始减小, u值也随之减小, 当uo减小到R2R1Uz时, u由正值变为零, 滞回比较器A1翻转, 集成运放A1的输出uo1z。 当Uo1=Uz时, 积分器输入负电压, 输出电压uo开始增大, u值也随之增大, 当uo增加到 R2R1Uz 时, u由负值变为零, 滞回比较器A1翻转, 集成运放A1的输出uo1z。,
