1 正弦波振荡电路2 非正弦波振荡电路第二部分由集成运放组成的波形发生器1 正弦波振荡器1.1 正弦波振荡器的组成 1.2 产生正弦波振荡的条件 1.3 起振条件和稳幅环节 1.4 RC文氏桥正弦波振荡器其中选频网络由R、C和L、C或石英晶体等电抗性元件组成。振荡器也常因此 而命名。1.放大电路 2.正反馈网络 3.选频网络 4.稳幅电路1.1 正弦波发生电路的组成AF = A+ F= 2n图11.01 振荡器的方框图1.2 产生正弦波的条件右图所示电路若满足：振荡条件：幅度平衡条件： 相位平衡条件：则电路产生振荡起振条件：1.3 起振条件和稳幅环节稳幅环节：由于 ,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。也可以在反馈网络中加入非线 性稳幅环节，用以调节放大电路的增益，从而达到 稳幅的目的。1.4 RC文氏桥振荡电路(1) RC文氏桥振荡电路的构成RC文氏桥振荡电路如图1 所示，RC 串并 联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负反馈网络。C1、R1和C2、 R2正反馈支路与 R3、R4负反馈支路正好构成一个 桥路，称为文氏 桥。 图1 RC文氏桥振荡电路当C1 =C2、R1 =R2时: 为满足振荡的幅度条件 ，所以Af3 。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。F=0(2) RC文氏桥振荡电路的稳幅过程RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温 度系数，应放置在R3的位置。见图1。(a) 稳幅电路 (b) 稳幅原理图图11.04 反并联二极管的稳幅电路采用反并联二极管的稳幅电路如图11.04所示 。电路的电压增益为式中 R“p是电位器上半部的电阻值，Rp是 电位器下半部的电阻值。R3= R3 / RD，RD是并 联二极管的等效平均电阻值。当Vo大时，二极管支路的交流电流较大， RD较小，Avf较小，于是Vo下降。由图(b)可看 出二极管工作在C、D点所对应的等效电阻， 小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。二极管工作在A、B点，电路的增益较大，引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增 益下降，最后达到稳定幅度的目的。1 方波发生电路2 三角波发生电路3 锯齿波发生电路2 非正弦波发生电路方波发生电路是由滞回比较电路和RC定时电路 构成的，电路如图2.1所示。(1)工作原理 电源刚接通时, 设电容C充电， 升高。 参阅图2.2。图2.1 方波发生器2.1 方波发生电路当 时，所以电容C放电， 下降。 当 ， 时，返回初态。 方波周期用过渡过 程公式可以方便地求 出图2.2 方波发生器波形图图2.1 方波发生器过渡时间t:显然为了改变输出方波的占空比，应改变 电容器C的充电和放电时 间常数。占空比可调的矩 形波电路见图2.3。C充电时，充电电流 经电位器的上半部、二 极管D1、Rf；C放电时，放电电流 经Rf、二极管D2、电位 器的下半部。图2.3 占空比可调方波发生电路(2)占空比可调的矩形波电路占空比为：其中， 是电位器中点到 上端电阻， 是二极管D1的 导通电阻。其中， 是二极管D2的导 通电阻。即改变 的中点位 置，占空比就可改变。图14.08 方波发生器波形图图2.4 三角波发生器三角波发生器的电路如图2.4所示。它是由滞 回比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输 出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的 。1.当vO1=+VZ时,则电容C充电, 同时vO按线性逐渐下降，当使A1的VP 略低于VN 时，vO1 从+VZ跳变为-VZ。波形图参阅图2.5。2.2 三角波发生器2. 在vO1=-VZ后，电容C开 始放电，vO按线性上升， 当使A1的VP略大于零时， vO1从-VZ跳变为+ VZ ，如此周而复始，产生振荡。vO的上升时间和下降时间相等，斜率绝对值也相等，故vO为三角波。图2.5 三角波发生器的波形输出峰值振荡周期：锯齿波发生器的电路如图2.6所示。显然,为了获得锯齿波，应改变积分器的充放电时间常数。图中的 二极管D和R将使充电时间常数 减为(RR)C，而放电时间常数 仍为RC。图2.6 锯齿波发生器电路图锯齿波电路的 输出波形图如图 2.7所示。2.3 锯齿波发生器图2.7 锯齿波发生器的波形锯齿波周期可以 根据时间常数和锯齿 波的幅值求得。锯齿 波的幅值为：vo1m=|Vz|= vomR2/R1vom= |Vz| R1/R2于是有附 电压比较器电压比较器是一种能将输入的模拟电压信 号与预设的某个参考电压相比较并给出比较结 果（高电平或低电平）的电路。由于其输入信号是连续变化的信号，而输 出却只有高电平或低电平两种状态，所以其中 的集成运放往往工作在非线形区，为此，从电 路结构来看，运放往往处于开环状态，有时甚 至为了使输入输出的状态转换更快，提高比较 精度，常在电路中引入正反馈。* 固定幅度比较器 * 滞回比较器常用的电压比较器有固定幅度比 较器、具有滞回特性的滞回比较器和 窗口比较器。这些比较器的阈值是固 定的，有的只有一个阈值，有的具有 两个阈值。这里我们回顾以下两种比较器:(1) 过零比较器和电压幅度比较器过零电 压比较器是 典型的幅度 比较电路， 它的电路图 和传输特性 曲线如图1 所示。(a)(b)图1 过零电压比较器(a)电路图(b)传输特性曲线1. 固定幅度比较器将过零电压比较器的一个输入端从接地改 接到一个电压值VREF 上 , 就得到电压幅度比较 器，它的电路图和传输特性曲线如图2 所示。图2 固定电压比较器(a)电路图(b)传输特性曲线(2)比较器的基本特点 常工作在开环或正反馈状态。 开关特性，因开环增益很大，比较器的输 出只有高电平和低电平两个稳定状态。 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成 线性关系。从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路 如图3(a)所示。当 vo = V+om时，若输入电压 vI 由低于 V+增大至高于V+， vo将翻转，此时V+记为 VT+，称为 上限阈值(触发)电平。当vo =V-om时,若输入电压vI由 高于V+减小至低于V+， vo将 翻转，此时V+记为 VT-, 称为 下限阈值(触发)电平。图3(a) 滞回比较器电路图2. 滞回比较器图3(b)滞回比较电路的传输特性因此，当vi由小而大，增至VT+后vo出现跳 变，而vi由大变小，则须减小至VT-后vo才出现 跳变，vi与vo的关系表现出具有如图3(b) 所示 的滞回特性。回差电压VT：积分运算电路的分析方法与求和电路差不多，反相积分运算电路如图1所示。图1 积分运算电路附 积分运算电路当输入信号是阶跃直流电压VI时，即图 积分运算放大电路若积分前电容已存在初始电压vo(0)则:附3：由555构成的矩形波信号产生电路 图2.4.1 由555构成的矩形波信号产生电路输出矩形波的振荡周期为： 输出频率为：输出矩形波的占空比为： 输出高电平的持续时间 ：输出低电平的持续时间 ： 附4：由石英晶体构成的矩形波信号产生电路 石英晶体的选频 特性非常好，只有在其谐振频率 附近的信号能通过电 路， 其他频率的信号全部被石英晶体衰减。故而只有频率为 的信号 通过不断放大最后获得稳定的输出。R1、R2使反相器工作在线性放大区， 若反相器为TTL门电路，则R1、R2常选取0.72K，若反相器为CMOS门电路， 则R1、R2常取10100M，C1和C2用作反相器间的信号耦合，反相器C用作 提高输出驱动能力。 附5：由单片机构成的信号产生电路 编程时只需把要产生的信号波形各点的幅值转换为二进制数， 把整个周期的数据制成一张表，单片机查表依次输出到DAC0832 进行D/A转换，经运放后可得相应的电压信号，如此周而复始可 获得相应的周期信号波形。 设计任务一：函数信号发生器的设计1、设计任务： 利用LM324构成正弦波、方波、三角波函数信号 发生器 给定条件:（1）给定VCC=+9V、VEE=-9V;（2）用万能板搭接电路。 要求性能指标：在2k负载条件下，输出信号 （1）正弦波：VPP10V; 方波： VPP14V； 三 角波： VPP10V （2）频率范围：200Hz5KHz范围内连续可调 （3）波形无明显失真 结果提交： （1）完成电路原理设计、实物焊接调试； （2）完成实物性能指标测试：测试数据、波 形具体参数； （3）按专题一报告要求完成相应的设计报告 。2、函数信号发生器电路设计参考方案：