正弦波振蕩器與非正弦波振蕩器 信號發(fā)生電路應(yīng)用實(shí)例

模塊七;信號產(chǎn)生與處理電路;

一、正弦波振蕩器;

1、正弦波振蕩器的分類;

(一般用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件來命名)

①RC正弦波振蕩器;一般振蕩頻率較低，1MHZ以下。

②LC正弦波振蕩器;振蕩頻率都在1MHZ以上。

③石英晶振正弦波振蕩器;也可等效為LC正弦波振蕩器，其特點(diǎn)是振蕩頻率非常穩(wěn)定。

2、RC正弦波振蕩器→文氏電橋振蕩電路;

由RC串，并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)和同相比例運(yùn)算放大電路即可構(gòu)成文氏電橋振蕩電路;

從右圖的簡估等效電路可以看出負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)R1,Rf與正反饋網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)RC電路各為一臂構(gòu)成橋路，因此得名文氏電橋，根據(jù)振蕩器起振條件Auf=1+Rf/R1≥3,得出Rf≥2R1，而振蕩頻率fo=1/2πRc,為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅，在Rf支路中串聯(lián)2個(gè)并聯(lián)的二極管，加入非線性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。

3、LC正弦波振蕩器;

①電感三點(diǎn)式LC振蕩器(哈脫萊振蕩器)

L=L1+L2+2M(2M是L1和L2的互感)

fo=1/2π根號(L1+L2+2M)*C

一般L2的匝數(shù)為整個(gè)線圈L總匝數(shù)的1/4-1/8。

優(yōu)點(diǎn);可獲得較寬的振蕩頻率，最高可達(dá)幾十MHZ。缺點(diǎn);由于反饋取自電感，輸出波形中還有高次諧波，因此適合對波形要求不高的場合，如高頻加熱器或接收機(jī)本振電路中。

②電容三點(diǎn)式振蕩器(考爾*畢茲振蕩器)

C=C1*C2/(C1+C2)

fo=1/2π根號L* C1*C2/(C1+C2)

一般C1/C2較大容易起振，但C1/C2太大，Au減小，不易起振，所以C1/C2既不能太大，也不能太小。

優(yōu)點(diǎn);輸出電壓波形好，但起振頻率不容易改變所以用在固定振蕩頻率場合，為了提高振蕩電路振蕩頻率的穩(wěn)定度，可在L上串上一個(gè)比C1,C2小得多的C3小電容，則fo=1/2π根號LC3若振蕩頻率要高達(dá)100MHZ以上，則要采用共基放大振蕩電路。

③電容三點(diǎn)式振蕩電路(共基極)(上圖)

④石英晶振振蕩器(上圖)

4、分立元件組成的文氏電橋振蕩器;

二、非正弦波振蕩器(運(yùn)放組成的各種振蕩器)

實(shí)際電路中除了常見的正弦波振蕩器外，還有矩形波發(fā)生電路，三角波發(fā)生電路，鋸齒波發(fā)生電路，尖峰波發(fā)生電路和階梯波發(fā)生電路等，下面以運(yùn)放為核心，介紹各種非正弦波振蕩器。

1、矩形波發(fā)生電路;

矩形波發(fā)生電路是其他非正弦波發(fā)生電路的基礎(chǔ)，若方波電壓加在積分運(yùn)算電路的輸入端，則就獲得三角波電壓，若改變積分電路正向積分和反向積分時(shí)間常數(shù)，使某一方向的積分常數(shù)趨于0，則獲得鋸齒波。

由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。振蕩周期為;

T=2RfCfln(1+2R1/R2)

f=1/T

2、占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路;

欲改變輸出矩形波電壓的占空比，就要使電容正向和反向充電的時(shí)間常數(shù)不同，所以可以利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑?dǎo)電流流經(jīng)不同的道路，占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路如左圖所示。

T=T1+T2≈(RW+2R3)Cln(1+2R1/R2) f=1/T

q=T1/T2≈(RW1+R3)/(RW+2R3)

(占空比調(diào)節(jié)范圍)

3、三角波發(fā)生電路;

將矩形波信號發(fā)生電路加上積分電路，即可得到三角波發(fā)生電路。T=4R1*R3*C/R2

F=R2/4R1*R3*C

調(diào)節(jié)R1,R2,R3和C的值，可改變振蕩頻率，調(diào)節(jié)R1,R2的值，而調(diào)節(jié)R1,R2的值可改變?nèi)遣ǖ姆怠?/p>

4、鋸齒波發(fā)生電路;

R3≤RW

f=R2/2R1(2R3+RW)*C

T=2R1(2R3+RW)*C/R2

T1=2*R1/R2*R3C

T2=2*R1/R2(R3+RW)*C

調(diào)整R1,R2的阻值可改變鋸齒波的幅值，調(diào)整R1,R2,R3,RW的阻值及C的容量，可以改變振蕩頻率，調(diào)節(jié)RW的位置可改變Uo1的占空比以及Uo鋸齒波上升和下降的斜率。

三、信號發(fā)生電路應(yīng)用實(shí)例;

1、方波—三角波信號產(chǎn)生電路;

A1及外圍元器件所組成的是同相輸入的遲滯電壓比較器，C1稱為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)，A2及外圍電路組成的是積分電路。

T=4R2(R4+RP2)C2/R3+RP1

f=R3+RP1/4R2(R4+RP2)*C2

結(jié)論;

①方波輸出幅度等于電源電壓VCC，若要限幅可加雙向穩(wěn)壓二極管。三角波的輸出幅度與電阻R2與(R3+RP1)的比值有關(guān)，且小于電源電壓+VCC，電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)整，但會影響方法一三角波的頻率。

②電位器RP2在調(diào)整輸出信號的頻率時(shí)，不會影響三角波的輸出電壓幅度，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)，調(diào)節(jié)電位器RP1，使輸出三角波的電壓幅度值達(dá)到所要求的值，然后再調(diào)整RP2，使輸出頻率滿足要求。若要求輸出頻率范圍較寬，可取不同的C2來改變頻率范圍，用RP2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。

2、三角波—正弦波變換電路;

為了學(xué)習(xí)多級電路的調(diào)試技術(shù)，我們選用差分放大器作為三角波—正弦波的變換電路。波形變換的原理是;利用差分對管的飽和和截止特性進(jìn)行變換。

#為了使輸出波形更接近正弦波，要求;

①傳輸特性曲線盡可能對稱，線性區(qū)盡可能窄。

②三角波的幅值Vm應(yīng)接近晶體管的截止電壓值。

#在上圖電路中，RP1調(diào)節(jié)三角波的幅度，RP2調(diào)整電路的對稱性，并聯(lián)電阻Re2用來減小差分放大器的線性區(qū)，C1,C2,C3為隔直電容耦合電容，C4為濾波電容。

#V3，V4組成比例電流源。

3、函數(shù)信號發(fā)生電路

(方波—三角波—正弦波信號產(chǎn)生電路)

4、專用集成函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038.