电路与模拟电子技术_第8章.pptx

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1、电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术课程讲义课程讲义第第8章章 信号产生电路信号产生电路本章教学内容本章教学内容28.1 正弦信号产生电路正弦信号产生电路8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理正弦波振荡电路的基本原理8.1.2 LC振荡电路振荡电路8.1.3 RC振荡电路振荡电路8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路8.2 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路8.2.1 矩形波发生器矩形波发生器8.2.2 三角波和锯齿波发生器三角波和锯齿波发生器8.3 集成函数发生器集成函数发生器8038及其应用及其应用8.3.1 集成函数发生器集成函数发生器8038的电路结构及其功能的电路结

2、构及其功能8.3.2 集成函数发生器集成函数发生器8038的典型应用的典型应用本章内容概述本章内容概述3本本课课程程一一开开始始我我们们就就涉涉及及了了各各种种信信号号，我我们们说说由由信信号号源源提提供供信信号号，上上一一章章我我们们讨讨论论的的信信号号运运算算、处处理理，但但这这些些信信号号是怎么产生的呢？本章我们来讨论产生信号的电路。是怎么产生的呢？本章我们来讨论产生信号的电路。根据波形我们将信号产生电路分成两类：正弦波产生电根据波形我们将信号产生电路分成两类：正弦波产生电路和非正弦产生电路。路和非正弦产生电路。我们首先介绍反馈式自激振荡原理，给出两类常用的正我们首先介绍反馈式自激振荡原

3、理，给出两类常用的正弦波振荡电路（弦波振荡电路（RC振荡和振荡和LC振荡）的组成和分析；然后介绍振荡）的组成和分析；然后介绍矩形波和三角波发生电路。矩形波和三角波发生电路。信号产生电路通常又称为振荡电路。信号产生电路通常又称为振荡电路。8.1 正弦信号产生电路正弦信号产生电路4按照产生信号的机理，正弦波振荡电路分为反馈式振荡电路按照产生信号的机理，正弦波振荡电路分为反馈式振荡电路和负电阻振荡电路两大类，其中，负电阻振荡电路需要采用一些和负电阻振荡电路两大类，其中，负电阻振荡电路需要采用一些特殊的器件使其在特定的工作条件下呈现出交流等效负电阻（相特殊的器件使其在特定的工作条件下呈现出交流等效负电

4、阻（相当于电源），通过选频获得所需的信号；而反馈式振荡电路则是当于电源），通过选频获得所需的信号；而反馈式振荡电路则是利用放大电路中的反馈，在选定的频率构成总环路增益大于利用放大电路中的反馈，在选定的频率构成总环路增益大于1的的正反馈（在放大信号时这是需要避免的），从而获得信号输出。正反馈（在放大信号时这是需要避免的），从而获得信号输出。本课程只讨论反馈式正弦波振荡电路。本课程只讨论反馈式正弦波振荡电路。8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理正弦波振荡电路的基本原理5u产生自激振荡的原理产生自激振荡的原理利利用用正正反反馈馈，将将放放大大电电路路输输出出信信号号反反馈馈到到输输入入端端，与与输输

5、入入信信号号叠叠加加（加加强强），如如果果反反馈馈回回的的信信号号恰恰好好与与原原输输入入信信号号大大小小相相同同，那那么么，这这时时即即使使撤撤除除输输入入信信号号，也也能能在在输输出出端端维维持输出。持输出。放大电路放大电路A正反馈电路正反馈电路Fuiufuoud环路增益：环路增益：AF=18.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续1）6要维持输出，必须要反馈信号与原输入信号不仅幅度相同，要维持输出，必须要反馈信号与原输入信号不仅幅度相同，而且相位相同。而且相位相同。若反馈信号幅度小于输入信号，切换后输出将越来越小；若反馈信号幅度小于输入信号，切换后输出将越来越小

6、；若反馈信号滞后输入信号，输出信号的相位将越来越滞后，若反馈信号滞后输入信号，输出信号的相位将越来越滞后，输出频率将越来越低；输出频率将越来越低；若反馈信号超前输入信号，输出信号的相位将越来越超前，若反馈信号超前输入信号，输出信号的相位将越来越超前，输出频率将越来越高。输出频率将越来越高。因此，反馈振荡的因此，反馈振荡的平衡条件平衡条件：相位条件相位条件环路总相移为环路总相移为0（或（或 AF=2n）即构成正反馈）即构成正反馈幅度条件幅度条件环路总增益为环路总增益为1（或（或|AF|=1）8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续2）7u反馈振荡的建立反馈振荡的建立要

7、维持振荡输出必须解决两个问题：要维持振荡输出必须解决两个问题：（1）原始信号从何获得？）原始信号从何获得？（2）什么时刻进行切换？怎样切换？）什么时刻进行切换？怎样切换？事事实实上上，在在放放大大器器中中，各各种种电电子子器器件件内内部部都都存存在在噪噪声声，它它们们是是由由于于导导电电的的粒粒子子性性而而形形成成的的。均均匀匀分分布布在在整整个个频频率率域域（从从直直流流到到极极高高频频率率），每每个个频频率率分分量量幅幅度度都都极极小小，平平均均意意义义上上总总噪噪声声值值为为0；而而且且，由由于于电电路路开开始始工工作作时时电电源源的的接接入入也也相相当当于于给电路施加了一个阶跃信号，同

8、样包含丰富的频率分量。给电路施加了一个阶跃信号，同样包含丰富的频率分量。因因此此，实实际际电电路路工工作作中中始始终终存存在在着着含含有有各各种种频频率率成成分分的的微微小小的的噪噪声声（信信号号），它它们们就就是是反反馈馈式式振振荡荡电电路路的的原原始始信信号号。我我们无需另外施加原始信号（否则就不能称之为信号产生电路）。们无需另外施加原始信号（否则就不能称之为信号产生电路）。8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续3）8放大电路放大电路A正反馈电路正反馈电路Fufuo噪声噪声如果选取某一频率的噪声进行强正反馈，其他频率噪声如果选取某一频率的噪声进行强正反馈，其他

9、频率噪声则具有较小的反馈，那么这个频率分量的噪声将逐步得到则具有较小的反馈，那么这个频率分量的噪声将逐步得到放大而变得越来越大，其他频率的噪声不能得到逐步放大，放大而变得越来越大，其他频率的噪声不能得到逐步放大，仍维持很小的幅度，最终在输出端将得到具有一定幅度确仍维持很小的幅度，最终在输出端将得到具有一定幅度确定频率的信号输出定频率的信号输出振荡。振荡。振荡的振荡的起振条件起振条件：相位条件：相位条件：对选定频率对选定频率AF=2n 幅度条件：幅度条件：对选定频率对选定频率|AF|18.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续4）9u反馈振荡的建立过程反馈振荡的建立过程

10、放大特性放大特性uo=Aud反馈特性反馈特性uf=Fuoud=ufuo噪声噪声放大电路放大电路A正反馈电路正反馈电路Fufuo噪声噪声放放大大反馈反馈放放大大反馈反馈放放大大反馈反馈放放大大反馈反馈放放大大反馈反馈放放大大反馈反馈只要环路增益只要环路增益|AF|1输出信号就越来越大！输出信号就越来越大！8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续5）10u反馈振荡的稳定过程反馈振荡的稳定过程为了建立振荡，要使环路增益为了建立振荡，要使环路增益|AF|1，输出幅度才能逐步，输出幅度才能逐步增大。但如果一直继续下去，输出幅度将无限制！增大。但如果一直继续下去，输出幅度将无限

11、制！实际上，当幅度达到一定值时，放大器将进入非线性状态，实际上，当幅度达到一定值时，放大器将进入非线性状态，增益也开始下降，最终达到振荡的平衡条件增益也开始下降，最终达到振荡的平衡条件|AF|=1。放大特性放大特性uo=Aud反馈特性反馈特性uf=Fuo噪声噪声振荡平衡点振荡平衡点udufuo8.1.1 正弦波振荡电路的基本原理（续正弦波振荡电路的基本原理（续6）11u反馈振荡的电路组成反馈振荡的电路组成放大电路放大电路选频网络选频网络反馈网络反馈网络选频率网络的作用选频率网络的作用是确定振荡频率，因此，是确定振荡频率，因此，选频率网络应具有带通选频率网络应具有带通特性。为了使振荡频率特性。为

12、了使振荡频率稳定，振荡回路的总相频在谐振频率处应具有负斜率。稳定，振荡回路的总相频在谐振频率处应具有负斜率。f0 AFfo滞后滞后超前超前环路相移超前，振荡频率逐步升高环路相移超前，振荡频率逐步升高环路相移滞后，振荡频率逐步降低环路相移滞后，振荡频率逐步降低最终将偏离的振荡频率拉回平衡点最终将偏离的振荡频率拉回平衡点8.1.2 LC振荡电路振荡电路12uLC并联网络的频率特性并联网络的频率特性品质因数品质因数谐振频率谐振频率如果将并联谐振电路作放大电路的负载，如果将并联谐振电路作放大电路的负载，则，放大系数将随频率呈带通特性，同时，则，放大系数将随频率呈带通特性，同时，由于相频特性在谐振频率处

13、具有负斜率。由于相频特性在谐振频率处具有负斜率。满足构成振荡电路的条件。满足构成振荡电路的条件。CLrfofoff1090-900 8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续1）13uLC振荡电路的基本形式振荡电路的基本形式放大电路放大电路输出输出耦合耦合反馈反馈耦合耦合RL一般按反馈耦合的方式一般按反馈耦合的方式LC振荡分为三种：振荡分为三种：（1）变压器反馈式）变压器反馈式（2）电感反馈式）电感反馈式（3）电容反馈式）电容反馈式放大电路一般采用单级晶体管放大电路。放大电路一般采用单级晶体管放大电路。8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续2）14u变压器反馈变压器反馈LC振荡电路振荡电路由由

14、于于变变压压器器反反馈馈的的反反馈馈系系数数可可以以做做得得较较大大，所所以以，振振荡荡与与否否主主要要看是否构成正反馈。看是否构成正反馈。根据反馈极性判断的瞬时极性法，根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。判断电路是否具有正反馈。CLufRL+VCC电路组成电路组成电电路路构构成成正正反反馈馈环环，满满足足振振荡荡的的相相位位条条件件，只只要要反反馈馈环环路路总增益大于总增益大于1，电路即能够起振。，电路即能够起振。如果相位条件不满足，只要将变如果相位条件不满足，只要将变压器反馈绕组两端对调，即可改压器反馈绕组两端对调，即可改变反馈极性。变反馈极性。8.1.2 LC振荡电路（

15、续振荡电路（续3）15u电感反馈电感反馈LC振荡电路振荡电路并联谐振时，电容、电感中的电并联谐振时，电容、电感中的电流，比总电流大流，比总电流大Q倍，如果倍，如果Q较大，较大，可近似认为两电感中流过相同的可近似认为两电感中流过相同的电流。反馈电压由两电感分压产电流。反馈电压由两电感分压产生（生（L2）。）。电路构成正反馈环，满足振荡的相位条件，其中反馈系数：电路构成正反馈环，满足振荡的相位条件，其中反馈系数：CL1uf+VCCL2根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。电感反馈式电感反馈式LC振荡电路原理振荡电路原理16+_u

16、ouf8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续4）17只要环路增益大于只要环路增益大于1即能够起振。实际电路中一般取反馈系即能够起振。实际电路中一般取反馈系数为数为1/21/5。振荡频率由谐振回路的谐振频率确定：。振荡频率由谐振回路的谐振频率确定：CL+VCCL1L2电感反馈电感反馈LC振荡电路也可采振荡电路也可采用中心抽头电感实现，称为用中心抽头电感实现，称为哈特莱（哈特莱（Hartley）电路。）电路。Hartley电路电路8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续5）18振振荡荡电电路路中中，L1 L2 C 构构成成并并联联谐谐振振回回路路，L1 L2对对回回路路电电压压进进行行分压，形成

17、反馈。所以，这种电路称为电感反馈式分压，形成反馈。所以，这种电路称为电感反馈式LC振荡。振荡。振荡频率通过调节电容而改变，调振荡频率通过调节电容而改变，调节过程不改变反馈系数，调节方便。节过程不改变反馈系数，调节方便。CL+UCCL1L2但在高频振荡时，晶体管的寄生电容但在高频振荡时，晶体管的寄生电容将使振荡器停振。所以，一般只用于将使振荡器停振。所以，一般只用于几十兆赫以下的振荡。几十兆赫以下的振荡。8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续6）19电感反馈电感反馈LC振荡电路仿真实验振荡电路仿真实验8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续7）20电感三端式电路电感三端式电路在电感反馈式在电感

18、反馈式LC振荡的交流等效电路中将电路中的偏置电阻振荡的交流等效电路中将电路中的偏置电阻忽略（阻值较大，等效开路），则可得到简洁的等效电路。忽略（阻值较大，等效开路），则可得到简洁的等效电路。L1L2C 电路中，电路中，B-E、C-E接同性质电抗接同性质电抗L，B-C接异性质电抗接异性质电抗C。晶体管的三个端由电感相连，故又称为电感三端式振荡。晶体管的三个端由电感相连，故又称为电感三端式振荡。CL+UCCL1L28.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续8）21u电容反馈电容反馈LC振荡电路振荡电路并联谐振时，电容、电感中的电流，并联谐振时，电容、电感中的电流，比总电流大比总电流大Q倍，如果倍，如

19、果Q较大，则，较大，则，两电容中流过相同的电流。反馈电两电容中流过相同的电流。反馈电压由两电容分压产生（压由两电容分压产生（C2）。）。LC1uf+VCCC2电路构成正反馈环，满足振荡的相电路构成正反馈环，满足振荡的相位条件，其中反馈系数：位条件，其中反馈系数：根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。根据反馈极性判断的瞬时极性法，判断电路是否具有正反馈。电容反馈式电容反馈式LC振荡电路原理振荡电路原理22+_uouf8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续9）23只要环路增益大于只要环路增益大于1即能够起振。实际电路中一般取反馈系数即能够起振。实际电路中一般取反馈系数1/51/3

20、左右。振荡频率由谐振回路的谐振频率确定：左右。振荡频率由谐振回路的谐振频率确定：C1 C2 L构成并联谐振回路，构成并联谐振回路，C1 C2对回对回路电压进行分压，形成反馈。所以，路电压进行分压，形成反馈。所以，这种电路称为电容反馈式这种电路称为电容反馈式LC振荡。又振荡。又称为考毕兹（称为考毕兹（Colpitts）电路。）电路。LC1uf+UCCC28.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续10）24电路的振荡频率不能通过调节电容来改变，否则将改变反馈系数，电路的振荡频率不能通过调节电容来改变，否则将改变反馈系数，要靠调节电感来改变振荡频率，调节不方便。在高频振荡时，晶要靠调节电感来改变振荡频

21、率，调节不方便。在高频振荡时，晶体管的寄生电容和振荡电容并联，不会破坏振荡条件，可用于较体管的寄生电容和振荡电容并联，不会破坏振荡条件，可用于较高频率振荡（几百兆赫）。高频率振荡（几百兆赫）。LC1uf+VCCC2为了方便振荡频率调节，可在电感为了方便振荡频率调节，可在电感两端并联一个调节电容或与电感串两端并联一个调节电容或与电感串联一个调节电容（克莱普联一个调节电容（克莱普Clapp电路电路和西勒电路）和西勒电路）。8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续11）25电容反馈电容反馈LC振荡电路的改进形式振荡电路的改进形式LC1uf+VCCC2CLC1uf+VCCC2C西勒电路西勒电路克拉普克

22、拉普Clapp电路电路8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续12）26电容反馈电容反馈LC振荡电路仿真实验振荡电路仿真实验8.1.2 LC振荡电路（续振荡电路（续13）27电容耦合电容耦合LC振荡电路的交流等效电路中将偏置电阻忽略，振荡电路的交流等效电路中将偏置电阻忽略，可得到简洁的交流等效电路。可得到简洁的交流等效电路。LC1uf+VCCC2C1C2L电路中，电路中，B-E、C-E接同性质电抗接同性质电抗 C，B-C 接异性质电抗接异性质电抗 L。晶。晶体管的三个端由电容相连，故又称为电体管的三个端由电容相连，故又称为电容容三端式振荡。三端式振荡。电容三端式电路电容三端式电路8.1.2 L

23、C振荡电路（续振荡电路（续14）28三端式三端式三端式三端式 LC LC 振荡电路的一般组成振荡电路的一般组成振荡电路的一般组成振荡电路的一般组成ZceZbeZbcZbe、Zce为同种性质的电抗，感抗或容抗。为同种性质的电抗，感抗或容抗。Zbc为异种性质的电抗，容抗或感抗。为异种性质的电抗，容抗或感抗。组成电抗的可以是单一电容或电感，也可以是由电容、组成电抗的可以是单一电容或电感，也可以是由电容、电感组成的串联或并联电路。电感组成的串联或并联电路。一般一般LC振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度f/f0只能达到只能达到10-3 10-5。若要求频率。若要求频率稳定度超过稳定度超过10-5，需用

24、石英晶体振荡器。，需用石英晶体振荡器。）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；）晶体）晶体的的Q值值可高达数百万数量级；可高达数百万数量级；）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有，具有极陡峭极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极灵敏极灵敏的补偿能力的补偿能力。1.石英晶体滤波器的特点石英晶体滤波器的特点石英晶体石英晶体石英晶体石英晶体作为振荡回路元件作为振荡回路元件作为振荡回路元件作为振荡回路元件，使，使，使，使振荡器的频率稳定度大大提高。振荡器的频率稳定度大大提高。振

25、荡器的频率稳定度大大提高。振荡器的频率稳定度大大提高。8.1.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器2.石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用 O 容性容性 容性容性 感感性性 4工作在感性失谐，工作在感性失谐，作作电感用电感用4工作于串联谐振状态工作于串联谐振状态振荡电路分为振荡电路分为两类两类：u一一类类晶晶体体作作为为等等效效电电感感元元件件，称为称为并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器；u另另一一类类晶晶体体作作为为串串联联谐谐振振元元件件，称为串联称为串联谐振型晶体振荡器。谐振型晶体振荡器。8.1.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器2.石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用(a)符号

26、符号 (b)基频等效电路基频等效电路 (c)完整等效电路完整等效电路除了基频振动模式，除了基频振动模式，石英石英片还片还会产生奇次（会产生奇次（2n-1）谐波泛音谐波泛音振振动。动。基频振动模式时基频振动模式时，奇，奇次谐波谐振的支路因阻抗较高可忽略。次谐波谐振的支路因阻抗较高可忽略。4奇次谐波的泛音振动奇次谐波的泛音振动8.1.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器并并联联谐谐振振型型晶晶体体振振荡荡器器的的振振荡荡原原理理和和一一般般反反馈馈式式LC振振荡荡器器相相同同，晶晶体体在在振振荡荡回回路路中中作作为为一一个个感感性性元元件件，与与其其他他回回路路元元件件一一起起按按照照三三端端电电路路

27、的的基基本本准准则则成成三三端端振振荡荡器器。理理论论上上可可以以构构成成三三种种类类型基本型基本电路电路。（。（c-b、b-e、c-e）并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器并联并联谐振型晶体型振荡器电路谐振型晶体型振荡器电路并联并联谐振型晶体振荡器谐振型晶体振荡器并联并联谐振型晶体谐振型晶体be型振荡器电路型振荡器电路并联并联谐振型晶体振荡器谐振型晶体振荡器串联串联谐振型正弦波晶体振荡器电路谐振型正弦波晶体振荡器电路串联谐振型晶体振荡器串联谐振型晶体振荡器石英晶体石英晶体的基频越高，晶片的厚度越薄。频率太高时，晶片的的基频越高，晶片的厚度越薄。频率太高时，晶片的厚度太薄，加工困难，且易振

28、碎。因此在要求更高频率工作时，厚度太薄，加工困难，且易振碎。因此在要求更高频率工作时，可以在晶体振荡器后面加倍频器。另一个办法就是令晶体工作可以在晶体振荡器后面加倍频器。另一个办法就是令晶体工作于它的泛音频率上，构成泛音晶体振荡器。于它的泛音频率上，构成泛音晶体振荡器。泛音是石英泛音是石英泛音是石英泛音是石英片振动的机械谐波片振动的机械谐波片振动的机械谐波片振动的机械谐波。与。与。与。与电气谐波的主要电气谐波的主要电气谐波的主要电气谐波的主要区别：区别：区别：区别：1.1.电气电气电气电气谐波与基波是整数倍关系，且谐波与基波同时并存谐波与基波是整数倍关系，且谐波与基波同时并存谐波与基波是整数倍

29、关系，且谐波与基波同时并存谐波与基波是整数倍关系，且谐波与基波同时并存；2.2.泛音泛音泛音泛音则与基频则与基频则与基频则与基频不成整数倍关系不成整数倍关系不成整数倍关系不成整数倍关系，只是在基频奇数倍附近，且，只是在基频奇数倍附近，且，只是在基频奇数倍附近，且，只是在基频奇数倍附近，且两者两者两者两者不能同时存在不能同时存在不能同时存在不能同时存在。由于由于由于由于晶体片实际上是一个具有分布参数的三维系统晶体片实际上是一个具有分布参数的三维系统晶体片实际上是一个具有分布参数的三维系统晶体片实际上是一个具有分布参数的三维系统，理论上，理论上，理论上，理论上固固固固有频率有频率有频率有频率有有有

30、有无限多个。无限多个。无限多个。无限多个。泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器若若泛泛音音晶晶体体的的标标称称泛泛音音次次数数为为5，相相应应的的标标称称频频率率为为5MHz，则则LC谐谐振振回回路路应应调调谐谐在在35次次泛泛音音频频率率之之间间，如如3.5MHz。在在5MHz,LC谐振回路呈容性，满足相位平衡条件。谐振回路呈容性，满足相位平衡条件。对对于于基基频频和和3次次泛泛音音频频率率来来说说，回回路路呈呈感感性性，振振荡荡器器不不满满足足相相位位平平衡衡条条件件，不不能能产产生生振振荡荡。而而对对于于7次次及及其其以以上上的的泛泛音音频频率率，回回路路呈呈容容性性，但但其其电电容容量量过过大

31、大，负负载载阻阻抗抗过过小小，以以致电压增益下降太多，不能起振。致电压增益下降太多，不能起振。泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器8.1.3 RC振荡电路振荡电路38RC振荡电路的选频网络采用电容和电阻（不使用电感），这振荡电路的选频网络采用电容和电阻（不使用电感），这种振荡电路构成起来方便，但在高频时小阻值电阻和小容量电容种振荡电路构成起来方便，但在高频时小阻值电阻和小容量电容易受干扰，一般只适用于中低频率正弦波振荡。易受干扰，一般只适用于中低频率正弦波振荡。放大电路放大电路RC选频选频输出输出RC正弦波振荡的组成正弦波振荡的组成按照按照RC选频网络的不同，常用的选频网络的不同，常用的RC正弦波振荡

32、有：正弦波振荡有：（1）RC串并联网络振荡串并联网络振荡（2）RC移相振荡移相振荡（3）RC双双T网络振荡网络振荡 等等8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续1）39uRC串并联网络振荡串并联网络振荡(文氏桥振荡器）文氏桥振荡器）RC串并联网络的频率特性：串并联网络的频率特性：uoRCRCR1R2RC串并联串并联反馈网络反馈网络同相放大同相放大同相放大：同相放大：8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续2）40RC串并联网络的频率特性：串并联网络的频率特性：相移为相移为-90 +90，当，当相移为相移为0时，幅频特性为时，幅频特性为|F|=1/3。因此，为了维持。因此，为了维持振荡，放大器应

33、具有同相振荡，放大器应具有同相放大功能，并且要求：放大功能，并且要求：起振时，起振时，A 3，一般设计电路时取一般设计电路时取510。稳定时，稳定时，A=3。电路结构上要求：电路结构上要求：R2 2R1(起振），起振），R2=2R1(稳定）稳定）。8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续3）41放大电路的放大倍数从起振放大电路的放大倍数从起振时的时的510降到降到3，是通过信号幅，是通过信号幅度增大后的非线性来实现的，因度增大后的非线性来实现的，因此振荡波形不好。实用中常使用此振荡波形不好。实用中常使用稳幅电路改善波形。稳幅电路改善波形。uoRCRCR1R2D1R3D2起振时，二极管截止，起振

34、时，二极管截止，R2大于大于2R1，即，即A 3，随着，随着uo的增大，的增大，二极管逐渐导通，二极管逐渐导通，R3（包括二极管的导通电阻）与（包括二极管的导通电阻）与R2并联，总并联，总电阻逐渐减小，电阻逐渐减小，A自动下降，当自动下降，当A=3时时,振荡器稳定。振荡器稳定。常用的改善波形方法是采用随常用的改善波形方法是采用随输出幅度而改变的反馈电阻输出幅度而改变的反馈电阻（如热敏电阻）。（如热敏电阻）。也可利用二极管构成稳幅电路，如图所示。也可利用二极管构成稳幅电路，如图所示。8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续4）42文氏桥振荡器仿真实验文氏桥振荡器仿真实验8.1.3 RC振荡电路（

35、续振荡电路（续5）43uRC移相振荡移相振荡RC移相网络移相网络相移为相移为-90-360，当相移为，当相移为-180时，幅频特性为时，幅频特性为|F|=1/29。因。因此，为了维持振荡，放大器应具有反相放大功能。此，为了维持振荡，放大器应具有反相放大功能。频率特性频率特性起振时，起振时，A 29，一般设计电路时取，一般设计电路时取50100。稳定时，稳定时，A=29。RRRCCCuouFff|F|f f-90-3601RRR+CCCuFuoRfR振荡电路振荡电路8.1.3 RC振荡电路（续振荡电路（续6）44放大电路的放大倍数从起振时的放大电路的放大倍数从起振时的50100降到降到29，是通

36、过信号，是通过信号幅度增大后的非线性来实现的。也可类似幅度增大后的非线性来实现的。也可类似RC串并联振荡电路串并联振荡电路采用稳幅支路改善波形。采用稳幅支路改善波形。RC移移相相振振荡荡器器仿仿真真实实验验8.2 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路45u在工程实践中，除广泛应用正弦波发生电路外，测量在工程实践中，除广泛应用正弦波发生电路外，测量设备、数字系统及自动控制系统中，还常常需要非正设备、数字系统及自动控制系统中，还常常需要非正弦波发生电路。弦波发生电路。u矩形波发生器是一种能直接产生矩形波或方波的非正矩形波发生器是一种能直接产生矩形波或方波的非正弦信号发生器。由于矩形波或方波包含极丰

37、富的谐波，弦信号发生器。由于矩形波或方波包含极丰富的谐波，这种电路又称为多谐振荡器。这种电路又称为多谐振荡器。8.2.1 矩形波发生器矩形波发生器46uiUR=0uoRfR1施密特触发器施密特触发器定时电路定时电路CR+uC_方波振荡电路如图所示，由两部分组成：方波振荡电路如图所示，由两部分组成：1.施密特触发器施密特触发器2.RC定时电路定时电路根据上一章分析，施密特触发器的两个触发电平分别为：根据上一章分析，施密特触发器的两个触发电平分别为：负跳变触发电平：负跳变触发电平：正跳变触发电平：正跳变触发电平：8.2.1 矩形波发生器（续矩形波发生器（续1）47当输出处于正饱和时：当输出处于正饱

38、和时：uo=+UOM输出电压对电容充电，输出电压对电容充电，uC 按指数规律增大按指数规律增大经过经过T1uC=UTH uo=-UOM触发触发当输出处于负饱和时：当输出处于负饱和时：uo=-UOM输出电压对电容反向充电，输出电压对电容反向充电，uC 按指数规律减小按指数规律减小经过经过T2uC=UTH uo=+UOM触发触发8.2.1 矩形波发生器（续矩形波发生器（续2）48+UOM-UOMtuoUTH uCtUTH uoRfR1施密特触发器施密特触发器定时电路定时电路CRuC方波发生器的工作波形方波发生器的工作波形T1T2时间常数时间常数 =RC时间常数时间常数 =RCT1段：段：T2 段：

39、段：振荡周期：振荡周期：T2=T1振荡输出为方波。振荡输出为方波。8.2.1 矩形波发生器（续矩形波发生器（续3）49方波发生器仿真实验方波发生器仿真实验8.2.1 矩形波发生器（续矩形波发生器（续4）50方波信号发生器电路输出电压的电平为运算放大器的饱和方波信号发生器电路输出电压的电平为运算放大器的饱和输出电压，如果电源发生变化，振荡器输出也将随之变化，作输出电压，如果电源发生变化，振荡器输出也将随之变化，作为一个好的信号发生器，这是不允许的。为一个好的信号发生器，这是不允许的。我们可以仿照比较器幅度控制电路，在运算放大器的输出我们可以仿照比较器幅度控制电路，在运算放大器的输出端接双向稳压管

40、稳压电路，使电路输出幅度保持不变。端接双向稳压管稳压电路，使电路输出幅度保持不变。uoDZR1RfRCRZuC UZ仿真实验仿真实验8.2.1 矩形波发生器（续矩形波发生器（续5）51u矩形波发生器矩形波发生器方波信号发生器定时电容的充放电时间常数相同，方波信号发生器定时电容的充放电时间常数相同，因此，电容电压从因此，电容电压从UTH 下降到下降到UTH 与与从从UTH 上升到上升到UTH 所用时间相同，即，输出电压在高低电平持续时间所用时间相同，即，输出电压在高低电平持续时间相同相同。如果利用二极管的单向导电性控制定时电容的充放如果利用二极管的单向导电性控制定时电容的充放电通路，使电容充电时

41、间常数与放电时间常数不相同，电通路，使电容充电时间常数与放电时间常数不相同，则则输出电压在高低电平持续时间就不相同，这样即可构输出电压在高低电平持续时间就不相同，这样即可构成矩形波发生器。成矩形波发生器。8.2.1 矩形波发生器（续矩形波发生器（续6）52通通过过电电位位器器调调节节充充放放电电通通路路电电阻阻值值。可可连连续续改改变变占占空空比比，但但总总的的充充放放电电时时间间保保持持恒恒定定，即即振振荡荡周周期期不不变。变。放电通路放电通路充电通路充电通路振幅控制振幅控制8.2.1 矩形波发生器（续矩形波发生器（续7）53矩形波发生器仿真实验矩形波发生器仿真实验8.2.2 三角波和锯齿波

42、发生器三角波和锯齿波发生器54三角波和锯齿波是仪器仪表和控制系统常用的信号，实际上，三角波和锯齿波是仪器仪表和控制系统常用的信号，实际上，利用上节得到的方波输出通过一个积分电路即可获得三角波，将利用上节得到的方波输出通过一个积分电路即可获得三角波，将占空比极高或极低的矩形波输入积分电路可获得锯齿波输出。占空比极高或极低的矩形波输入积分电路可获得锯齿波输出。事实上，我们上节讨论的矩形波、方波发生器电路中，事实上，我们上节讨论的矩形波、方波发生器电路中，RC 定定时电路本身就是一个积分环节（只是积分线性较差），因此，如时电路本身就是一个积分环节（只是积分线性较差），因此，如果我们在矩形波、方波振荡

43、电路中直接采用线性积分电路作为定果我们在矩形波、方波振荡电路中直接采用线性积分电路作为定时电路，则不仅可以获得矩形波、方波，还可同时获得三角波、时电路，则不仅可以获得矩形波、方波，还可同时获得三角波、锯齿波。锯齿波。8.2.2 三角波和锯齿波发生器三角波和锯齿波发生器（续（续1）55u三角波方波发生器三角波方波发生器在在方方波波发发生生器器电电路路中中，将将RC 定定时时电电路路改改作作由由运运算算放放大大器器构构成成的的积积分分电电路路，则则在在获获得得方方波波输输出出的的同同时时，还还能能得得到到同同频频率率的的三三角角波输出。波输出。uo1RfR1施密特触发器施密特触发器积分电路积分电路

44、CRuo2方方波波输输出出三三角角波波输输出出由于积分由于积分电路的反相作电路的反相作用，施密特触用，施密特触发器必须改作发器必须改作同相输入式。同相输入式。8.2.2 三角波和锯齿波发生器三角波和锯齿波发生器（续（续2）56电路由两部分组成：同相输入施密特触发器；反相积分电路。电路由两部分组成：同相输入施密特触发器；反相积分电路。同相输入施密特触发器输出作积分电路的输入信号；积分电路的同相输入施密特触发器输出作积分电路的输入信号；积分电路的输出作同相输入施密特触发器的输入。构成振荡回路。同相输入输出作同相输入施密特触发器的输入。构成振荡回路。同相输入施密特触发器的触发电平：施密特触发器的触发

45、电平：下跳变触发下跳变触发上跳变触发上跳变触发uo2uo1+UOM UOMUTH UTH O8.2.2 三角波和锯齿波发生器三角波和锯齿波发生器（续（续3）57+UOM-UOMtuo1UTH uo2tUTH 电路工作波形电路工作波形T1T2反相线性积分反相线性积分线性积分间隔：线性积分间隔：振荡周期：振荡周期：调节积分电路的参数可改变电路的振荡频率。调节积分电路的参数可改变电路的振荡频率。OO8.2.2 三角波和锯齿波发生器三角波和锯齿波发生器（续（续4）58三角波方波发生器仿真实验三角波方波发生器仿真实验8.2.2 三角波和锯齿波发生器（续三角波和锯齿波发生器（续5）59n锯齿波矩形波发生器

46、锯齿波矩形波发生器同同样样道道理理，我我们们在在矩矩形形发发生生器器电电路路中中，将将RC定定时时电电路路改改作作由由运运算算放放大大器器构构成成的的积积分分电电路路，则则在在获获得得矩矩形形波波输输出出的的同同时时，还还能能得得到同频率的锯齿波输出。到同频率的锯齿波输出。uo1RfR1施密特触发器施密特触发器积分电路积分电路CRauo2RbDbDa矩矩形形波波输输出出锯锯齿齿波波输输出出uo1为正饱和输出为正饱和输出(+UOM)时，时，Da导通导通Db截止，积分时间常数为截止，积分时间常数为RaCuo1为负饱和输出为负饱和输出(-UOM)时，时，Db导通导通Da截止，积分时间常数为截止，积分

47、时间常数为RbC8.2.2 三角波和锯齿波发生器（续三角波和锯齿波发生器（续6）60+UOM-UOMtuo1UTH uo2tUTH 电路工作波形电路工作波形T1T2积分时间常数积分时间常数RaC线性积分间隔：线性积分间隔：振荡周期：振荡周期：积分时间常数积分时间常数RbC8.2.2 三角波和锯齿波发生器（续三角波和锯齿波发生器（续7）61锯齿波矩形波发生器仿真实验锯齿波矩形波发生器仿真实验8.3.1 集成函数发生器集成函数发生器803862集成函数发生器集成函数发生器8038是一种多用途的波形发生器，可用来产是一种多用途的波形发生器，可用来产生正弦波、方波、三角波和锯齿波，其振荡频率可通过外加

48、的直生正弦波、方波、三角波和锯齿波，其振荡频率可通过外加的直流电压进行调节，是一种应用广泛的压控集成信号产生器。流电压进行调节，是一种应用广泛的压控集成信号产生器。8.3.1 集成函数发生器集成函数发生器803863u比较器、的门限电压分别为两个电源电压之和（比较器、的门限电压分别为两个电源电压之和（UCC+UEE）的）的2/3和和1/3；u电流源电流源I1和和I2的大小可通过外接电阻调节，的大小可通过外接电阻调节，I2必须大于必须大于I1；u触发器的输出端为低电平时，控制开关触发器的输出端为低电平时，控制开关S使电流源使电流源I2断开；断开；u电流源电流源I1向外接电容向外接电容C充电，使电

49、容两端电压随时间线性上升；充电，使电容两端电压随时间线性上升；u当当uC上升到上升到uC=2(UCC+UEE)/3时，比较器输出发生跳变，触发器输时，比较器输出发生跳变，触发器输出由低电平变为高电平，控制开关出由低电平变为高电平，控制开关S使电流源使电流源2接通；接通；u由于由于I2 I1，外接电容，外接电容C放电，放电，uC随时间线性下降；随时间线性下降；u当当uC下降到下降到uC(UCC+UEE)/3时，比较器输出发生跳变，触发器输时，比较器输出发生跳变，触发器输出端由高电平变为低电平，出端由高电平变为低电平，I2再次断开，再次断开，I1再次向再次向C充电；充电；uuC又随时间线性上升。又

50、随时间线性上升。8.3.1 集成函数发生器集成函数发生器8038641脚：正弦波失真度脚：正弦波失真度调节调节2脚：正弦波脚：正弦波输出输出3脚：三角波脚：三角波输出输出4脚：方波的占空比调节、正弦波和脚：方波的占空比调节、正弦波和三角波的对称调节，接电阻三角波的对称调节，接电阻RA5脚：方波的占空比调节、正弦波和脚：方波的占空比调节、正弦波和三角波的对称调节，接电阻三角波的对称调节，接电阻RB6脚：接正电源脚：接正电源UCC7脚：调频偏置电压脚：调频偏置电压输出输出8脚：调频控制电压脚：调频控制电压输入输入9脚：方波输出（集电极开路输出脚：方波输出（集电极开路输出）10脚：外接电容脚：外接电