第7章基于集成運放的信號產生與變換電路信號轉換電路7.4正弦波振蕩電路7.1非正弦波產生電路7.2波形變換電路7.37.1正弦波振蕩電路7.1.1概述1.產生正弦波振蕩的條件正弦波振蕩電路是一種信號發生電路，它不需外加任何輸入信號，由電路自身就能產生一定頻率和一定幅值的正弦輸出信號。在電擾動下，對于某一特定頻率f0的信號形成正反饋：幅值平衡條件相位平衡條件起振條件：要產生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在合閘通電時對于f=f0信號有從小到大直至穩幅的過程，即滿足起振條件。輸出電壓從幅值很小、含有豐富頻率，到僅有一種頻率且幅值由小逐漸增大直至穩幅。2．振蕩的建立與穩定振蕩電路的起振條件為:幅值很小頻率豐富振蕩的建立與穩定過程：上圖部分頻率趨于單一幅值逐漸增大逐漸變為單一頻率的穩幅振蕩3．正弦波信號發生器的電路組成1)放大電路：放大作用2)正反饋網絡：滿足相位條件3)選頻網絡：產生單一頻率f0的振蕩4)非線性環節（穩幅環節）：穩定輸出幅值常合二為一1)是否存在四個主要組成部分；2)放大電路能否正常工作，即是否有合適的Q點，信號是否可能正常傳遞，有沒有被短路或斷路；3)是否滿足相位條件，即是否存在f0，是否可能振蕩

；4)是否滿足幅值條件，即是否一定振蕩。4、分析方法5．正弦波振蕩電路的分類按選頻網絡所用元件分類：（1）RC正弦波振蕩電路（產生1MHz以下）（2）LC正弦波振蕩電路變壓器反饋式電感反饋式（電感三點式）電容反饋式（電容三點式）（產生幾百千赫～幾百兆赫）（3）石英晶體振蕩器串聯型并聯型（振蕩頻率非常穩定）7.1.2RC正弦波振蕩電路組成放大器組成選頻網路,同時也是正反饋網絡可見，當時，最大，且。RC串并聯網絡完整的頻率特性曲線：時，時，只要滿足：即可。輸出正弦波頻率：文氏電橋振蕩器例題:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf為多大時才能起振？振蕩頻率f0=？解：起振條件：振蕩頻率：能自動穩幅的振蕩電路：半導體熱敏電阻(負溫度系數）K：雙聯波段開關，切換R，用于粗調振蕩頻率。C：雙聯可調電容，改變C，用于細調振蕩頻率。_++RfvoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振蕩頻率：頻率可調的文氏橋振蕩器：振蕩頻率連續可調的RC串并聯選頻網絡頻率可調的文氏橋振蕩器：VfVo7.1.3LC正弦波振蕩電路1．LC并聯諧振回路一般情況下，當，LC并聯諧振回路呈純阻性，稱其發生并聯諧振。即，時LC并聯諧振回路的頻率特性曲線：時，呈純阻性，且達到最大值2．變壓器反饋式LC振蕩電路（1）相位平衡條件（2）起振條件利用晶體管的非線性使電路自動穩定輸出幅值。（3）振蕩頻率特點：易起振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩定性不高。(+)(-)(+)(+)變壓器反饋式正弦波振蕩器舉例：(+)(+)(+)(+)滿足相位平衡條件(-)(+)變壓器反饋式正弦波振蕩器舉例：（+）（+）（–）（+）振蕩頻率:（–）滿足相位平衡條件變壓器反饋式正弦波振蕩器舉例：3．電感反饋（三點）式LC振蕩電路vvo1LC2LfvvCLL12fo首端尾端中間抽頭首端尾端中間抽頭振蕩頻率：電感的三個抽頭分別接晶體管的三個極，故稱之為電感三點式振蕩電路。特點：耦合緊密，易起振，振幅大；調節C可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。3．電感反饋（三點）式LC振蕩電路4．電容反饋（三點）式LC振蕩電路首端尾端中間抽頭首端尾端中間抽頭vvf2o1CCLvvLCoC12f4．電容反饋（三點）式LC振蕩電路振蕩頻率：特點：波形好，振蕩頻率調整范圍小，適于頻率固定的場合。7.1.4石英晶體正弦波振蕩電路1.石英晶體SiO2結晶體按一定方向切割的晶片。壓電效應：晶片的兩個電極間加一電場，會使晶體產生機械變形；相反，若在晶體上施加機械壓力，又會在兩個電極上產生相應的電場。如果在晶片的兩個電極間加的是交變電壓，就會產生機械振動，同時機械振動又會產生交變電場當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率相等時，機械振動的振幅達到最大，這種現象稱為壓電諧振。時，R、L、C支路發生串聯諧振。當頻率高于fs小于fp時，R、L、C支路呈感性，當與

C0發生并聯諧振時，其振蕩頻率為：由于C<<C0，因此，fs≈fp。容性感性阻性固有頻率只決定于其幾何尺寸，故非常穩定。2.石英晶體振蕩電路（1）并聯型電路當電路的振蕩頻率在fs與fp之間時，石英晶體呈電感性質，在電路中起電感作用，與電容C組成電容三點式振蕩電路，滿足相位平衡條件。（2）串聯型電路振蕩頻率：例：改錯，使電路有可能產生正弦波振蕩例：改錯，使電路有可能產生正弦波振蕩7.2非正弦波產生電路常見的非正弦波：矩形波三角波鋸齒波尖頂波階梯波矩形波是基礎波形，可通過波形變換得到其它波形。通過什么電路可將矩形波變為其它幾種波形？7.2.1矩形波產生電路1．電路組成開關電路延遲環節、反饋電路上、下限電壓:2．工作原理2．工作原理（1）設vo

=

+VZ,

則

此時，vO給C充電,vc

，設vC初始值vC(0+)=00tvo+VZ-VZvcVT+0t一旦vc>VT+

,就有v->v+,vo

立即由＋VZ變成－VZ

。在vc<VT+

時，v-

<v+,

vo保持+VZ不變+VZ2．工作原理（2）當vo

=

-VZ,

則

此時，C向vO放電,再反向充電VT+vctVT--VZvc達到VT-時，vo上跳。當vo

重新回到＋VZ

后，電路又進入另一個周期性的變化。0VT+vctVT-+VZvo0t

-VZT3．波形分析4．主要參數計算0

VT+vct

VT-

+VZ

-VZT1T2TT2階段vc(t)的過渡方程為:4．主要參數計算0

VT+vct

VT-

+VZ

-VZT1T2T0T/25．占空比可調的矩形波發生電路充電時間常數：正向充電和反向充電時間常數可調，占空比就可調。放電時間常數：7.2.2三角波和鋸齒波產生電路1．電路組成用積分運算電路可將方波變為三角波。積分電路滯回比較器2．工作原理若vo1=+VZ，vo↓，v+↓。當vP1≤0時，vo1翻轉為-VZ。若vo1=-VZ，vo↑，v+↑

。當vP1≥0時，vo1翻轉為+VZ。0VT+votVT-+VZvo10t

-VZT2．工作原理0VT+votVT-+VZvo10t

-VZT3．主要參數計算發生跳變的臨界條件：振蕩周期：鋸齒波發生電路7.2.3壓控振蕩器令，可得滯回比較器的閾值電壓為：（1）當

vo

=

+VZ時,

二極管導通，電容C充電，輸出電壓線性下降。電路中，R1遠大于R5

輸出電壓vo線性下降的時間為:（2）當

vo

=

-VZ時,

二極管截止，電容C放電，輸出電壓線性上升。輸出電壓vo線性上升的時間為:由此可見，輸出信號的振蕩頻率正比于輸入電壓vi該電路也稱為電壓—頻率轉換電路。7.3波形變換電路正弦波變方波、變矩形波、變二倍頻，方波變三角波，三角波變方波，固定頻率的三角波變正弦波7.3.1三角波變鋸齒波電路利用電子開關改變比例系數（1）開關斷開（2）開關閉合（1）開關斷開（2）開關閉合7.3.2三角波變正弦波電路1．濾波法

三角波用傅立葉級數展開，除基波外，還含有3次、5次……諧波。只要低通濾波器的上限截止頻率小于基波的三倍頻，即可得到頻率等于基波頻率的正弦波。vIvOvIvO2．折線近似法圖7.3.2用折線近似正弦波的示意圖圖7.3.3三角波變正弦波電路圖7.3.2用折線近似正弦波的示意圖7.4信號轉換電路7.4.1電壓—電流轉換電路1.負載不接地電壓—電流轉換電路（基本型）2.負載接地電壓—電流轉