第7章信號產生電路

7.1正弦波信號振蕩電路7.2非正弦波信號振蕩電路7.3集成函數產生器8038的功能及應用7.4應用電路舉例7.1正弦波信號振蕩電路7.1.1正弦波信號振蕩電路的基本概念1.正弦波信號振蕩電路的產生條件正弦波振蕩電路是一個沒有輸入信號的帶選頻環節的正反饋放大電路。圖7.1正弦波信號振蕩電路方框圖2.正弦波信號振蕩電路的組成一個正弦波振蕩器主要由以下幾個部分組成。（1）放大電路（2）正反饋網絡（3）選頻網絡（4）穩幅環節3.正弦波信號振蕩電路的分類根據選頻網絡構成元件的不同，可把正弦信號振蕩電路分為如下幾類：選頻網絡若由RC元件組成，則稱RC振蕩電路；選頻網絡若由LC元件組成，則稱LC振蕩電路；選頻網絡若由石英晶體構成，則稱為石英晶體振蕩器7.1.2RC橋式正弦波振蕩電路采用RC選頻網絡構成的RC振蕩電路，一般用于產生1Hz～1MHz的低頻信號。1.RC串并聯選頻網絡由相同的RC元件組成的串并聯選頻網絡如圖7.2所示。2.RC橋式振蕩電路的組成將RC串并聯選頻網絡和放大器結合起來即可構成RC振蕩電路，放大器件可采用集成運算放大器，也可采用分離元件構成。圖7.4(a)所示為由集成運算放大器構成的RC橋式振蕩電路，圖中RC串并聯選頻網絡接在運算放大器的輸出端和同相輸入端之間，構成正反饋；圖7.4RC橋式振蕩電路圖Rf和R1接在運算放大器的輸出端和反相輸入端之間，構成負反饋。正反饋電路與負反饋電路構成一文氏電橋電路，如圖7.4(b)所示，運算放大器的輸入端和輸出端分別跨接在電橋的對角線上，形成四臂電橋。所以，把這種振蕩電路稱為RC橋式振蕩電路。3.RC橋式振蕩電路的振蕩特性（1）相位平衡條件

（2）

振幅平衡條件

（3）振蕩頻率

（4）振蕩的建立過程

（5）穩幅過程

（6）RC橋式正弦波振蕩電路中振蕩頻率的調節負反饋支路中采用熱敏電阻后不但使RC橋式振蕩電路的起振容易，振幅波形改善，同時還具有很好的穩幅特性，所以，實用RC橋式振蕩電路中熱敏電阻的選擇是很重要的。RC橋式正弦波振蕩電路輸出電壓穩定，波形失真小，頻率調節方便。因此，在低頻標準信號發生器中都有它構成的振蕩電路。7.1.3LC正弦波振蕩電路正弦振蕩電路選頻網絡由LC諧振元件組成，稱LC正弦波振蕩電路。LC振蕩電路產生頻率高于1MHz的高頻正弦信號。根據反饋形式的不同，LC正弦波振蕩電路可分為互感耦合式(變壓器反饋式)、電感三點式、電容三點式等幾種電路形式。1.LC并聯諧振回路在選頻放大器中，經常用到圖7.5所示的LC并聯諧振回路。圖7.6LC并聯諧振回路的諧振曲線2.互感耦合式(變壓器反饋式)LC正弦波振蕩電路變壓器反饋式LC振蕩電路原理圖如圖7.7所示。圖7.7變壓器反饋式LC振蕩電路（1）電感三點式LC振蕩電路

電感三點式振蕩電路原理電路如圖7.8所示。

圖7.8電感三點式電路圖（2）電容三點式LC振蕩電路電容三點式振蕩電路原理如圖7.9所示，由圖可見，其電路構成與電感三點式振蕩電路基本相同，不過正反饋選頻網絡由電容C1、C2和電感L構成，反饋信號Uf取自電容C2兩端，故稱為電容三點式振蕩電路，也稱為電容反饋式振蕩電路。圖7.10所示為改進型電容三點式振蕩電路。圖7.10改進型電容三點式電路分析三種LC正弦波振蕩電路能否正常工作的步驟可歸納如下：（1）檢查電路是否具備正弦波振蕩器的基本組成部分，即基本放大器和反饋網絡，并且有選頻環節。（2）檢查放大器的偏置電路，看靜態工作點是否能確保放大器正常工作。（3）分析振蕩器是否滿足振幅平衡條件和相位平衡條件(主要看是否滿足相位平衡條件，即用瞬時極性法判別是否存在正反饋)。7.1.4石英晶體振蕩電路1.石英晶體的基本特性和等效電路天然的石英是六菱形晶體，其化學成分是二氧化硅(SiO2)。石英晶體具有非常穩定的物理和化學性能。從一塊石英晶體上按一定的方位角切割，得到的薄片稱“晶片”。晶片通常是矩形，也有正方形。在晶片兩個對應的表面用真空噴涂或用其他方法涂敷上一層銀膜，在兩層銀膜上分別引出兩個電極，再用金屬殼或玻璃殼封裝起來，就構成了一個石英晶體諧振器。它是晶體振蕩器的核心元件。圖7.12晶體諧振器的等效電路2.石英晶體振蕩電路用石英晶體構成的正弦波振蕩電路的基本電路有兩類：一類是石英晶體作為一個高Q值的電感元件，和回路中的其他元件形成并聯諧振，稱為并聯型晶體振蕩電路；另一類是石英晶體作為一個正反饋通路元件，工作在串聯諧振狀態，稱為串聯型晶體振蕩電路。圖7.13所示為一種并聯晶體振蕩電路。圖7.13并聯晶體振蕩電路圖7.14串聯晶體振蕩電路7.2非正弦波信號振蕩電路在自動化、電子、通信等領域中，經常需要進行性能測試和信息的傳送等，這些都離不開一些非正弦信號。常見非正弦信號產生電路有方波、三角波、鋸齒波產生電路等。本節將重點介紹方波產生電路和鋸齒波產生電路的基本工作原理。1.方波產生電路用滯回比較器構成的方波產生電路如圖7.15(a)所示。兩個穩壓管的作用是將輸出電壓鉗位在某個特定的電壓值，它的指導思想是利用電容兩端的電壓作比較，來決定電容是充電還是放電。圖中R和C為定時元件，構成積分電路。由于方波包含極豐富的諧波，因此方波產生電路又稱為多諧振蕩器。圖7.15方波產生電路還可利用壓控方波產生電路來獲取方波。通常將輸出信號頻率與輸入控制電壓成正比的波形產生電路稱為壓控振蕩器，它的應用也十分廣泛。若用直流電壓作為控制電壓，壓控振蕩器可制成頻率調節十分方便的信號源；若用正弦波電壓作為控制電壓，壓控振蕩器就成了調頻波振蕩器；當振蕩受鋸齒波電壓控制時，它就成了掃頻振蕩器。2.鋸齒波產生電路積分電路可將方波變換為線性度很高的三角波，如圖7.16所示。圖7.16三角波發生電路通常積分器產生的三角波幅值隨方波輸入信號的頻率變化。正是為了克服這一缺點，才將積分電路的輸出送給遲滯比較器的輸入，再將它輸出的方波送給積分電路的輸入，從而得到質量較高的三角波。鋸齒波與三角波的區別是：三角波的上升和下降的斜率（指絕對值）相等，而鋸齒波的上升和下降的斜率不相等(通常相差很多)。鋸齒波常用在示波器的掃描電路或數字電壓表中。如果有意識地使C的充電和放電時間常數造成顯著的差別，則在電容兩端的電壓波形就是鋸齒波。圖7.17是利用一個滯回比較器和一個反相積分器組成頻率可調節的鋸齒波發生電路。圖7.17頻率和幅度均可調節的鋸齒波發生電路7.3集成函數產生器8038的功能及應用集成函數發生器8038是一種多用途的波形發生器，可以用來產生正弦波、方波、三角波和鋸齒波，其振蕩頻率可通過外加的直流電壓進行調節，所以是壓控集成信號產生器。8038為塑封雙列直插式集成電路，其管腳功能如圖7.18所示。圖7.188038管腳中英文排列對照其內部電路結構如圖7.19所示。由圖可見，外接電容C的充、放電電流由兩個電流源控制，所以電容C兩端電壓uC的變化與時間成線性關系，從而可以獲得理想的三角波輸出。另外，8038電路中含有正弦波變換器，故可以直接將三角波變成正弦波輸出。圖7.198038內部電路結構利用8038構