正弦波发生器基本原理

目录8.1

正弦波发生器的基本原理振荡器的方框图振荡条件起振和稳定8.2RC桥式正弦波振荡电路正弦波振荡电路的分类

RC串并联选频网络

RC桥式振荡电路的振荡频率和起振条件8.3LC正弦波振荡电路

LC并联回路的频率特性

LC正弦振荡器的基本形式第8章波形产生电路8.4

石英晶体振荡器石英晶体的基本特性石英晶体振荡电路的基本形式8.5

非正弦波信号发生器矩形波发生器三角波发生器锯齿波发生器

555时基电路压控振荡器集成函数发生器8038目录本章重点:

1.

正弦波发生器的组成、振荡条件和工作原理

2.

正弦波发生器的类型

3.

非正弦波发生器的组成、工作原理和类型

4.

集成型波形发生器的工作原理和应用第8章波形产生电路本章难点:

1.

理想运放非线性特性的应用

本章重点介绍两类波形产生电路，一类是输出正弦波形的正弦波发生器，另一类是输出非正弦波形的非正弦波发生器。

在正弦波发生器电路中，主要介绍发生器的组成、振荡条件和各种类型振荡器；在非正弦波发生器电路中，主要介绍非正弦波发生器的组成和工作原理。第8章波形产生电路8.1

正弦波发生器的基本原理

正弦波发生器是无需输入信号，能自动输出一定幅度、一定频率正弦信号的电路，从能量的角度来看，它是把直流能量转变为交流能量的电路。它在通信、无线电等诸多领域得到广泛应用。

振荡器的方框图正弦波振荡器结构框图

从结构上分析，正弦波振荡器是由正反馈网络和放大器组成的，其结构框图如图所示。

为正弦交流电压源，当开关S处在位置1时，正弦信号作为放大器的输入信号，经放大器放大后产生输出信号。作为反馈网络的输入信号，在反馈网络输出端产生一个反馈信号此时，假设开关S拨向位置2，如果即大小相等，极性相同，那么该电路就能维持稳定的输出电压

８.１.２振荡条件fidXXX-=只有正反馈电路才能产生自激振荡。+Xi–f基本放大器A反馈网络FX+doXX改成正反馈+如果：,dfXX=则去掉,iX仍有信号输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。Xi+f基本放大器A反馈网络FX+doXXXdof基本放大器A反馈网络FXXfidXXX+=FA=1Xd=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：（1）振幅条件：（2）相位条件：pjjnFA2=+n是整数因为：..Xdof基本放大器A反馈网络FXX8.麦1.乌3起振拾条件漠和稳乔幅原赵理起振外条件厦：结果繁：产躺生增约幅振悄荡（略大于）1、被猜动：融器件塘非线肥性2、主超动：给在反灵馈网代络中壶加入醉非线倍性稳所幅环管节，素用以调节放大新电路呈的增益稳幅理过程割：起振时，稳定振荡时，稳幅见措施鞭：起振过程Xdof基本放大器A反馈网络FXX1.放大列电路2.正反待馈网女络3.选频达网络——只对蜘一个虽频率术满足旗振荡口条件科，从效而获舌得单豪一频壶率的膏正弦铲波输猎出。常用命的选掘频网居络有RC选频和LC选频4.稳幅薄环节——使电糊路易萍于起挂振又乘能稳愤定振词荡，击波形悉失真怎小。正弦捉波振伪荡器佳的一彻般组拣成正弦法波振来荡电滴路的哈分类根据欢选频片网络掩元件仍的不吐同，起正弦仁波振浸荡器立可分叠为RC振荡武器、LC振荡敢器、闯石英江晶体调振荡祥器三伟种。RC振荡顿器一构般输蕉出数援百千续赫以蛮下的寺低频栽信号绸，LC振荡选器主歉要输轨出数适百千自赫的铸高频根信号絮，石袋英晶廉体振京荡器材主要锅产生算高稳跌定度故高频欧率信江号。8.困2RC桥式断正弦签波振不荡电品路RC桥式仇正弦敬波振里荡电焰路原予理如荡图8-含2所示非，图枯中集置成运曲放A作为扁放大私器，RC串并经联网割络组峡成选圆频网捉络，毅同时搅也作岂为振倍荡器查的正篇反馈劝网络申，R1、Rf组成沾电压窜负反雕馈以存起到僻稳定泉和改串善输政出波远形的袋作用协。从图挤中可板以看震出，RC串联问支路诊，RC并联多支路丽，R1支路脉，Rf支路滴，刚蒸好构产成一始个文授氏电债桥的爬四个确臂，爹如图8-诞3所示蒜，因愚此把敢该振痕荡器余称为RC桥式围正弦脱波振峡荡器蕉。

RC桥式正弦波振荡电路文氏电桥RC串并瘦联选弹频网无络在RC桥式换正弦骑波振仙荡电期路中落，RC串并宵联电长路既最作为屈选频深网络瞧，又蛮作为灿正反管馈网朋络，末该电造路的首频率代特性怖十分压重要链。

如图8-4所示，设电路输入电压为，输出电压为，则反馈系数

(8-8)

令(8-9)RC串并早联选身频网母络则(8-10)

根据盾上式迁得到党反馈珍系数覆的幅格频特纯性和装相频认特性拢分别序为(8-11)(8-12)图8-4RC串并联电路幅频消特性航曲线敞和相舌频特华性曲袄线当时,反馈社系数塘的幅除值最大歪等于1/京3，相粉位移当时，明显减小而且因此RC串并育联网格络有承很好善的选盖频作产用。φF+90°|F|RC桥式医振荡能电路王的振社荡频悟率和晃起振望条件振荡煤频率同为振荡捏角频巨率只有时，

RC振荡器才能自激振荡

8.惠3越L动C正弦揭波振钳荡器8.闸3.灭1LC并联猫回路萄的频峰率特狼性(阻性)LC并联照谐振特点软：谐振弃时，鸦总路阀电流渴很小催，支狼路电摇流很稍大，颜电感崭与电给容的冒无功裳功率忽互相怕补偿微，电数路呈命阻性胳。R为电锄感和犁回路晨中的尖损耗评电阻当时，并联畅谐振酱。谐振挤时，少电路疲呈阻踩性：Q为谐泉振回碗路的尺品质度因数抱，Q值越营大，沃曲线烤越陡次越窄午，选泽频特率性越瓦好。谐振疾时LC并联跟谐振哗电路相当误一个摄大电屯阻。LC并联张谐振堪回路劳的幅许频特嚼性曲翠线|Z|Q小Q大1234初级必线圈次级支线圈同名端1234+–+–在LC振荡婶器中贿，反桃馈信订号通限过互仓感线品圈引谨出同名联端：互感帆线圈治的极锹性判加别LC正弦匀波振历荡器蹄的基葬本形卖式１．民变压霉器反乳馈式阅振荡宫电路工作宪原理怀：三极祥管共贪射放绍大器筋。利用票互感歉线圈爷的同拣名端富：满足并相位延条件启。振荡猾频率:判断粉是否悉是满武足相霜位条延件——相位逐平衡移法：断开大反馈摄到放库大器灵的输农入端振点，这假设匠在输蹈入端缎加入夸一正鄙极性壁的信雾号，滚用瞬葱时极难性法索判定膀反馈够信号答的极肉性。蛇若反钩馈信旨号与龟输入挪信号教同相石，则客满足权相位阔条件养；否桥则不映满足特。(+烦)(-而)(+傲)(+工)(+盒)(+足)(+段)LC正弦币波振袋荡器涛举例满足雀相位店平衡者条件（+）（+）（–）（+）LC正弦惯波振锐荡器歌举例振荡肌频率:（–）满足盒相位尝平衡酿条件仍然串由LC并联吓谐振径电路顷构成送选频独网络２.三点纠式LC振荡延电路原理踪蝶：uf与uo反相uf与uo同相电感家三点川式：电容宫三点趴式：uf与uo反相uf与uo同相振荡猾频率垮：（1）电歌感三凤点式LC振荡披电路（2）过电容腐三点认式LC振荡离电路振荡沸频率臂：例：试鞭判断啊下图寺所示樱三点肢式振融荡电鞋路是挂否满梁足相碗位平仆衡条份件。8.监4石英优晶体振荡津电路Q值越寄高，罪选频辉特性辉越好灯，频塘率越税稳定蹈。频率诊稳定扁问题频率稳定度一般由来衡量——频率偏移量。——振荡频率。LC振荡幅电路Q——数百石英您晶体屋振荡节电路Q——卖10盒00信050季00悠00石英奔晶体紫的基削特性2.压电竹效应1.结构客：极板他间加唇电场极板粒间加梨机械渐力晶体机械变形晶体产生电场压电奶效应差：交变江电压机械振动交变电压机械篮振动乎的固高有频独率与房诚晶片捐尺寸氏有关模，稳槐定性笑高。当交施变电萄压频等率=固有调频率贼时，清振幅喉最大符号压电谐振3.等效出电路等效兆电路飘：（1）串饲联谐洗振４．请电抗虾频率后特性糟：晶体缠等效阅纯阻蹦且阻系值≈0（2）并哭联谐脆振通常所以X感性0容性8.安4.究2石英部晶体葡振荡狗电路利用惹石英拿晶体蒸的高杠品质予因数佩的特县点，伤构成LC振荡鄙电路握。1.并联漆型石投英晶樱体振仔荡器石英陡晶体笋工作撕在fs与fp之间巾，相置当一肠个大刊电感台，与C1、C2组成伍电容纱三点投式振秤荡器鸡。由顷于石敌英晶滔体的Q值很马高，橡可达槽到几筒千以惹上，插所以颈电路近可以族获得引很高倒的振桨荡频植率稳临定性垮。X感性0容性2.串联陡型石干英晶废体振葛荡器石英快晶体咐工作庄在fs处，呈电路阻性隙，而肃且阻晴抗最俱小，挠正反丝式馈最尖强，你相移凉为零,满足局振荡剧的相鞋位平太衡条撤件。对于fs以外雨的频退率，探石英街晶体浅阻抗蠢增大,且相盯移不款为零驴，不筛满足该振荡程条件孔，电阅路不者振荡乱。X感性0容性例：分析荷下图透的振赚荡电花路能华否产剪生振爹荡，海若产垂生振愤荡,石英计晶体翠处于挡何种造状态唱？8.色5.妻1方波杂发生神器1.电路蕉结构由滞属回比彼较电狸路和RC定时伟电路秧构成上下荡限:8.蝴5非正疮弦波迹信号周发生狗器2.工作位原理尚：(1苏)设uo=+UZ,此时意，uO给C充电,uc，则：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t在uc<滤UT+时，u-<狠u+,设uC初始荷值uC(0+)=完0方波芳发生截器uo保持+UZ不变+UZ一旦uc>五UT+,就有u->桂u+,uo立即搭由＋UZ变成惩－UZ。此时籍，C向uO放电,再反劳向充哨电(2冈)当uo=-UZ时，u+=UT-uc达到UT-时，uo上跳俭。UT+uctUT-当uo重新具回到＋UZ后，客电路乓又进术入另缺一个涉周期毅性的碧变化径。-UZ0UT+uctUT-+UZuo0t-UZT完整须的波遭形：动画循演示计算起振荡妙周期T。周期么与频臣率的艇计算径：0UT+uctUT-+UZ-UZT1T2TT=辣T1+虫T2=2抽T2uc(t)=UC()+

UC(0+)-UC()e,=RC-tT2阶段uc(t议)的过滴渡过搁程方两程为:f=起1/T可推大出:3、占空泪比可把调的律方波捞发生润器UZuo0t-UZ改变警电位胳器RW的滑君动端孤，就趴改变年了冲沈放电班的时隆间，光从而屈使方壶波的竹占空独比可熄调。电路夹结构级：迟糖滞比拢较器+反相改积分荐器8.曾5.冒2三角庭波发颜生器工作已原理：若uo1=+UZ，uo2↓，u+↓。当u+≤0时，uo1翻转状为-UZ。若uo1=-UZ，uo2↑，u+↑。当u+≥0时，uo1翻转偿为+UZ。波形寺图振荡誓周期乖：0UT+uo2tUT-+UZuo10t

-UZT锯齿布波发呈生器改变振积分壤器的软正反惹向充之电时闪间常晶数uo1=+UZ，D截止植，充电胀时间啊常数剧：R4C。uo1=-UZ，D导通且，充电岗时间黑常数肃：(R6∥R4)C。+UZuo10t

-UZR6＜＜R455敏5时基铅电路1.电路兔框图55饭5时基终电路其由分腹压器逐、两泰个比贴较器累、触除发器南、缓狱冲器佛、复扑位电男路、拒放电青管等庭组成摸。其阿中分姓压器灭由三潮个高倾精度身的阻软值为5k更Ω的电秒阻组默成。555时基电路框图2.工作搁原理

由图8-24可知，两个比较器分别被电阻R1、R2和R3构成的分压器设定的VCC和VCC参考电压所限定。三个5kΩ电阻组成的分压器，使两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为

VCC，下触发电平为VCC。在

5脚控制端外接一个参考电源V，可以改变上、下触发电平值。比较器A的输出和比较器B的输出端接到触发器的输入端。加到比较器A同相端6脚的触发信号，只有当电位高于反相端5脚的电位时，触发器才翻转；而加到比较器B反相端2脚的触发信号，只有当电位低于B同相端的电位VCC时，触发器才翻转。

压控舌振荡押器1.电路甩结构U为直景流控兰制电寺压，A1组成跨积分刺电路洞，A2组成捏滞回讯比较钢器，旅场效械应管T工作侦在开巩关状趁态，看控制简积分绘电容C的充敢放电寺，二扑极管D为隔敢离二匠极管遵。2.工作厌原理滞回低比较汽器A2的两都个门云限电崇压为

压控振荡器设开伴始时uC=0既V，uo1=0蛛V，uo2=-UZ，D导通坟，使T截止疯，这溉时I1=I2=U/4，由尚于U为直疑流电不压，嚷则电翠容C被恒峰流充驶电，uC随时鸽间线泥性上痰升，uo1则直强线下爆降，弓当uo1=UTH糖2时，防比较漂器A2发生蛾翻转贸，uo2=+UZ，D截止坊，T饱和替导通穷，这饿时I2=I1-I3=-U/4R，电沫容恒辱流放窗电，uo1上升那，当uo1上升饮至UTH陷1时，画比较扩器A2再次愈翻转成，uo2=-UZ，这纤时又柴重复躺刚开听始的甘过程仗，周垄而复校始产絮生振水荡。醋可拨以证朱明振兼荡器蒜的振衰荡频攻率和乌周期适为

振荡波形图集成肠函授础发生活器80突381.腐8毅03叶8的内糠部框疤图80砖38的内蚕部结婆构框民图如敏图8-祸29所示祖，它乖由电博压比挡较器瞧、触排发器虎、电带子开讨关、唐波形誓变换僚电路炼、缓以冲器荣、电侦流源树等组酒成。集成患函数习发生窃器80质38是单洗片多播用途我的发庙生器雄，它愿可以躁产生恒正弦捆波、贞方波辣、三驶角波携和锯社齿波珍。在图访中，擦比较锹器A的门墓限电推压为智：2/鸽3(VCC＋VEE)，比格较器B的门梳限电支压为亏：1/估3雨(VCC+VEE)，电兵流源IS1和IS2担任闭外接纲电容C的充缝放电涛回路蠢，且IS2>IS1，电淹容C的充勿放电劫转换包由电设子开嘱关S控制朽：当S断开礼时，撇电流黄源IS1向电获容C充电逝；当S闭合腰时，桥外接欧电容C通过IS2放电粗。开鞋关S的状求态受惨触发舞器的物输出寸电平阀控制感，当仍触发应器输撑出低侵电平蛾时，S断开字；当甩触发缸器输探出高射电平亩时，S闭合机。8038内部结构框图

集成暑函授扩发生啊器80席382.工作永原理设开毛始时冈，触世发器言输出狮为低堤电平梢，电准子开氏关S断开鹿，电刷流源IS1对电末容C恒流征充电民，uc随时农间线梳性上项升，桌当uc=2珍/3股(VCC蚀+VEE切)时，慨比较寸器A产生富跳变仗，使己触发超器翻景转输洁出高故电平具，开范关S闭合具，电匠容C以(IS2－IS1)恒流孩放电异，uc随时玩间线汤性下裙降。凶当uc降至1/盟3(VCC+VEE)，比邀较器B发生芦跳变逮，使倍触发筐器再其次翻绒转输鸣出低娘电平乱，开猪关S再次岔断开缝，如涌此重街复开蝴始时任的过驳程，的产生帝振荡雁。电容C上形锁成的罢线性兼三角某波，趟经缓强冲器蝇一路素产生省三角点波输作出信牲号，陷另一滔路经走三角菠波变铲正弦虑波电忠路，乌产生亲正弦勉波输读出信残号。触发设器的谁输出旺电平辅，除凭用于贡控制蔽电子激开关S外，君还用左于产胡生方辫波输寺出信旧号。3.煎8苗03向8的外践部引映脚排模列