第7章信號(hào)產(chǎn)生電路

7.1正弦波信號(hào)振蕩電路7.2非正弦波信號(hào)振蕩電路7.3集成函數(shù)產(chǎn)生器8038的功能及應(yīng)用7.4應(yīng)用電路舉例7.1正弦波信號(hào)振蕩電路7.1.1正弦波信號(hào)振蕩電路的基本概念1.正弦波信號(hào)振蕩電路的產(chǎn)生條件正弦波振蕩電路是一個(gè)沒(méi)有輸入信號(hào)的帶選頻環(huán)節(jié)的正反饋放大電路。圖7.1正弦波信號(hào)振蕩電路方框圖2.正弦波信號(hào)振蕩電路的組成一個(gè)正弦波振蕩器主要由以下幾個(gè)部分組成。（1）放大電路（2）正反饋網(wǎng)絡(luò)（3）選頻網(wǎng)絡(luò)（4）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)3.正弦波信號(hào)振蕩電路的分類根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成元件的不同，可把正弦信號(hào)振蕩電路分為如下幾類：選頻網(wǎng)絡(luò)若由RC元件組成，則稱RC振蕩電路；選頻網(wǎng)絡(luò)若由LC元件組成，則稱LC振蕩電路；選頻網(wǎng)絡(luò)若由石英晶體構(gòu)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(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的RC振蕩電路，一般用于產(chǎn)生1Hz～1MHz的低頻信號(hào)。1.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)由相同的RC元件組成的串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)如圖7.2所示。2.RC橋式振蕩電路的組成將RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)和放大器結(jié)合起來(lái)即可構(gòu)成RC振蕩電路，放大器件可采用集成運(yùn)算放大器，也可采用分離元件構(gòu)成。圖7.4(a)所示為由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的RC橋式振蕩電路，圖中RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)接在運(yùn)算放大器的輸出端和同相輸入端之間，構(gòu)成正反饋；圖7.4RC橋式振蕩電路圖Rf和R1接在運(yùn)算放大器的輸出端和反相輸入端之間，構(gòu)成負(fù)反饋。正反饋電路與負(fù)反饋電路構(gòu)成一文氏電橋電路，如圖7.4(b)所示，運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端分別跨接在電橋的對(duì)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(guò)程

（5）穩(wěn)幅過(guò)程

（6）RC橋式正弦波振蕩電路中振蕩頻率的調(diào)節(jié)負(fù)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(shí)還具有很好的穩(wěn)幅特性，所以，實(shí)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(wěn)定，波形失真小，頻率調(diào)節(jié)方便。因此，在低頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器中都有它構(gòu)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(wǎng)絡(luò)由LC諧振元件組成，稱LC正弦波振蕩電路。LC振蕩電路產(chǎn)生頻率高于1MHz的高頻正弦信號(hào)。根據(jù)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(diǎn)式、電容三點(diǎn)式等幾種電路形式。1.LC并聯(lián)諧振回路在選頻放大器中，經(jīng)常用到圖7.5所示的LC并聯(lián)諧振回路。圖7.6LC并聯(lián)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(diǎn)式LC振蕩電路

電感三點(diǎn)式振蕩電路原理電路如圖7.8所示。

圖7.8電感三點(diǎn)式電路圖（2）電容三點(diǎn)式LC振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路原理如圖7.9所示，由圖可見(jiàn)，其電路構(gòu)成與電感三點(diǎn)式振蕩電路基本相同，不過(guò)正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)由電容C1、C2和電感L構(gòu)成，反饋信號(hào)Uf取自電容C2兩端，故稱為電容三點(diǎn)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(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路。圖7.10改進(jìn)型電容三點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)，并且有選頻環(huán)節(jié)。（2）檢查放大器的偏置電路，看靜態(tài)工作點(diǎn)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(shí)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(xué)成分是二氧化硅(SiO2)。石英晶體具有非常穩(wěn)定的物理和化學(xué)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(gè)對(duì)應(yīng)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(gè)電極，再用金屬殼或玻璃殼封裝起來(lái)，就構(gòu)成了一個(gè)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(gòu)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(gè)高Q值的電感元件，和回路中的其他元件形成并聯(lián)諧振，稱為并聯(lián)型晶體振蕩電路；另一類是石英晶體作為一個(gè)正反饋通路元件，工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，稱為串聯(lián)型晶體振蕩電路。圖7.13所示為一種并聯(lián)晶體振蕩電路。圖7.13并聯(lián)晶體振蕩電路圖7.14串聯(lián)晶體振蕩電路7.2非正弦波信號(hào)振蕩電路在自動(dòng)化、電子、通信等領(lǐng)域中，經(jīng)常需要進(jìn)行性能測(cè)試和信息的傳送等，這些都離不開(kāi)一些非正弦信號(hào)。常見(jiàn)非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路有方波、三角波、鋸齒波產(chǎn)生電路等。本節(jié)將重點(diǎn)介紹方波產(chǎn)生電路和鋸齒波產(chǎn)生電路的基本工作原理。1.方波產(chǎn)生電路用滯回比較器構(gòu)成的方波產(chǎn)生電路如圖7.15(a)所示。兩個(gè)穩(wěn)壓管的作用是將輸出電壓鉗位在某個(gè)特定的電壓值，它的指導(dǎo)思想是利用電容兩端的電壓作比較，來(lái)決定電容是充電還是放電。圖中R和C為定時(shí)元件，構(gòu)成積分電路。由于方波包含極豐富的諧波，因此方波產(chǎn)生電路又稱為多諧振蕩器。圖7.15方波產(chǎn)生電路還可利用壓控方波產(chǎn)生電路來(lái)獲取方波。通常將輸出信號(hào)頻率與輸入控制電壓成正比的波形產(chǎn)生電路稱為壓控振蕩器，它的應(yīng)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(diào)節(jié)十分方便的信號(hào)源；若用正弦波電壓作為控制電壓，壓控振蕩器就成了調(diào)頻波振蕩器；當(dāng)振蕩受鋸齒波電壓控制時(shí)，它就成了掃頻振蕩器。2.鋸齒波產(chǎn)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(fā)生電路通常積分器產(chǎn)生的三角波幅值隨方波輸入信號(hào)的頻率變化。正是為了克服這一缺點(diǎn)，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(zhì)量較高的三角波。鋸齒波與三角波的區(qū)別是：三角波的上升和下降的斜率（指絕對(duì)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(shù)字電壓表中。如果有意識(shí)地使C的充電和放電時(shí)間常數(shù)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(gè)滯回比較器和一個(gè)反相積分器組成頻率可調(diào)節(jié)的鋸齒波發(fā)生電路。圖7.17頻率和幅度均可調(diào)節(jié)的鋸齒波發(fā)生電路7.3集成函數(shù)產(chǎn)生器8038的功能及應(yīng)用集成函數(shù)發(fā)生器8038是一種多用途的波形發(fā)生器，可以用來(lái)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波，其振蕩頻率可通過(guò)外加的直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以是壓控集成信號(hào)產(chǎn)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(duì)照其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖7.19所示。由圖可見(jiàn)，外接電容C的充、放電電流由兩個(gè)電流源控制，所以電容C兩端電壓uC的變化與時(shí)間成線性關(guān)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(nèi)部電路結(jié)構(gòu)利用8038構(gòu)