信号产生电路

第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 第第7章章 信号产生电路信号产生电路 7.1 正弦波振荡器的基本概念正弦波振荡器的基本概念 7.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 7.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 7.4 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路7.5 集成函数发生器集成函数发生器8038简介简介习题习题 第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.1 正弦波振荡器的基本概念正弦波振荡器的基本概念 7.1.1正弦波振荡器与正反馈1正弦波振荡器与正反馈从结构上看，正弦波振荡器就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。在放大电路中，采用负反馈来改善放大电路的性能；在信号产生电路中，利用正反馈来实现振荡信号的输出，所以正弦波振荡器的工作原理与反馈的概念密切相关。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2正弦波振荡器的组成由以上分析可知，要想使一个没有外来输入的放大电路能产生一定频率和幅度的正弦输出信号，电路中必须包含放大电路、正反馈网络和选频网络。其中，正反馈网络和选频网络在很多时候由一个部分组成，有时选频网络又和放大电路是一个整体，但不管电路的形式如何，这几个部分的基本功能必须同时具备。一般为了使输出的正弦信号幅度保持稳定，还要加入稳幅环节。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.1.2起振条件与平衡条件利用正反馈维持一个幅度稳定的正弦信号输出，称为平衡；利用正反馈使输出信号从无到有地建立起来，称为起振。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 1平衡条件为方便讨论正弦波振荡电路在没有输入的情况下，如何能维持稳定的等幅输出，先假设一个有稳定正弦输出信号的放大电路，在输入信号消失的情况下，需要什么条件才能继续维持输出端的等幅振荡，这个条件就是正弦波产生电路的平衡条件。现将带正反馈的放大电路框图画于图7-1，其中各信号的定义、概念与负反馈相同。考虑到正弦信号产生电路没有输入，图中没有画出输入信号。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-1正弦波振荡器的正反馈方框图第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 所以由正反馈时净输入信号的公式可得（7-1）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 式中,和 为复数，可以表示为 =Aa，=Ff，所以上式也可以写成（7-2）即（7-3）式中,n=0，1，2第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2起振条件当正弦波振荡电路已有输出时，可以利用平衡条件维持输出信号的持续。但在振荡电路电源刚刚接通时，输出端尚没有输出信号时，依靠平衡条件是不能使输出从无到有，从小到大建立的，平衡条件只能维持环路中已有的信号大小不变，不能使之增大。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 因此，综合相位条件，正弦波振荡电路的起振条件为（7-4）（7-5）（7-6）式中,n=0，1，2第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 7.2.1RC桥式正弦波振荡电路 RC桥式正弦波振荡电路一般用来产生1Hz到数百千赫兹的低频信号，常用的低频信号源大多采用这种电路形式。图7-2为RC桥式正弦波振荡电路的组成框图，由放大器A和同时具有正反馈作用的RC串并联选频网络F构成。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-2RC桥式正弦波振荡电路组成框图第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 1RC串并联网络的选频特性将RC串并联网络重画于图7-3中，该选频网络的输入信号为放大电路的输出，输出为反馈信号。若将RC串联支路和并联支路的阻抗分别用来表示，则可以得到反馈系数 的表达式为第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-3RC串并联网络第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 令，则上式可写成（7-7）从式（7-7）可知，反馈系数 是角频率的复函数，由此可得RC串并联网络的幅频响应和相频响应为第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 由式（7-8）和式（7-9）可知，当，即 时，幅频响应（7-9）的幅值最大，即第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 根据式（7-8）和式（7-9）可以做出RC串并联选频网络的幅频特性曲线和相频特性曲线，如图7-4所示。图7-4RC串并联网络的频率特性曲线（a）幅频特性曲线;（b）相频特性曲线第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2RC桥式正弦波振荡电路1）电路组成图7-5为集成运放构成的RC桥式正弦波振荡电路，其中的放大电路是由集成运放构成的同相比例电路。RC串并联网络的输出端接在集成运放的同相输入端，将反馈信号送给放大电路。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-5RC桥式正弦波振荡电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2）振荡的建立与稳定当电路接通电源后，电路中存在的噪声和干扰信号含有丰富的频率分量，包括从低频到高频的各种频率成分。这些扰动信号沿放大电路和反馈网络的环路环行，不同的频率分量获得了不同的环路增益和相移。输出正弦信号的频率由0决定，即RC正弦波振荡电路的振荡频率为（7-10）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 例7-1根据相位条件判断图7-6所示电路能否起振(假设电路可以满足起振的幅度条件)，如能起振，计算该电路的振荡频率。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-6例7-1的电路图第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 解由于图7-6中的电路为信号产生电路，没有输入信号，因此不像放大电路那样可以从输入端开始标注瞬时极性。但不管何种振荡电路都将构成一个闭合的环路，所以，从理论上说，可以从电路的任意一点开始。一般习惯上还是从放大器件的输入端开始标注，比如三极管的基极或集成运放的输入端。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 3）稳幅措施振荡达到一定幅度后，若仍然大于1，会引起输出幅度的持续增大，导致非线性失真。所以，稳幅的作用就是达到所需的振荡幅度后，使环路增益自动减小到1，维持等幅输出。一般有两类稳幅措施：一是利用放大器件本身的非线性。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-7热敏电阻稳幅电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-7是将Rf用负温度系数的热敏电阻替代的热敏电阻稳幅方法。当输出电压幅度增加时，流过Rf的反馈电流随之增长，导致热敏电阻温度升高，阻值下降，所以放大器的放大倍数降低，使环路增益减小；反之，当输出电压幅度下降时，将引起相反的变化过程，放大倍数增大，使输出幅度变大。因此，利用热敏电阻可以起到稳定输出幅度的作用。采用正温度系数的热敏电阻也可以起到稳幅的作用，只是要接在R1的位置上。图7-8是用场效应管稳幅的原理电路。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-8场效应管稳幅电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 例7-2在图7-9所示的RC桥式正弦波振荡电路中，已知集成运算放大器的电源电压为12V。（1）分析二极管稳幅电路的稳幅原理；（2）设电路已经产生稳定的正弦振荡输出，当输出电压达到峰值时，二极管的正向压降约为0.7V，试估算输出电压的峰值；（3）若不慎将R2短路，输出电压的波形有什么变化？（4）若将R2开路，输出电压的波形将出现什么变化？第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-9例7-2的电路图第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-10例7-2的输出波形第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.2.2RC移相式正弦波振荡电路1相位超前的RC移相式正弦波振荡电路图7-11为采用三节RC移相电路作为选频和正反馈网络的移相式振荡器电路。该电路的分析和桥式振荡电路一样，要先求出移相电路的频率特性。相应的幅频特性和相频特性如图7-12（b）和（c）所示。从图中可以看出，一节RC移相电路的输出电压超前输入电压090的一个相位角f，所以称为相位超前的RC移相电路。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-11相位超前的RC移相式正弦波振荡电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-12一节相位超前的RC移相电路及其频率特性（a）RC移相电路；（b）幅频特性；（c）相频特性第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2相位滞后的RC移相式正弦波振荡电路如将RC移相电路中的电阻和电容互换位置，就成为相位滞后的RC移相电路，该电路的输出电压比输入电压滞后了一个090的相位角。图7-13为相位滞后的RC移相式振荡电路，请读者自行分析它的振荡原理。RC移相式正弦波振荡器电路简单、成本低，但失真较大又不便调节频率，因此只适用于固定频率且对输出波形要求不高的场合。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-13相位滞后的RC移相式正弦波振荡电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 7.3.1变压器反馈式LC正弦波振荡电路1LC并联谐振回路的选频特性 LC正弦波振荡电路的工作原理和RC正弦波振荡电路相似，只是选频网络不同。常用的LC选频网络是如图7-14所示的LC并联谐振回路。实际上，谐振回路只由电感和电容两个元件构成，图中的电阻R表示回路的等效损耗电阻。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-14LC并联谐振回路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 仿造RC串并联电路的分析过程，可以得到图7-14中LC并联谐振回路的复阻抗Z的表达式为（7-11）通常有lR，所以复阻抗Z可简化为（7-12）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 可见，并联谐振回路的复阻抗Z是输入信号频率的复函数，由式（7-12）可得Z的幅频特性和相频特性为（7-13）（7-14）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-15LC并联谐振回路的频率特性（a）幅频特性;（b）相频特性第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 由此可见，LC并联谐振回路对不同频率的输入信号产生的相移各不相同，所以说，LC并联谐振回路具有选频特性。因为LC并联回路的频率特性与等效损耗电阻R的大小有关。通常，用回路的品质因数Q来表示损耗电阻的大小与并联谐振回路性能的关系，即（7-15）Q值是评价回路损耗大小的指标，一般在几十到几百之间。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 因为式（7-12）是在LR时得到的近似公式，如果保留R，则谐振频率为（7-16）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-16变压器反馈式LC正弦波振荡电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2变压器反馈式LC正弦波振荡电路1）电路组成变压器反馈的特点是用变压器的初级或次级绕组与电容C构成LC选频网络。振荡信号的输出和反馈信号的传递都是靠变压器耦合完成的。图7-16所示为变压器反馈式LC正弦波振荡器的基本电路，由放大电路、LC选频网络和变压器反馈电路三部分组成。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2）振荡的建立与稳定电源接通后，由电路中的噪声和干扰作为放大器的原始输入信号，该输入信号频带很宽，包含从低频到高频的各种频率分量。这些扰动信号被选频放大器放大后，获得了不同的放大倍数和相移。其中只有对频率为0的扰动信号，集电极的LC并联谐振回路呈现纯电阻，并且阻值最大。（7-17）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-17振荡的建立与稳定过程中的电流、电压波形第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 需要说明的是，由于交流通路中的LC并联谐振回路与三极管的集电极和发射极并联，如果三极管进入饱和区将呈现一个较小的体电阻并联于LC回路，使谐振回路的损耗增大、Q值下降，这将影响选频特性，使输出波形出现严重的失真。因此，常将管子的静态工作点设置得靠近截止区，截止区管子的体电阻非常大，对LC谐振回路几乎不产生影响。所以，起振后电路中的基极电流和集电极电流都会出现失真，如图7-17所示。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 若要满足的幅度条件，可以选值较大的晶体管或增加反馈线圈的匝数，调整变压器初级和次级之间的位置以提高耦合程度均可。经推导，若满足起振条件，则有(M为绕组N1和N2之间的互感)（7-18）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.3.2电感反馈式LC正弦波振荡电路电感反馈式LC正弦波振荡电路如图7-18所示，因为反馈电压取自电感L2上的电压，故而得名。三极管放大电路接成共发射极形式，交流时并联谐振回路的三个端点相当于分别与晶体管的三个电极相连，所以又称为电感三点式振荡电路。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-18电感反馈式LC正弦波振荡电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 对于其他频率分量，还有f(-90,+90)的附加相移，均不满足相位条件，所以输出振荡为单一频率正弦波，且频率为（7-19）式中,M为线圈L1与L2的互感。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 同样，若要满足起振条件，管子的值应选得大些，一般有（7-20）其中,R为包括其他折合电阻在内的谐振回路总损耗电阻。实际上并不常按公式去挑选管子，只要适当选取L2/L1的数值，即改变线圈抽头的位置就可以使电路起振，一般取反馈线圈的匝数为电感线圈总匝数的1/81/4即可起振。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 例7-3图7-19是由共基极放大电路构成的电感反馈式正弦波振荡电路，因为共基极电路的高频特性较好，所以这种电路形式的振荡频率可以做得更高。试用瞬时极性法判断该电路是否满足相位条件。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-19例7-3的电路图第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 解虽然图7-19中的电路为共基组态，但从电路的任何地方开始标注瞬时极性都可以得到正确的结论。所以从比较习惯的基极输入开始标注，如图中所示。由瞬时极性可知，该电路满足相位条件，因此该电路可以起振。输出振荡频率为第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.3.3电容反馈式LC正弦波振荡电路将电感反馈式振荡电路中的电容换成电感，电感换成电容，就得到了电容反馈式LC正弦波振荡电路，如图7-20所示。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-20电容反馈式LC正弦波振荡电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 式中，C为谐振回路的总电容，因为C1和C2并联，所以C=（C1C2）/(C1+C2)。可以证明，若满足起振条件，应使三极管的满足（7-21）（7-22）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 为了使电容反馈式振荡电路易于调节频率，可在电感L支路串联一个电容量值较小的电容C3，如图7-21所示，也叫克拉泼振荡电路。此时电路的振荡频率为 C3的改变对取出的反馈电压信号没有影响，因此可以通过调整C3的大小方便地调节振荡频率。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-21克拉泼振荡电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-22三点式振荡电路组成的一般原则第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 例7-4根据相位条件判断图7-23中由集成运放组成的克拉泼振荡电路能否起振。解从集成运算放大器的反相输入端开始将瞬时极性标注于图7-23中，由瞬时极性可见，对于并联谐振回路的谐振频率满足相位条件可以起振，振荡频率为第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-23例7-4的电路图第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.3.4石英晶体振荡电路1石英晶体的基本特性和等效电路石英晶体的主要成分是SiO2，是一种各向异性的结晶体，它是矿物质硅石的一种，也可以人工制造，其化学、物理性质都相当稳定。从一块晶体上按一定的方位角切下的薄片，称为晶体片（有时也切成棒状），再在晶体片的两个对应表面上镀银并引出两个金属电极，最后用金属外壳封装而成。石英晶体的外形、结构和电路符号如图7-24所示。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-24石英晶体的外形、结构和电路符号（a）外形；（b）结构；（c）电路符号第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-25石英晶体的等效电路和电抗频率特性（a）石英晶体的等效电路；（b）电抗频率特性第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 由等效电路可知，石英晶体有两个谐振频率：R、L、C串联支路发生谐振时的串联谐振频率fs和R、L、C串联支路与C0组成的并联回路发生谐振时的并联谐振频率fp。当忽略损耗电阻R时，有（7-23）（7-24）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2石英晶体振荡器1）串联型石英晶体振荡器串联谐振时，石英晶体振荡器的等效阻抗最小且为纯电阻，所以用石英晶体作为反馈元件时，对等于串联谐振频率的信号正反馈最强且没有附加相移。图7-26是由共基极形式的电容反馈式正弦波振荡电路组成的串联型石英晶体振荡器原理电路。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-26串联型石英晶体振荡器第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2）并联型石英晶体振荡器当石英晶体工作于fs和fp之间时，具有电感性质。可以利用石英晶体的感性和两个外接电容来构成电容反馈式正弦波振荡器。图7-27是实用的并联型石英晶体振荡器的原理电路。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-27并联型石英晶体振荡器第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.4 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 7.4.1比较器比较器是由工作在非线性状态的集成运放构成的，要么是开环状态，要么就是正反馈状态。由于没有负反馈使集成运放的两个输入端处于“虚短”状态，集成运放的开环电压放大倍数又非常高，因此只要两输入端的信号有微小的不同，集成运放的输出值就立即饱和输出电压不是处于正向输出最大值（UOH），就是处于负向输出最大值（UOL），只有两种输出状态。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 1单门限电压比较器图7-28是最简单的单门限电压比较器，电路中无反馈环节，运放工作在开环状态。输入电压uI接于反相输入端，参考电压UREF接于同相输入端，UREF可以是正、负或零。以输入电压值为横轴，输出电压的大小为纵轴，可以画出图7-28中单门限电压比较器的传输特性，如图7-29中的实线所示。图7-30中的输出与输入关系。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-28基本单门限电压比较器第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-29单门限电压比较器的电压传输特性第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-30反相输入单门限电压比较器加入受干扰输入信号时的输出波形第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 例7-5图7-31为同相输入过零比较器，饱和电压为12V，稳压管的稳定电压值为6V，当输入峰值为5V的正弦交流信号时，画出输出电压波形并说明稳压二极管的作用。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-31例7-5的电路图与输入、输出波形（a）同相输入过零比较器;（b）输入与输出波形第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2双门限电压比较器迟滞比较器为克服单门限电压比较器抗干扰能力差的缺点，在比较器电路中引入了正反馈，构成了抗干扰能力较强的双门限电压比较器迟滞比较器。图7-32为迟滞电压比较器的电路图，与单门限比较器的区别是引入了正反馈，门限电压将由参考电压和输出饱和电压共同决定。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-32反相输入双门限电压比较器迟滞比较器第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 1）输入电压由小到大由于信号从反相输入，当输入uI足够小时，必有uI=u-u，则uO=UOH。可应用叠加原理计算出对应于UOH时的同相端电压，即上门限电压为（7-25）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 当输入继续增加到略大于UT+时，集成运放的差动输入电压为负，使uO翻转到UOL，值得注意的是，随着输出电压的翻转，门限电压也发生了变化，对应于输出UOL时的门限电压较小，为UT-，即（7-26）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2）输入电压由大到小当输入uI足够大时，集成运放的净输入电压为负，所以有uO=UOL。此时的门限电压为UT-。显然，输入减小到小于UT+，且大于UT-之前，uO仍然为UOL，如图7-33传输特性中的DE段所示。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-33迟滞比较器的传输特性曲线第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 当输入继续减小到略小于UT-时，uO翻转为UOH，同样，门限电压随之发生变化，由UT-变为UT+。如果输入uI继续下降，输出将保持UOH不变，相应的传输特性如图7-33中的EFA段所示。UT+和UT-的差值定义为回差电压UT，即UT=UT+-UT-（7-27）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-34迟滞比较器的抗干扰作用第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 例7-6图7-35（a）为同相输入迟滞比较器，稳压管的稳定电压值为6V，试画出比较器的传输特性曲线和在图7-35（b）输入下的输出电压波形。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-35例7-6的电路图与电压波形（a）同相输入迟滞比较器;（b）输入电压波形;（c）传输特性;（d）输出电压波形第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.4.2矩形波产生电路1方波产生电路方波产生电路可以直接产生方波或矩形波信号，是数字系统常用的一种信号源，由于方波或矩形波中包含着极丰富的谐波分量，因此这种电路又称为多谐振荡器。一般将图7-36中矩形波高电平持续的时间与信号周期的比值T1/T叫做占空比q，习惯上将占空比为50%的矩形波称为方波。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-36矩形波的占空比第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 1）电路组成方波产生器的基本电路如图7-37所示，集成运放和R1、R2组成反相输入迟滞比较器；R3和VDZ用来对输出电压幅度双向限幅；R和电容C组成积分电路，用来将比较器输出电压的变化反馈回集成运放的反相输入端，以控制输出方波的周期。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-37方波产生电路与输出波形（a）方波产生电路;（b）输出电压与电容上的电压波形第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2）方波产生原理在接通电源的瞬间，比较器处于正向饱和还是负向饱和是不确定的，但不管是正饱和或负饱和，都会产生出方波振荡。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 3）参数计算从以上分析已知输出方波的正、负向幅度为UZ。通过电容器的充放电规律可以得到输出方波的周期为（7-28）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2矩形波产生电路如果图7-37（b）中的T1T2，就是矩形波输出。而T1和T2的长短分别由电容的充、放电时间决定，因此，图7-38就是利用二极管单向导电性使方波产生电路的充放电时间常数不同而构成的矩形波产生电路。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-38矩形波产生电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 可以证明，当忽略二极管动态电阻时，图7-38所示矩形波振荡周期为（7-29）占空比为:（7-30）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.4.3锯齿波产生电路1三角波产生电路1）电路组成与工作原理三角波产生电路如图7-39（a）所示，由迟滞比较器和反相积分器构成。积分器的作用是将迟滞比较器输出的方波转换为三角波，同时反馈给比较器的同相输入端，使比较器产生随三角波的变化而翻转的方波。这里的迟滞比较器和前述的方波发生器的区别是从同相端输入信号，但基本原理相同。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-39三角波产生电路与输出波形（a）三角波产生电路;（b）输出波形第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 由叠加原理可知，迟滞比较器同相端的电压为 u+由比较器的输出电压UZ和积分器的输出电压共同决定。而比较器的翻转发生在u+=0的时刻，此时比较器的输入电压（即积分器的输出电压uO）应该为也就是比较器的上、下门限电压。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2）参数计算方波的幅度由稳压管限幅电路决定，为UZ；三角波的正负向峰值为（7-31）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 由图7-39（b）可知，方波和三角波的振荡频率相同。可以证明，振荡频率为（7-32）第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-40锯齿波产生电路与输出波形第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 2锯齿波产生电路若三角波波形上升和下降的速率不同，就成为锯齿波波形。所以只要令积分器的正、负向积分常数不同，就可以得到锯齿波。图7-40为可以同时产生矩形波和锯齿波的电路。其工作原理和三角波产生电路相同，仅为积分器的电阻有两条通路，这两条通路阻值差异很大，以致正、负向积分的速率明显不同。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.5 集成函数发生器集成函数发生器8038简介简介 18038的电路组成与工作原理8038内部由电阻分压器，电压比较器A1、A2，触发器、恒流源I1、I2，电子开关S和正弦波变换器组成。内部原理电路如图7-41（a）所示，图7-41（b）为其外引脚排列，封装形式是双列直插。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-41集成函数发生器8038的内部原理电路和外引脚排列（a）内部原理电路;（b）外引脚排列第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 28038的典型应用图7-42为8038集成函数发生器构成的方波、三角波和正弦波振荡产生电路。图7-43为用8038集成函数发生器构成的多种函数信号发生器。波段开关S1作频率粗调以选择频段。S2可以选择正弦波、三角波或方波输出。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-428038集成函数发生器的典型应用电路第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-43由8038构成的多种函数信号发生器第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 习习 题题 7.1用相位条件判断图7-44所示各RC正弦波振荡电路能否起振，并说明原因。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-44第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.2用相位条件来判断图7-45中的振荡电路能否起振。并回答问题：（1）若电路能起振，为满足幅度条件，图（a）中的Rf和Re1之间应满足什么关系？图（b）中Rf的数值应为多少？（计算R2和Rf的串联值即可）（2）若采用热敏电阻稳幅，可将电路中哪个电阻用热敏电阻代替？温度系数为正还是负？（3）电路的振荡频率是多少？第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-45第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.3分析图7-46所示RC桥式正弦波振荡电路能否起振，说明Rp的作用。如果Rp开路，输出波形将有什么变化？为使电路起振，Rp应调整为多大？第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-46第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.4欲将图7-47所示的元器件连接成RC正弦波振荡电路，如何连线？若要产生振荡频率为1kHz的正弦振荡输出，当电容C=0.016F时，电阻R应选多大？7.5若使图7-48所示电路起振，图中各点应如何连接？当R=10k，C=0.1F时，估算电路的振荡频率。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-47第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-48第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.6集成运放构成的RC桥式正弦波振荡电路如图7-49所示，其中Rp在010k范围内连续可调，说明振荡电路的起振和稳幅过程，计算电路的振荡频率。若振幅稳定后，二极管的动态电阻近似为500，Rp的阻值是多少？第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-49第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-50第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.7判断图7-50所示电路能否起振，并说明原因。7.8当需要频率分别在100Hz1kHz或1020MHz范围内可调的正弦振荡输出时，应分别采用RC还是LC正弦波振荡电路？7.9用相位条件判断图7-51所示各LC正弦波振荡电路能否起振，并说明原因。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-51第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.10收音机内的本机振荡电路如图7-52所示，标出N1、N2同名端的位置以使电路振荡，并计算振荡频率的可调范围。7.11图7-21所示的克拉泼振荡电路中，设C1=C2=1000pF，L=50H。为实现振荡频率可调，将电容C3用12/365pF的可变电容代替，试求其振荡频率的变化范围。7.12石英晶体振荡器电路如图7-53所示，指出振荡器的类型和石英晶体在电路中所起的作用。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-52第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-53第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.13图7-54中集成运算放大器的开环电压放大倍数为104，其最大输出电压为10V，在开环状态下，满足零入零出的要求。问：当输入电压uI分别为0.5mV，5mV，50mV时的输出电压值各是多少？该电路的线性放大范围是多少？7.14图7-55所示的电压比较器中，已知UREF=2V，集成运放的饱和电压为12V，双向稳压管的稳定电压UZ=6V，画出各比较器的电压传输特性曲线。若uI=5sint（V），画出各电路的输出电压波形。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-54第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-55第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.15图7-56所示为简单的监控报警装置。uI是传感器对温度、压力等被监控量传感而取得的电压信号，UREF为参考电压。当超过设定的正常值时，报警灯发光，试分析该电路的工作原理，并回答下列问题：（1）电阻R4和二极管VD的作用是什么？（2）若将电路中的迟滞电压比较器替换为单门限比较器，可能会出现什么问题？第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-56第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 7.16图7-57为方波三角波产生电路，试计算电路的振荡频率，并画出uO1和uO2的波形。*7.17分析如图7-58所示波形产生电路的工作原理，说明电路中各元件的作用，画出uO1、uO2和uO3的波形，并写出振荡频率的表达式。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-57第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-58第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 *7.18电路如图7-59（a）所示。各集成运放均为理想，饱和电压值为12V。（1）根据电路参数，写出uO1、uO2的表达式；（2）若uI1=0.5V，试在图7-59（b）上画出uO3与uI2之间的电压传输特性；（3）若输入信号uI1=0.5V，uI2=5sint(V)，试在图7-59(c)上画出相应的uO3的波形。第第7 7章章 信号产生电路信号产生电路 图7-59