第8章 振荡器及波形产生电路

波振荡器。
第４章 正弦波振荡器
正弦波振荡器输出信号的频率范围是很宽的，基本上可 以分成两大类。一类是由电阻、电容元件组成的RC振荡器， 它适用于产生低频正弦波振荡信号，其振荡频率范围为几赫 兹到几十千赫兹。另一类是由集中参数LC元件组成的高频振 荡器，它的振荡频率在几十千赫兹到几十兆赫兹。如果频率 更高，进入米波、分米波范围，则由分布参数系统组成超高
(4-3)
第４章 正弦波振荡器 式(4-3)可以分为两部分， 即
AuFu=1 j=jA+j F=2n (n=0,1,2,……) (4-4) (4-5)
式(4-4)为自激振荡的振幅平衡条件， 式(4-5)为自激振荡的相 位平衡条件。 一个电路要产生自激振荡必须满足上述两个条 件。
第４章 正弦波振荡器
第４章 正弦波振荡器
4.1 概
4.1.1 振荡器的概念和用途
所谓振荡器是一种不需要外加激励信号，而能将直流电
源的能量转变为交流能量的电子设备。它与放大器最根本的 区别在于它的工作不需要外加信号的推动。
第４章 正弦波振荡器
振荡器电路是一种用途非常广泛的基本电子线路。例如，
在无线电通信、广播、电视发射系统中，高频振荡器是个核
环过程，进入到晶体管的饱和区和截止区，放大器的增益下
降，AuFu也就减小，使振荡从AuFu>1过渡到AuFu=1，振荡稳
定下来，最后达到平衡状态。
第４章 正弦波振荡器
由增幅振荡到稳幅振荡的建立过程，说明前者由起振条 件来保证，即AuFu>1，后者由晶体管特性的非线性来实现自 动限幅，而LC回路起选频作用，使振荡回路输出单一频率的 正弦信号。
式(4-2)
u A
(4-2)
u 都为 F

信号波形合成实验电路+电路图信号波形合成实验电路+电路图第一章技术指标1 系统功能要求2 系统结构要求第二章整体方案设计1 方案设计2 整体方案第三章单元电路设计1 方波振荡器2 分频电路设计3 滤波电路设计4 移相电路设计5加法电路设计6整体电路图第四章测试与调整1 分频电路调测2 滤波电路调测3 移相电路调测4加法电路调测5整体指标测试第五章设计小结1 设计任务完成情况2 问题与改进3 心得体会第一章技术指标1 系统功能要求1.1 基本要求(1)方波振荡器的信号经分频滤波处理，同时产生频率为10kHz和30kHz 的正弦波信号，这两种信号应具有确定的相位关系；(2)产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V和2V；(3)制作一个由移相器和加法器构成的信号合成电路，将产生的10kH和 30kHz正弦波信号，作为基波和3次谐波，合成一个近似方波，波形幅度为5V，合成波形的形状如图1所示。

图1 利用基波和3次谐波合成的近似方波1.2 发挥部分再产生50kHz的正弦信号作为5次谐波，参与信号合成，使合成的波形更接近于方波。

2 系统结构要求2.1 方波振荡器：产生一个合适频率的方波，本实验中选择6MHz；2.2 分频器：将6MHz方波分频出10kHz、30kHz和50kHz的方波；2.3 滤波器：设计中心频率为10kHz、30kHz、50kHz三个滤波电路，产生相应频率的正弦波；2.4 移相器：调节三路正弦信号的相位；2.5 加法器：将10kHz、30kHz和50kHz三路波形通过加法电路合成，最终波形如图2。

2.6该系统整体结构如图3图2 基波、三次谐波和五次谐波合成的方波图3 电路示意图第二章整体方案设计1 方案设计1.1理论分析周期性函数的傅里叶分解就是将周期性函数展开成直流分量、基波和所有n阶谐波的迭加。

数学上可以证明方波可表示为：（1）其中A=4h/ ，h为方波信号峰值。

已知基波峰峰值要求为6V，故A=3 ，所以3次谐波对应的幅值为1V，5次谐波对应的幅值为0.6V。

矩形脉冲波(简称矩形波)是数字系统中最 常用的工作波形。
2
矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义： ①脉冲周期 T：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um ：脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值，即 D＝tW / T 。 ④脉冲宽度 tW ：从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr：脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf：脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
4
6.2 单稳态触发器
特点： ①有一个稳态和一个暂稳态 ②在外界触发信号作用下，能从稳态→暂稳态 ，维持一段时间后自动返回稳态 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同，单稳态触发器可分为积分型和微分型两种，如 图6.2.1、6.2.5所示。
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随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高， 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程：
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止，可
得uO1 =UOL， uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
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②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输
其中，74121的电路符号如图。
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图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
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图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 （a）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 （b）使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发

C 0.01μF
R
10kΩ
10kΩ
Au
随之下降至 Au 3 ， Uo
（2）由选频网络可求得振荡频率为
1 1 f0 Hz 1.59kHz 3 6 2 RC 2 10 10 0.0110
（3）R2影响输出电压的波形和幅度。为了保证起振，须满足
R2﹥2R1- R3,若R2过小，电路会停振；R2略大于2R1- R3，起 振后的输出振荡幅度较小，但输出波形比较好；若R2增大， 输出电压幅度跟着增大，失真也增大，当 R2﹥2R1时，将 ，
相频特性为：
0 f arctan 0 3
由此可作出 Fu 的幅频特性和相频特性的曲线图分别为
+90°
00
幅频特性为：
-90°
1 F 由图可见，当 时， u 3 ，即 0
1 U 2 U1 3
，f 0，
从图中可以看出，RC串联支路， RC并联支路，R1支路，RF支路，刚好 构成一个文氏电桥的四个臂，运算放 大器的输入端和输出端分别跨接在电 桥的对角线上，故把这种振荡电路称 为RC桥式振荡电路，也称之为文氏桥 式振荡电路，如图（b）所示。
热敏电阻
＋ U id －
（b）文氏电桥
.
＋
U od
.
（a）RC桥式正弦波振荡电路
2.振荡的平衡条件和起振条件 1）振荡的平衡条件
由以上的分析可知，振荡的平衡条件包括振幅平衡条件 和相位平衡条件： （1）振幅平衡条件（幅度平衡条件）
Au Fu 1
即在振荡闭环正反馈环中，环路总的传输系数应该等于1，使反馈 电压与输入电压大小相等。
（2）相位平衡条件
a f 2n (n 0,1, 2, )