正弦波振荡器与非正弦波振荡器 信号发生电路应用实例

作者：HGL

模块七;信号产生与处理电路;

一、正弦波振荡器;

1、正弦波振荡器的分类;

(一般用选频网络所用元件来命名)

①RC正弦波振荡器;一般振荡频率较低，1MHZ以下。
②LC正弦波振荡器;振荡频率都在1MHZ以上。
③石英晶振正弦波振荡器;也可等效为LC正弦波振荡器，其特点是振荡频率非常稳定。

2、RC正弦波振荡器→文氏电桥振荡电路;

由RC串，并联选频网络和同相比例运算放大电路即可构成文氏电桥振荡电路;

从右图的简估等效电路可以看出负反馈网络R1,Rf与正反馈网络串并联RC电路各为一臂构成桥路，因此得名文氏电桥，根据振荡器起振条件Auf=1+Rf/R1≥3,得出Rf≥2R1，而振荡频率fo=1/2πRc,为了实现稳幅，在Rf支路中串联2个并联的二极管，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。

3、LC正弦波振荡器;

①电感三点式LC振荡器(哈脱莱振荡器)

L=L1+L2+2M(2M是L1和L2的互感)

fo=1/2π根号(L1+L2+2M)*C

一般L2的匝数为整个线圈L总匝数的1/4-1/8。

优点;可获得较宽的振荡频率，最高可达几十MHZ。缺点;由于反馈取自电感，输出波形中还有高次谐波，因此适合对波形要求不高的场合，如高频加热器或接收机本振电路中。

②电容三点式振荡器(考尔*毕兹振荡器)

C=C1*C2/(C1+C2)

fo=1/2π根号L* C1*C2/(C1+C2)

一般C1/C2较大容易起振，但C1/C2太大，Au减小，不易起振，所以C1/C2既不能太大，也不能太小。

优点;输出电压波形好，但起振频率不容易改变所以用在固定振荡频率场合，为了提高振荡电路振荡频率的稳定度，可在L上串上一个比C1,C2小得多的C3小电容，则fo=1/2π根号LC3若振荡频率要高达100MHZ以上，则要采用共基放大振荡电路。

③电容三点式振荡电路(共基极)(上图)

④石英晶振振荡器(上图)

4、分立元件组成的文氏电桥振荡器;

二、非正弦波振荡器(运放组成的各种振荡器)

实际电路中除了常见的正弦波振荡器外，还有矩形波发生电路，三角波发生电路，锯齿波发生电路，尖峰波发生电路和阶梯波发生电路等，下面以运放为核心，介绍各种非正弦波振荡器。

1、矩形波发生电路;

矩形波发生电路是其他非正弦波发生电路的基础，若方波电压加在积分运算电路的输入端，则就获得三角波电压，若改变积分电路正向积分和反向积分时间常数，使某一方向的积分常数趋于0，则获得锯齿波。

由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。振荡周期为;

T=2RfCfln(1+2R1/R2)

f=1/T

2、占空比可调的矩形波发生电路;

欲改变输出矩形波电压的占空比，就要使电容正向和反向充电的时间常数不同，所以可以利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的道路，占空比可调的矩形波发生电路如左图所示。

T=T1+T2≈(RW+2R3)Cln(1+2R1/R2) f=1/T

q=T1/T2≈(RW1+R3)/(RW+2R3)

(占空比调节范围)

3、三角波发生电路;

将矩形波信号发生电路加上积分电路，即可得到三角波发生电路。T=4R1*R3*C/R2

F=R2/4R1*R3*C

调节R1,R2,R3和C的值，可改变振荡频率，调节R1,R2的值，而调节R1,R2的值可改变三角波的幅值。

4、锯齿波发生电路;

R3≤RW
f=R2/2R1(2R3+RW)*C
T=2R1(2R3+RW)*C/R2
T1=2*R1/R2*R3C
T2=2*R1/R2(R3+RW)*C

调整R1,R2的阻值可改变锯齿波的幅值，调整R1,R2,R3,RW的阻值及C的容量，可以改变振荡频率，调节RW的位置可改变Uo1的占空比以及Uo锯齿波上升和下降的斜率。

三、信号发生电路应用实例;

1、方波—三角波信号产生电路;

A1及外围元器件所组成的是同相输入的迟滞电压比较器，C1称为加速电容，可加速比较器的翻转，A2及外围电路组成的是积分电路。

T=4R2(R4+RP2)C2/R3+RP1

f=R3+RP1/4R2(R4+RP2)*C2

结论;

①方波输出幅度等于电源电压VCC，若要限幅可加双向稳压二极管。三角波的输出幅度与电阻R2与(R3+RP1)的比值有关，且小于电源电压+VCC，电位器RP1可实现幅度调整，但会影响方法一三角波的频率。

②电位器RP2在调整输出信号的频率时，不会影响三角波的输出电压幅度，因此实际应用时，调节电位器RP1，使输出三角波的电压幅度值达到所要求的值，然后再调整RP2，使输出频率满足要求。若要求输出频率范围较宽，可取不同的C2来改变频率范围，用RP2实现频率微调。

2、三角波—正弦波变换电路;

为了学习多级电路的调试技术，我们选用差分放大器作为三角波—正弦波的变换电路。波形变换的原理是;利用差分对管的饱和和截止特性进行变换。

#为了使输出波形更接近正弦波，要求;

①传输特性曲线尽可能对称，线性区尽可能窄。

②三角波的幅值Vm应接近晶体管的截止电压值。

#在上图电路中，RP1调节三角波的幅度，RP2调整电路的对称性，并联电阻Re2用来减小差分放大器的线性区，C1,C2,C3为隔直电容耦合电容，C4为滤波电容。

#V3，V4组成比例电流源。

3、函数信号发生电路

(方波—三角波—正弦波信号产生电路)

4、专用集成函数信号发生器ICL8038.