第 7章 信 号 产 生 电 路
7.1 正弦波信号振荡电路
7.2 非正弦波信号振荡电路
7.3 集成函数产生器 8038的功能及应用
7.4 应 用 电 路 举 例
7.1 正弦波信号振荡电路
7.1.1 正弦波信号振荡电路的基本概念
1.正弦波信号振荡电路的产生条件正弦波振荡电路是一个没有输入信号的带选频环节的正反馈放大电路。
图 7.1 正弦波信号振荡电路方框图
（ 1） 正弦波振荡的平衡条件作为一个稳态振荡电路,相位平衡条件和振幅平衡条件必须同时得到满足 。
（ 2） 正弦波振荡的起振条件
|AF|>1,,
2.正弦波信号振荡电路的组成一个正弦波振荡器主要由以下几个部分组成 。
（ 1） 放大电路
（ 2） 正反馈网络
（ 3） 选频网络
（ 4） 稳幅环节
3.正弦波信号振荡电路的分类根据选频网络构成元件的不同，可把正弦信号振荡电路分为如下几类：选频网络若由 RC元件组成，则称 RC振荡电路；
选频网络若由 LC元件组成，则称 LC振荡电路；选频网络若由石英晶体构成，则称为石英晶体振荡器
7.1.2 RC桥式正弦波振荡电路采用 RC选频网络构成的 RC振荡电路，
一般用于产生 1Hz～ 1MHz的低频信号。
1,RC串并联选频网络由相同的 RC元件组成的串并联选频网络如图 7.2所示。
图 7.3 RC串并联选频网络幅频特性和相频特性
2,RC桥式振荡电路的组成将 RC串并联选频网络和放大器结合起来即可构成 RC振荡电路,放大器件可采用集成运算放大器,也可采用分离元件构成 。 图
7.4(a)所示为由集成运算放大器构成的 RC
桥式振荡电路,图中 RC串并联选频网络接在运算放大器的输出端和同相输入端之间,
构成正反馈；
图 7.4 RC桥式振荡电路图
Rf和 R1接在运算放大器的输出端和反相输入端之间,构成负反馈 。 正反馈电路与负反馈电路构成一文氏电桥电路,如图 7.4(b)所示,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,形成四臂电桥 。 所以,
把这种振荡电路称为 RC桥式振荡电路 。
图 7.4 RC桥式振荡电路图
3,RC桥式振荡电路的振荡特性
（ 1） 相位平衡条件
（ 2） 振幅平衡条件
（ 3） 振荡频率
（ 4） 振荡的建立过程
（ 5） 稳幅过程
（ 6） RC桥式正弦波振荡电路中振荡频率的调节负反馈支路中采用热敏电阻后不但使
RC桥式振荡电路的起振容易,振幅波形改善,同时还具有很好的稳幅特性,所以,
实用 RC桥式振荡电路中热敏电阻的选择是很重要的 。 RC桥式正弦波振荡电路输出电压稳定,波形失真小,频率调节方便 。 因此,在低频标准信号发生器中都有它构成的振荡电路 。
7.1.3 LC正弦波振荡电路正弦振荡电路选频网络由 LC谐振元件组成,称 LC正弦波振荡电路 。 LC振荡电路产生频率高于 1MHz的高频正弦信号 。 根据反馈形式的不同,LC正弦波振荡电路可分为互感耦合式 (变压器反馈式 ),电感三点式,电容三点式等几种电路形式 。
1,LC并联谐振回路在选频放大器中，经常用到图 7.5所示的 LC并联谐振回路。
图 7.5 LC并联谐振回路图 7.6 LC并联谐振回路的谐振曲线
2,互感耦合式 ( 变 压 器 反 馈式 )LC正弦波振荡电路变压器反馈式 LC振荡电路原理图如图 7.7所示。
图 7.7 变压器反馈式 LC振荡电路
3.三点式 LC正弦波振荡电路三点式振荡电路的连接规律如下：对于振荡器的交流通路，与三极管的发射极或者运放的同相输入端相连的 LC回路元件，
其电抗性质相同（同是电感或同为电容）；
与三极管的基极和集电极或者运放的反相输入端和输出端相连的元件，其电抗性质必相反（一个为电感，另一个为电容）。
可以证明，这样连接的三点式振荡电路一定满足振荡器的相位平衡条件。
（ 1） 电感三点式 LC振荡电路电感三点式振荡电路原理电路如图 7.8所示 。
图 7.8 电感三点式电路图
（ 2） 电容三点式 LC振荡电路电容三点式振荡电路原理如图 7.9所示，
由图可见，其电路构成与电感三点式振荡电路基本相同，不过正反馈选频网络由电容 C1,C2和电感 L构成，反馈信号 Uf取自电容 C2两端，故称为电容三点式振荡电路，
也称为电容反馈式振荡电路。
图 7.9 电容三点式电路图图 7.10所示为改进型电容三点式振荡电路。
图 7.10 改进型电容三点式电路分析三种 LC正弦波振荡电路能否正常工作的步骤可归纳如下：
（ 1） 检查电路是否具备正弦波振荡器的基本组成部分,即基本放大器和反馈网络,并且有选频环节 。
（ 2） 检查放大器的偏置电路,看静态工作点是否能确保放大器正常工作 。
（ 3）分析振荡器是否满足振幅平衡条件和相位平衡条件 (主要看是否满足相位平衡条件，即用瞬时极性法判别是否存在正反馈 ) 。
7.1.4 石英晶体振荡电路
1.石英晶体的基本特性和等效电路天然的石英是六菱形晶体,其化学成分是二氧化硅 (SiO2)。 石英晶体具有非常稳定的物理和化学性能 。 从一块石英晶体上按一定的方位角切割,得到的薄片称,晶片,。 晶片通常是矩形,
也有正方形 。 在晶片两个对应的表面用真空喷涂或用其他方法涂敷上一层银膜,在两层银膜上分别引出两个电极,再用金属壳或玻璃壳封装起来,
就构成了一个石英晶体谐振器 。 它是晶体振荡器的核心元件 。
晶体谐振器的代表符号如图 7.12（ a）
所示，它可用一个 LC串并联电路来等效，
如图 7.12（ b）所示。其中 C 0是晶片两表面涂敷银膜形成的电容,L和 C分别模拟晶片的质量 (代表惯性 )和弹性，晶片振动时因摩擦而造成的损耗用电阻 R来代表。
从图 7.12（ b）所示的等效电路可得到它的电抗与频率之间的关系曲线，称晶体谐振器的电抗频率特性曲线，如图 7.12（ c）
所示。
图 7.12 晶体谐振器的等效电路
2.石英晶体振荡电路用石英晶体构成的正弦波振荡电路的基本电路有两类：一类是石英晶体作为一个高 Q值的电感元件,和回路中的其他元件形成并联谐振,称为并联型晶体振荡电路；另一类是石英晶体作为一个正反馈通路元件,工作在串联谐振状态,称为串联型晶体振荡电路 。
图 7.13所示为一种并联晶体振荡电路。
图 7.13 并联晶体振荡电路图 7.14 串联晶体振荡电路
7.2 非正弦波信号振荡电路在自动化,电子,通信等领域中,经常需要进行性能测试和信息的传送等,这些都离不开一些非正弦信号 。 常见非正弦信号产生电路有方波,三角波,锯齿波产生电路等 。 本节将重点介绍方波产生电路和锯齿波产生电路的基本工作原理 。
1.方波产生电路用滞回比较器构成的方波产生电路如图 7.15 (a)所示 。 两个稳压管的作用是将输出电压钳位在某个特定的电压值,
它的指导思想是利用电容两端的电压作比较,来决定电容是充电还是放电 。 图中 R和 C为定时元件,构成积分电路 。 由于方波包含极丰富的谐波,因此方波产生电路又称为多谐振荡器 。
图
7.
15
方波产生电路还可利用压控方波产生电路来获取方波 。 通常将输出信号频率与输入控制电压成正比的波形产生电路称为压控振荡器,
它的应用也十分广泛 。 若用直流电压作为控制电压,压控振荡器可制成频率调节十分方便的信号源；若用正弦波电压作为控制电压,压控振荡器就成了调频波振荡器；
当振荡受锯齿波电压控制时,它就成了扫频振荡器 。
2.锯齿波产生电路积分电路可将方波变换为线性度很高的三角波，如图 7.16所示。
图 7.16 三角波发生电路通常积分器产生的三角波幅值随方波输入信号的频率变化 。 正是为了克服这一缺点,才将积分电路的输出送给迟滞比较器的输入,再将它输出的方波送给积分电路的输入,从而得到质量较高的三角波 。
锯齿波与三角波的区别是：三角波的上升和下降的斜率 （ 指绝对值 ） 相等,而锯齿波的上升和下降的斜率不相等 (通常相差很多 )。 锯齿波常用在示波器的扫描电路或数字电压表中 。
如果有意识地使 C的充电和放电时间常数造成显著的差别，则在电容两端的电压波形就是锯齿波。图 7.17是利用一个滞回比较器和一个反相积分器组成频率可调节的锯齿波发生电路。
图 7.17 频率和幅度均可调节的锯齿波发生电路
7.3 集成函数产生器 8038的功能及应用集成函数发生器 8038是一种多用途的波形发生器,可以用来产生正弦波,方波,
三角波和锯齿波,其振荡频率可通过外加的直流电压进行调节,所以是压控集成信号产生器 。
8038为塑封双列直插式集成电路，其管脚功能如图 7.18所示。
图 7.18 8038管脚中英文排列对照其内部电路结构如图 7.19所示 。 由图可见,外接电容 C的充,放电电流由两个电流源控制,所以电容 C两端电压 uC的变化与时间成线性关系,从而可以获得理想的三角波输出 。 另外,8038电路中含有正弦波变换器,故可以直接将三角波变成正弦波输出 。
图 7.19 8038内部电路结构利用 8038构成的函数发生器的实例如图 7.20所示。
图 7.20 频率可调、失真小的函数发生器
7.4 应 用 电 路 举 例图 7.21 (a)是接近开关的电路图,它的主要部分是由 VT1组成的 LC振荡器,其中
L1,L2,L3是绕在同一铁心上的三个耦合线圈图,如图 7.21 (b)所示 。
图 7.21 接近开关
7.1 正弦波信号振荡电路
7.2 非正弦波信号振荡电路
7.3 集成函数产生器 8038的功能及应用
7.4 应 用 电 路 举 例
7.1 正弦波信号振荡电路
7.1.1 正弦波信号振荡电路的基本概念
1.正弦波信号振荡电路的产生条件正弦波振荡电路是一个没有输入信号的带选频环节的正反馈放大电路。
图 7.1 正弦波信号振荡电路方框图
（ 1） 正弦波振荡的平衡条件作为一个稳态振荡电路,相位平衡条件和振幅平衡条件必须同时得到满足 。
（ 2） 正弦波振荡的起振条件
|AF|>1,,
2.正弦波信号振荡电路的组成一个正弦波振荡器主要由以下几个部分组成 。
（ 1） 放大电路
（ 2） 正反馈网络
（ 3） 选频网络
（ 4） 稳幅环节
3.正弦波信号振荡电路的分类根据选频网络构成元件的不同，可把正弦信号振荡电路分为如下几类：选频网络若由 RC元件组成，则称 RC振荡电路；
选频网络若由 LC元件组成，则称 LC振荡电路；选频网络若由石英晶体构成，则称为石英晶体振荡器
7.1.2 RC桥式正弦波振荡电路采用 RC选频网络构成的 RC振荡电路，
一般用于产生 1Hz～ 1MHz的低频信号。
1,RC串并联选频网络由相同的 RC元件组成的串并联选频网络如图 7.2所示。
图 7.3 RC串并联选频网络幅频特性和相频特性
2,RC桥式振荡电路的组成将 RC串并联选频网络和放大器结合起来即可构成 RC振荡电路,放大器件可采用集成运算放大器,也可采用分离元件构成 。 图
7.4(a)所示为由集成运算放大器构成的 RC
桥式振荡电路,图中 RC串并联选频网络接在运算放大器的输出端和同相输入端之间,
构成正反馈；
图 7.4 RC桥式振荡电路图
Rf和 R1接在运算放大器的输出端和反相输入端之间,构成负反馈 。 正反馈电路与负反馈电路构成一文氏电桥电路,如图 7.4(b)所示,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,形成四臂电桥 。 所以,
把这种振荡电路称为 RC桥式振荡电路 。
图 7.4 RC桥式振荡电路图
3,RC桥式振荡电路的振荡特性
（ 1） 相位平衡条件
（ 2） 振幅平衡条件
（ 3） 振荡频率
（ 4） 振荡的建立过程
（ 5） 稳幅过程
（ 6） RC桥式正弦波振荡电路中振荡频率的调节负反馈支路中采用热敏电阻后不但使
RC桥式振荡电路的起振容易,振幅波形改善,同时还具有很好的稳幅特性,所以,
实用 RC桥式振荡电路中热敏电阻的选择是很重要的 。 RC桥式正弦波振荡电路输出电压稳定,波形失真小,频率调节方便 。 因此,在低频标准信号发生器中都有它构成的振荡电路 。
7.1.3 LC正弦波振荡电路正弦振荡电路选频网络由 LC谐振元件组成,称 LC正弦波振荡电路 。 LC振荡电路产生频率高于 1MHz的高频正弦信号 。 根据反馈形式的不同,LC正弦波振荡电路可分为互感耦合式 (变压器反馈式 ),电感三点式,电容三点式等几种电路形式 。
1,LC并联谐振回路在选频放大器中，经常用到图 7.5所示的 LC并联谐振回路。
图 7.5 LC并联谐振回路图 7.6 LC并联谐振回路的谐振曲线
2,互感耦合式 ( 变 压 器 反 馈式 )LC正弦波振荡电路变压器反馈式 LC振荡电路原理图如图 7.7所示。
图 7.7 变压器反馈式 LC振荡电路
3.三点式 LC正弦波振荡电路三点式振荡电路的连接规律如下：对于振荡器的交流通路，与三极管的发射极或者运放的同相输入端相连的 LC回路元件，
其电抗性质相同（同是电感或同为电容）；
与三极管的基极和集电极或者运放的反相输入端和输出端相连的元件，其电抗性质必相反（一个为电感，另一个为电容）。
可以证明，这样连接的三点式振荡电路一定满足振荡器的相位平衡条件。
（ 1） 电感三点式 LC振荡电路电感三点式振荡电路原理电路如图 7.8所示 。
图 7.8 电感三点式电路图
（ 2） 电容三点式 LC振荡电路电容三点式振荡电路原理如图 7.9所示，
由图可见，其电路构成与电感三点式振荡电路基本相同，不过正反馈选频网络由电容 C1,C2和电感 L构成，反馈信号 Uf取自电容 C2两端，故称为电容三点式振荡电路，
也称为电容反馈式振荡电路。
图 7.9 电容三点式电路图图 7.10所示为改进型电容三点式振荡电路。
图 7.10 改进型电容三点式电路分析三种 LC正弦波振荡电路能否正常工作的步骤可归纳如下：
（ 1） 检查电路是否具备正弦波振荡器的基本组成部分,即基本放大器和反馈网络,并且有选频环节 。
（ 2） 检查放大器的偏置电路,看静态工作点是否能确保放大器正常工作 。
（ 3）分析振荡器是否满足振幅平衡条件和相位平衡条件 (主要看是否满足相位平衡条件，即用瞬时极性法判别是否存在正反馈 ) 。
7.1.4 石英晶体振荡电路
1.石英晶体的基本特性和等效电路天然的石英是六菱形晶体,其化学成分是二氧化硅 (SiO2)。 石英晶体具有非常稳定的物理和化学性能 。 从一块石英晶体上按一定的方位角切割,得到的薄片称,晶片,。 晶片通常是矩形,
也有正方形 。 在晶片两个对应的表面用真空喷涂或用其他方法涂敷上一层银膜,在两层银膜上分别引出两个电极,再用金属壳或玻璃壳封装起来,
就构成了一个石英晶体谐振器 。 它是晶体振荡器的核心元件 。
晶体谐振器的代表符号如图 7.12（ a）
所示，它可用一个 LC串并联电路来等效，
如图 7.12（ b）所示。其中 C 0是晶片两表面涂敷银膜形成的电容,L和 C分别模拟晶片的质量 (代表惯性 )和弹性，晶片振动时因摩擦而造成的损耗用电阻 R来代表。
从图 7.12（ b）所示的等效电路可得到它的电抗与频率之间的关系曲线，称晶体谐振器的电抗频率特性曲线，如图 7.12（ c）
所示。
图 7.12 晶体谐振器的等效电路
2.石英晶体振荡电路用石英晶体构成的正弦波振荡电路的基本电路有两类：一类是石英晶体作为一个高 Q值的电感元件,和回路中的其他元件形成并联谐振,称为并联型晶体振荡电路；另一类是石英晶体作为一个正反馈通路元件,工作在串联谐振状态,称为串联型晶体振荡电路 。
图 7.13所示为一种并联晶体振荡电路。
图 7.13 并联晶体振荡电路图 7.14 串联晶体振荡电路
7.2 非正弦波信号振荡电路在自动化,电子,通信等领域中,经常需要进行性能测试和信息的传送等,这些都离不开一些非正弦信号 。 常见非正弦信号产生电路有方波,三角波,锯齿波产生电路等 。 本节将重点介绍方波产生电路和锯齿波产生电路的基本工作原理 。
1.方波产生电路用滞回比较器构成的方波产生电路如图 7.15 (a)所示 。 两个稳压管的作用是将输出电压钳位在某个特定的电压值,
它的指导思想是利用电容两端的电压作比较,来决定电容是充电还是放电 。 图中 R和 C为定时元件,构成积分电路 。 由于方波包含极丰富的谐波,因此方波产生电路又称为多谐振荡器 。
图
7.
15
方波产生电路还可利用压控方波产生电路来获取方波 。 通常将输出信号频率与输入控制电压成正比的波形产生电路称为压控振荡器,
它的应用也十分广泛 。 若用直流电压作为控制电压,压控振荡器可制成频率调节十分方便的信号源；若用正弦波电压作为控制电压,压控振荡器就成了调频波振荡器；
当振荡受锯齿波电压控制时,它就成了扫频振荡器 。
2.锯齿波产生电路积分电路可将方波变换为线性度很高的三角波，如图 7.16所示。
图 7.16 三角波发生电路通常积分器产生的三角波幅值随方波输入信号的频率变化 。 正是为了克服这一缺点,才将积分电路的输出送给迟滞比较器的输入,再将它输出的方波送给积分电路的输入,从而得到质量较高的三角波 。
锯齿波与三角波的区别是：三角波的上升和下降的斜率 （ 指绝对值 ） 相等,而锯齿波的上升和下降的斜率不相等 (通常相差很多 )。 锯齿波常用在示波器的扫描电路或数字电压表中 。
如果有意识地使 C的充电和放电时间常数造成显著的差别，则在电容两端的电压波形就是锯齿波。图 7.17是利用一个滞回比较器和一个反相积分器组成频率可调节的锯齿波发生电路。
图 7.17 频率和幅度均可调节的锯齿波发生电路
7.3 集成函数产生器 8038的功能及应用集成函数发生器 8038是一种多用途的波形发生器,可以用来产生正弦波,方波,
三角波和锯齿波,其振荡频率可通过外加的直流电压进行调节,所以是压控集成信号产生器 。
8038为塑封双列直插式集成电路，其管脚功能如图 7.18所示。
图 7.18 8038管脚中英文排列对照其内部电路结构如图 7.19所示 。 由图可见,外接电容 C的充,放电电流由两个电流源控制,所以电容 C两端电压 uC的变化与时间成线性关系,从而可以获得理想的三角波输出 。 另外,8038电路中含有正弦波变换器,故可以直接将三角波变成正弦波输出 。
图 7.19 8038内部电路结构利用 8038构成的函数发生器的实例如图 7.20所示。
图 7.20 频率可调、失真小的函数发生器
7.4 应 用 电 路 举 例图 7.21 (a)是接近开关的电路图,它的主要部分是由 VT1组成的 LC振荡器,其中
L1,L2,L3是绕在同一铁心上的三个耦合线圈图,如图 7.21 (b)所示 。
图 7.21 接近开关
