模塊2 3正弦波三角變換電路設(shè)計(jì)與制作

項(xiàng)目二：信號(hào)運(yùn)算與處理電路模塊2.3

正弦波、方波、三角波變換電路的設(shè)計(jì)與制作信號(hào)發(fā)生器又稱為振蕩器，是一種能自動(dòng)（不需要輸入信號(hào)）產(chǎn)生各種周期性信號(hào)的電路裝置。信號(hào)發(fā)生器正弦波振蕩電路非正弦波振蕩電路RC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路石英晶體振蕩電路方波振蕩電路三角波振蕩電路鋸齒波振蕩電路1.方波發(fā)生器讀一讀——非正弦信號(hào)發(fā)生器它是在遲滯比較器的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)Rf，C組成的積分電路所構(gòu)成，其中的Rf，C支路由輸出引入到反相輸入端，實(shí)際上起到了負(fù)反饋并具有延遲作用。通過(guò)Rf、C充放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。電阻R3防止集成運(yùn)放輸出端短路，電阻Rf和電容C構(gòu)成電容C的充放電回路，電阻R1、R2構(gòu)成集成運(yùn)放同相端參考電壓電路。假設(shè)電容在接通電源前不帶電，接通電源時(shí)電路的輸出為UZ，則ZR1

+

R2R2PUu

=-tu

=

u

(t)

=U

(1-

eC

Rf

)N

c

Z1.方波發(fā)生器讀一讀——非正弦信號(hào)發(fā)生器當(dāng)uN達(dá)到uP時(shí)（t1），uo跳變?yōu)?UZ，并且ZR1

+

R2R2PUu

=

-1.方波發(fā)生器讀一讀——非正弦信號(hào)發(fā)生器)12R2RfT

=

2R

C

ln(1+1.方波發(fā)生器讀一讀——非正弦信號(hào)發(fā)生器矩形波發(fā)生器當(dāng)電容C充、放電時(shí)間不一樣，輸出便產(chǎn)生矩形波1.方波發(fā)生器讀一讀——非正弦信號(hào)發(fā)生器方波發(fā)生器反向積分器2.三角波發(fā)生器讀一讀——非正弦信號(hào)發(fā)生器小結(jié)方波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及工作原理方波發(fā)生器的測(cè)試三角波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及工作原理三角波發(fā)生器的測(cè)試1.振蕩電路的振蕩條件讀一讀——正弦信號(hào)發(fā)生器=

X

aja

+j

f

=

2np,(n

=

0,1,2,

)A

F

=

AF

=1F—

j

f

=1A

F

=

A—

jaA

=

A—

ja

,

F

=

F—

j

fAF

=1

a

a

0X

fX

0X

=

X

X

=1X

fX

f由于有或設(shè)則即振幅平衡條件:?

?AF

=

AF

=1j

a

+

j

f

=

2np(n＝0,1,2,…)相位平衡條件:正弦波振蕩電路一般由放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路四部分組成。放大電路：保證電路能夠有從起振到平衡的過(guò)程，使電路獲得一定幅度的輸出，實(shí)現(xiàn)能量的控制正反饋網(wǎng)絡(luò)：使放大電路的輸入信號(hào)等于反饋信號(hào)選頻網(wǎng)絡(luò)：使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩穩(wěn)幅電路：使輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定正弦波振蕩電路RC正弦波振蕩電路

LC正弦波振蕩電路石英晶體振蕩電路1Hz—1MHz>1MHz頻率穩(wěn)定RC正弦波振蕩電路U

f

=

U

iZ1、Z2和R1、Rf正好形成一個(gè)四臂電橋Uo集成運(yùn)放和電阻R1、Rf所組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路

選頻網(wǎng)絡(luò)由Z1、Z2組成，同時(shí)兼作正反饋網(wǎng)絡(luò)。1

=

1+

jwCRjwC

jwC1Z

=

R

+11+

jwCRRjwCR

+R=

jwC

=Z12

jwCR

Z2

jwCR

=(1-w

2

R2C

2

)

+

3

jwCR=1+

3

jwCR

+(

jwCR)2U

f210u

=

U

=

Z

+

ZF3(

w

-

w

0

)w

0

wj

f

=

-arctan0

)2w

ww

0

w1-32

+(uF

=1w

0

ww

w

0-

)3

+

j(uF

=RC1令

w

0

=oUifU=

U則2.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性j

f

=

03=

1u

maxF2pRC10f

=

f

=RC10w

=

w

=2.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性當(dāng)或幅頻響應(yīng)的幅值為最大：相頻響應(yīng)的相位角為零：3(

w

-

w

0

)w

0

wj

f

=

-arctan0

)2w

ww

0

w1-32

+(uF

=2.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性a）幅頻響應(yīng)b）相頻響應(yīng)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)3.振蕩的建立與穩(wěn)定由圖可知，經(jīng)RC選頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭\(yùn)放同相端的電壓與輸出電壓同相，即有jf=0和ja+jf=2np。這樣，放大電路和由Z1、Z2組成的反饋網(wǎng)絡(luò)剛好形成正反饋系統(tǒng)，可以滿足相位平衡條件，因而有可能振蕩。oUifU=

U4．振蕩頻率與振蕩波形適當(dāng)調(diào)整負(fù)反饋的強(qiáng)弱，使Au的值略大于3時(shí)，其輸出波形為正弦波。若Au的值遠(yuǎn)大于3，則因振幅的增加，致使放大器件工作在非線性區(qū)域，波形將產(chǎn)生非線性失真。RC10只有當(dāng)w

=w

=，才滿足相位平衡條件LC正弦波振蕩電路LC振蕩電路主要用來(lái)產(chǎn)生高頻正弦波信號(hào)，一般在1MHz以上。LC和RC振蕩電路產(chǎn)生正弦振蕩的原理基本相同，它們?cè)陔娐方M成方面的主要區(qū)別是，RC振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)由電阻和電容組成，而LC振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)則由電感和電容組成。1．LC選頻放大電路（