电子线路分析与应用-梁玉国王平课件学习情境三：信号发生器的设计

情境三：信号发生器的设计明确任务：（1）认识正弦振荡器

（2）非正弦信号产生电路

（3）制作调试测试正弦振荡器

资讯基础知识1、正弦波振荡电路的工作原理及结构

（1）

自激振荡的条件

从结构上来看，正弦波振荡电路是一个没有输入信号带选频网络的正反馈放大器。

(a)正反馈放大器

图3-1自激振荡原理框图幅度平衡条件是指放大器的放大倍数与反馈网络的反馈系数的乘积的模等于1。即

相位平衡条件是指放大器的相移与反馈网络的相移之和为的偶数倍。即1）幅度平衡条件2）相位平衡条件（2）正弦波振荡电路的组成

正弦振荡电路的组成应有4个部分：放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅环节，如图3-2所示。

图3-2正弦波振荡器原理框图2、RC正弦波振荡电路（1）电路原理图图3-3RC桥式振荡原理图(2)RC串并联网络的频率特性幅频特性：相频特性：图3-4RC串并联网络的频率特性曲线a）幅频特性b）相频特性（3）起振条件与振荡频率起振条件：

振荡频率：（4）稳幅措施图3-5正弦波振荡电路起振、稳幅过程3.LC正弦波振荡电路（1）LC并联谐振回路的频率特性图3-6LC并联谐振回路幅频特性：相频特性：（2)变压器反馈式LC正弦波振荡电路1）电路组成：图3-7变压器反馈式LC正弦波振荡电路组成图2）振荡条件：

相位条件:幅度条件:

3）

振荡电路特点

（a）易起振,输出电压较大。

（b）调频方便。

（c）输出波形不理想。为了满足相位平衡条件,变压器初次级之间的同名端必须正确连接。

（3）电感三点式LC正弦振荡电路1)

电路组成图3-8电感三点式LC正弦振荡电路2)

振荡条件

相位条件:幅度条件:正反馈

3）振荡电路特点

①容易起振；

②频率调节方便且范围较宽（可采用可变电容调节）；

③调节频率不影响反馈系数；

④对高次谐波不能很好的消除，其输出波形容易含有高次谐波，波形较差；（4）电容三点式LC正弦振荡电路1)

电路组成图3-9电容三点式LC正弦振荡电路2）振荡条件：

相位条件:幅度条件:

3）

振荡电路特点正反馈

①可将高次谐波滤除，因此输出波形好；②调频范围窄，调节不方便；③工作频率范围可从数百千赫到一百兆赫以上。（5）石英晶体振荡电路1)

振荡电路频率稳定问题图3-10石英晶体振荡电路结构图在要求频率稳定度较高的场合，常采用石英晶体谐振电路，频率稳定度一般在，甚至可以达到因此石英晶体振荡电路得到了广泛的应用。2）石英晶体的基本特性和等效电路图3-11电路符号、等效电路及石英晶体电抗特性曲线

3）石英晶体正弦振荡电路图3-12石英晶体正弦振荡电路a)并联型晶体振荡电路b)串联型晶体振荡电路（1)

方波信号发生电路图3-13方波信号发生电路4.非正弦信号产生电路图3-14三角波和锯齿波信号发生电路4.非正弦信号产生电路（2）三角波和锯齿波信号发生电路uOR1CR5R4DZ8A1u+R38A2uO1R2R6unuOR1CR5R4DZD18A1u+D2R38A2uO1R2Rp

RP’

RP’’（a）三角波信号发生电路（b）锯齿波信号发生电路4.非正弦信号产生电路（3）集成信号发生器①集成函数发生器MAX038图2MAX038引脚图

MAX038图3-15集成函数发生器MAX038图3-16MAX038芯片的典型应用电路4.非正弦信号产生电路②MAX038芯片的典型应用电路

③555集成信号发生器4.非正弦信号产生电路555定时器电路是一种中规模集成定时器，目前应用十分广泛。通常只需外接几个阻容元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。555定时电路有TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。5.RC桥式正弦波振荡器电路图计划：分小组进行任务讨论，给出方案设计与论证理论分析及计算确定整体设计思路自己确定是否可行。要求要有自己独创性的思路，避免千篇一律。

决策：分组讨论，对各小组学习分析结果进行综合评价及指导，确定是否合理可行，应如何改进。

参考实施方案：1、方案设计与论证确定整体设计电路

2、理论分析及计算确定电路中的元件参数。（1）根据振荡器的频率，计算RC乘积的值。

（2）确定R、C的值（3）确定R3和Rf(在图1中Rf=R4+Rw+rd//R5)的值。

（4）确定稳幅电路及其元件值

（5）R5与R2的确定

（6）选择运放的型号（7）安装与调试

3、安装、测试、调试

4、介绍测试仪器及测量方法且测试数据进行结果分析

5、完成报告3、分组讨论

4、知识拓展

采用MAX038制作的函数信号发生器（1）1MAX038的性能简介

各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。函数信号发生器可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了上述芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。其内部电路框图如图1所示。图1内部电路框图MAX038的性能特点：1）能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波信号。2）频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V（P－P）。3）占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是10％～90％。4）波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比调节时非线性度低于2％。5）采用±5V双电源供电，允许有5％变化范围，电源电流为80mA，典型功耗400mW，工作温度范围为0～70℃。6）内设2.5V电压基准，可