《电子应用技术项目教程（第4版）》课件 项目5信号发生器的制作

信号发生器的制作目录学习目标工作任务知识链接知识小结学习目标1.会识别和测试相关电子元器件的质量好坏。2.能完成音频信号发生器的制作。知识目标能力目标了解振荡与自激振荡的概念、产生振荡的条件;掌握各种振荡电路的结构、工作原理、频率计算;掌握振荡电路的应用。返回素质目标1.培养工作责任心与职业道德。2.培养语言表达、沟通协调能力。工作任务图5.1音频信号发生器的电路原理图（1）增强专业意识,培养良好的职业道德和职业习惯。

（2）熟悉音频信号发生器的电路结构,理解其工作原理。

（3）能正确安装音频信号发生器

（4）掌握音频信号发生器的频率调节与测试方法。1.实训目标

（1）各小组制订工作计划。（2）认识并掌握文氏电桥振荡电路原理图,明确元器件连接和电路连线。（3）画出装配图。（4）完成电路所需元器件的检测。（5）根据装配图制作文氏电桥振荡电路。（6）完成电路功能检测和故障排除。（7）通过小组讨论,完成电路的详细分析并撰写任务工单。2.任务要求本电路是一个文氏电桥振荡电路,又叫作RC桥式正弦波振荡电路,由一个同相比例放大器和RC选频网络组成,由于放大器的输出电压与输入电压同相,RC选频网络对反馈信号相移为零,且输出电压最大,故反馈信号能满足振荡的相位条件。只要放大倍数满足振幅条件,就能产生音频振荡信号。3.实训电路与说明4.实训设备与元器件

（1）实训设备：通用面包板1块、双踪示波器1台、晶体管毫伏表1台、万用表1块、频率计1台、直流稳压电源1台。（2）元器件需求明细表。5.安装与调试

安装(1)识别与检测元器件,并查阅资料画出LM358的引脚排列示意图。(2)根据图5.1绘制文氏电桥振荡电路的装配图。(3)按装配图进行电路装接,其中电位器RP′置最大。调试(1)接通电源,调小RP′直至振荡波形uo1、uo2不失真。将uo1、uo2测量的数据记入下表。若电路有故障,则进行排除并记录。(2)在RC选频网络中的电阻两端各并联10kΩ电阻,进行频率调节,并测量完成下表的填写。(3)在RC选频网络中的电容两端各并联0.1μF电容,进行频率调节,并测量完成下表的填写。6.评价反馈

评分表(与项目1任务工单的评分表一样)。5.1.1正弦波振荡电路的基本概念1.正弦波振荡电路的组成从放大器的输出端取出部分或全部输出信号,以一定的方式返送到输入端的过程,称为反馈。若该反馈能加强输入信号,则称为正反馈。5.1正弦波振荡电路知识链接图5.2

正弦波振荡电路的框图2.正弦波振荡电路的自激振荡条件各类振荡电路的共同特点是在没有外来信号的条件下,能输出一定频率、一定幅度和特定波形的电信号。自激振荡的形成必须满足以下两个条件3.自激振荡的建立和稳定(1)起振。振荡电路在接通电源开始工作的瞬间,电路中并没有外加输入信号。但是因为电路突然导通,振荡电路中总会存在各种电的扰动(如接通电源瞬间的电流突变、内部噪声等),这些扰动中包含频率由零到无穷大的各种微弱交流信号。(2)稳定。当振荡的幅度达到一定值后,由于放大器本身的非线性,随着幅度的增加,放大器的电压放大倍数下降,振幅的增长受到限制而使振荡的幅度自动稳定下来。4.正弦波振荡电路的分类为了保证振荡电路产生单一的正弦波,电路中必须包含选频网络,根据选频网络元件的不同,可以将振荡电路分为RC振荡电路、LC振荡电路和石英晶体振荡电路。要产生频率低于1MHz的正弦波信号,一般采用RC振荡电路(又称RC桥式振荡电路),其电路原理图如图5.3所示,它由一个同相比例放大器和RC串并联反馈网络兼选频网络组成。5.1.2

RC振荡电路图5.3

RC振荡电路原理图1.RC串并联选频网络的选频特性图5.4

RC串并联选频网络R1=R2=R和C1=C2=C传输系数达到最大值当RC串并联选频网络中传输信号的角频率为图5.5

RC串并联选频网络的频率特性

LC振荡电路通常用于产生高频(>1MHz)正弦信号。LC振荡电路与RC振荡电路的组成原则基本相同,只是选频网络采用可调谐的LC回路。LC回路在谐振频率f0下能提供较大的增益,而其余频率的信号则被大大衰减。通过一个正反馈,整个振荡电路在LC回路谐振频率处形成一个可持续的振荡。采用LC并联谐振回路的LC振荡电路通常有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式三种。5.1.3

LC振荡电路1.变压器反馈式振荡电路(1)电路组成。图5.6

变压器反馈式振荡电路(2)振荡条件及振荡频率。集电极输出信号与基极的相位差为180°,通过变压器的适当连接,L2两端的反馈交流电压产生180°相移,即可满足振荡的相位条件。自激振荡的频率基本上由LC并联回路决定。即(3)电路特点。变压器反馈式振荡电路的特点是电路结构简单,容易起振,改变电容大小可方便地调节振荡频率。在应用时要特别注意Lf的极性,否则没有正反馈,无法振荡。2.电感三点式振荡电路优点：电路简单、易起振(L间耦合紧密)、易调节(C可调)。缺点：输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。图5.7

电感三点式振荡电路3.电容三点式振荡电路图5.8

电容三点式振荡电路优点：波形好。缺点：三极管极间电容影响振荡频率。同时改变Cl和C2,很不方便。因此,通常与线圈L再串联一个较小的可变电容来调节振荡频率。由于Cl和C2的容量可以选得较小,所以电容三点式振荡电路的振荡频率较高,可达100MHz以上,输出波形也较好,但频率调节不方便,调节范围较小,因此常用于要求调频范围不宽的高频振荡电路。在对频率稳定度要求较高的场合,一般LC振荡电路已不能满足要求,这时可采用石英晶体振荡电路。石英谐振器简称晶振,是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。石英晶体片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动,当交变电场的频率与石英晶体片的固有频率相同时,振动便变得很强烈,这就是晶体谐振。5.1.4石英晶体振荡电路符号石英晶体谐振器1.并联型石英晶体振荡电路2.串联型石英晶体振荡电路一种实用的石英晶体振荡电路(皮尔斯晶体振荡电路)如图5.11所示，调节C3可以微调输出频率,使振荡器的信号频率更为准确。图5.11

皮尔斯晶体振荡电路在电子设备中,有时要用到一些非正弦波信号。例如,在数字电路中经常用到上升沿和下降沿都很陡峭的方波和矩形波;在电视扫描电路中要用到锯齿波等,我们把除正弦波之外的波形统称为非正弦波。本节主要介绍方波、三角波、锯齿波信号产生电路的基本形式和工作原理,非正弦波振荡电路通常由迟滞电压比较器和RC充放电电路组成,工作过程一张一弛,所以又将这些电路称为张弛振荡电路。5.2非正弦波振荡电路知识链接1.电路组成方波信号发生器又称多谐振荡器,常用在脉冲和数字系统中作为信号源。图5.12(a)所示为方波信号发生器的基本电路,它是在滞回比较器的基础上,增加一条RC充放电负反馈支路构成的。它工作于比较器状态,Rf和C构成负反馈回路,R1、R2构成正反馈回路,电路的输出电压由集成运放的同相输入端电压UP与反相输入端电压UN比较决定。5.2.1方波信号发生器2.电路工作原理假设电容的初始电压为0,因而UN=0;电源刚接通时,由于电路中的电流由零突然增大,产生了电冲击,在同相输入端获得一个最初的输入电压。因为电路中有强烈的正反馈回路,使输出电压迅速升到最大值+UZ。图5.12

方波信号发生器1.电路组成5.2.2三角波信号发生器图5.13

方波-三角波信号发生器2．电路工作原理在电路接通电源的瞬间，设Al的同相输入端电压uP为负值，则uo1=

UZ，电容C被反向充电，积分器A2的输出电压uo2以从零开始线性上升。经R2反馈后，A1的同相输入端电压uP由负值渐渐上升。当uo2达到某值正好使up由负值升到稍大于零时，过零电压比较器A1输出翻转，使uo1迅速跳变到+UZ。此时uP的值可由下式求出：上式表明，当uo2上升到UZ时，电压比较器A1发生翻转，uo1由

UZ变成+UZ。当然，此时uP的值也随之突变为正值。uo1变成正值(+UZ)后，积分器的输出电压uo2开始线性下降，A1同相端的电压uP也逐渐下降。当uo2降至正好使uP由正值降至稍小于零时，电压比较器A1又发生翻转，uo2迅速由+UZ跳变成

UZ。电压比较器再次翻转到

UZ时的uP值为：电路的工作波形如图5.13（b）所示。在A1的输出端可以得到方波，在A2的输出端可以得到三角波。方波的幅值为UZ，三角波的幅值为。可得方波和三角波信号的周期为：如果三角波是不对称的,即上升时间不等于下降时间,则为锯齿波。图5.14(a)为锯齿波信号发生器的电路图,图中A2构成的积分器有两条积分支路:VD1→R3→C与VD2→R4→C。当uo1的输出为正电压时,电容C通过二极管VD1及电阻R3正向充电,当uo1的输出为负电压时,电容C通过VD2及R4反向充电。如果R3<R4,则三角波的下降时间小于上升时间,形成锯齿波。图5.14(b)为矩形波-锯齿波信号发生器的波形图。如果R3>R4,则锯齿波的形状与图5.14(b)相反,uo1矩形波的占空比大于50%。5.2.3锯齿波信号发生器图5.14

锯齿波信号发生器ICL8038是一种集波形