[指南]正弦波、方波、三角波发生电路

[指南]正弦波、方波、三角波发生电路

一、设计目的及要求:

1.1、设计目的:

(1).掌握波形产生电路的设计、组装和调试的方法; (2).熟悉集成电路:集成运算放大器LM324，并掌握其工作原理。 1.2、设计要求:

(1)设计波形产生电路。

(2)信号频率范围:100Hz——1000Hz。

(3)信号波形:正弦波。

二、实验方案:

方案一:

为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路的组成:放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅电路。

产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。

(a)负反馈放大电路 (b)正反馈振荡电路

图1 振荡器的方框图

比较图1(a) 和 (b)就可以明显地看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别了。由于

，，，,振荡电路的输入信号=0，所以=。由于正、负号的改变，正反馈的放大倍数为:XXXiif

，.A，，，式中是放大电路的放大倍数，F是反馈网络的放大倍数。A,Af，，1,AF

..

振荡条件: AF,1

..

幅度平衡条件:,,=1 AF

相位平衡条件:,= ,+,= ,2n, AF AF

..

振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求|AF|,1

..

这称为起振条件。既然，起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管大信号运用时|AF|,1

的非线性特性去限制幅度的增加，这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用，选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。也可以在

反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益，从而达到稳幅的目的。

方案二:

电压比较器RC充放电反馈回路

占空比可调积分电路

矩形波锯齿波方波

积

分低频滤波电正弦波路三角波

比例放大电路，得到需要幅值;峰峰

值的信号波

图2方波、三角波、正弦波、锯齿波信号发生器的原理框图

该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。然后经过积分电路产生三角波，通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波，还可得到额外的矩形波。三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。然后将各种信号通过比例放大电路得到需要幅值;峰峰值的信号波该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件要求不高，且成本低廉、调整方便。

为更好理解两种电路的结构及原理，本文采用方案一产生正弦波，方案二产生方波和三角波。

三、设计步骤:

3.1、RC正弦波振荡电路

RC串并联网络的电路如图3所示。RC串联臂的阻抗用Z表示，RC并联臂的1

图3 RC串并联网络

阻抗用Z表示。其频率响应如下 2

R2,,Z,R，(1/jC)Z,R//(1/jC), 1112221，j,RC22

.,.VZR/(1，jRC)f2222F ,,,,,.Z，ZR，(1/jC)+[R/(1，jRC)]1211222Vo R2,,,[R，(1/jC)](1，jRC)，R11222

R2 ,,,R，(1/jC)+jRRC，RC/C，R111222212

1,RC112,(1，，)，j(,)RC12RC,RC2121

谐振频率为

1 f= 02πRRCC1212

当R= R，C= C时，谐振角频率和谐振频率分别为: 1 21 2

11 ， f,,,00RC2,RC

幅频特性

.11 F,,,,RC12222120,RC(1，，)，(,)3，(,)12RCRC,,,21210相频特性

,,10,,RC,12,,,RC021 arctgarctg ,,,,,FRC3121，，RC21

.1当f=f时的反馈系数F, ，且与频率f的大小无关，此时的相角 ,=0:。即调节00F3

谐振频率不会影响反馈系数和相角，在调节频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。

3.2、基本文氏桥振荡电路

RC文氏桥振荡器的电路如图4所示，RC串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R负反馈网络。 4

图4 RC文氏桥振荡器

CR和CR正反馈支路与RR负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。当C、、、1122341 =C、R=R时 21 2

..V1fF,, .3Vo

,=0: F

1 f= 02πRC

..

为满足振荡的幅度条件 ,AF,=1，所以A?3。加入RR支路，构成串联电压负反馈f34

R3 A,1，,3fR4

由于,3。这时正反馈超过了负反馈，说明频率为的扰动会被再生的放大，导致f0Af

整个电路进入一个幅度不断增长的振荡过程中。此时电路是不稳定的。

如下图所示