電子線路分析與應(yīng)用-梁玉國(guó)王平課件學(xué)習(xí)情境三：信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

情境三：信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)明確任務(wù)：（1）認(rèn)識(shí)正弦振蕩器

（2）非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路

（3）制作調(diào)試測(cè)試正弦振蕩器

資訊基礎(chǔ)知識(shí)1、正弦波振蕩電路的工作原理及結(jié)構(gòu)

（1）

自激振蕩的條件

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，正弦波振蕩電路是一個(gè)沒(méi)有輸入信號(hào)帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大器。

(a)正反饋放大器

圖3-1自激振蕩原理框圖幅度平衡條件是指放大器的放大倍數(shù)與反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)的乘積的模等于1。即

相位平衡條件是指放大器的相移與反饋網(wǎng)絡(luò)的相移之和為的偶數(shù)倍。即1）幅度平衡條件2）相位平衡條件（2）正弦波振蕩電路的組成

正弦振蕩電路的組成應(yīng)有4個(gè)部分：放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，如圖3-2所示。

圖3-2正弦波振蕩器原理框圖2、RC正弦波振蕩電路（1）電路原理圖圖3-3RC橋式振蕩原理圖(2)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性幅頻特性：相頻特性：圖3-4RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線a）幅頻特性b）相頻特性（3）起振條件與振蕩頻率起振條件：

振蕩頻率：（4）穩(wěn)幅措施圖3-5正弦波振蕩電路起振、穩(wěn)幅過(guò)程3.LC正弦波振蕩電路（1）LC并聯(lián)諧振回路的頻率特性圖3-6LC并聯(lián)諧振回路幅頻特性：相頻特性：（2)變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路1）電路組成：圖3-7變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路組成圖2）振蕩條件：

相位條件:幅度條件:

3）

振蕩電路特點(diǎn)

（a）易起振,輸出電壓較大。

（b）調(diào)頻方便。

（c）輸出波形不理想。為了滿足相位平衡條件,變壓器初次級(jí)之間的同名端必須正確連接。

（3）電感三點(diǎn)式LC正弦振蕩電路1)

電路組成圖3-8電感三點(diǎn)式LC正弦振蕩電路2)

振蕩條件

相位條件:幅度條件:正反饋

3）振蕩電路特點(diǎn)

①容易起振；

②頻率調(diào)節(jié)方便且范圍較寬（可采用可變電容調(diào)節(jié)）；

③調(diào)節(jié)頻率不影響反饋系數(shù)；

④對(duì)高次諧波不能很好的消除，其輸出波形容易含有高次諧波，波形較差；（4）電容三點(diǎn)式LC正弦振蕩電路1)

電路組成圖3-9電容三點(diǎn)式LC正弦振蕩電路2）振蕩條件：

相位條件:幅度條件:

3）

振蕩電路特點(diǎn)正反饋

①可將高次諧波濾除，因此輸出波形好；②調(diào)頻范圍窄，調(diào)節(jié)不方便；③工作頻率范圍可從數(shù)百千赫到一百兆赫以上。（5）石英晶體振蕩電路1)

振蕩電路頻率穩(wěn)定問(wèn)題圖3-10石英晶體振蕩電路結(jié)構(gòu)圖在要求頻率穩(wěn)定度較高的場(chǎng)合，常采用石英晶體諧振電路，頻率穩(wěn)定度一般在，甚至可以達(dá)到因此石英晶體振蕩電路得到了廣泛的應(yīng)用。2）石英晶體的基本特性和等效電路圖3-11電路符號(hào)、等效電路及石英晶體電抗特性曲線

3）石英晶體正弦振蕩電路圖3-12石英晶體正弦振蕩電路a)并聯(lián)型晶體振蕩電路b)串聯(lián)型晶體振蕩電路（1)

方波信號(hào)發(fā)生電路圖3-13方波信號(hào)發(fā)生電路4.非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路圖3-14三角波和鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路4.非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路（2）三角波和鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路uOR1CR5R4DZ8A1u+R38A2uO1R2R6unuOR1CR5R4DZD18A1u+D2R38A2uO1R2Rp

RP’

RP’’（a）三角波信號(hào)發(fā)生電路（b）鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路4.非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路（3）集成信號(hào)發(fā)生器①集成函數(shù)發(fā)生器MAX038圖2MAX038引腳圖

MAX038圖3-15集成函數(shù)發(fā)生器MAX038圖3-16MAX038芯片的典型應(yīng)用電路4.非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路②MAX038芯片的典型應(yīng)用電路

③555集成信號(hào)發(fā)生器4.非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路555定時(shí)器電路是一種中規(guī)模集成定時(shí)器，目前應(yīng)用十分廣泛。通常只需外接幾個(gè)阻容元件,就可以構(gòu)成各種不同用途的脈沖電路,如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及施密特觸發(fā)器等。555定時(shí)電路有TTL集成定時(shí)電路和CMOS集成定時(shí)電路,它們的邏輯功能與外引線排列都完全相同。雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為7555。5.RC橋式正弦波振蕩器電路圖計(jì)劃：分小組進(jìn)行任務(wù)討論，給出方案設(shè)計(jì)與論證理論分析及計(jì)算確定整體設(shè)計(jì)思路自己確定是否可行。要求要有自己獨(dú)創(chuàng)性的思路，避免千篇一律。

決策：分組討論，對(duì)各小組學(xué)習(xí)分析結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)及指導(dǎo)，確定是否合理可行，應(yīng)如何改進(jìn)。

參考實(shí)施方案：1、方案設(shè)計(jì)與論證確定整體設(shè)計(jì)電路

2、理論分析及計(jì)算確定電路中的元件參數(shù)。（1）根據(jù)振蕩器的頻率，計(jì)算RC乘積的值。

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

（4）確定穩(wěn)幅電路及其元件值

（5）R5與R2的確定

（6）選擇運(yùn)放的型號(hào)（7）安裝與調(diào)試

3、安裝、測(cè)試、調(diào)試

4、介紹測(cè)試儀器及測(cè)量方法且測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果分析

5、完成報(bào)告3、分組討論

4、知識(shí)拓展

采用MAX038制作的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（1）1MAX038的性能簡(jiǎn)介

各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可以由晶體管、運(yùn)放IC等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無(wú)法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào)，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者互相影響。鑒于此，美國(guó)馬克西姆公司開(kāi)發(fā)了新一代函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICMAX038，它克服了上述芯片的缺點(diǎn)，可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)，是上述芯片望塵莫及的。MAX038頻率高、精度好，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC。在鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，MAX038都是優(yōu)選的器件。其內(nèi)部電路框圖如圖1所示。圖1內(nèi)部電路框圖MAX038的性能特點(diǎn)：1）能精密地產(chǎn)生三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波信號(hào)。2）頻率范圍從0.1Hz～20MHz，最高可達(dá)40MHz，各種波形的輸出幅度均為2V（P－P）。3）占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，二者互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍是10％～90％。4）波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比調(diào)節(jié)時(shí)非線性度低于2％。5）采用±5V雙電源供電，允許有5％變化范圍，電源電流為80mA，典型功耗400mW，工作溫度范圍為0～70℃。6）內(nèi)設(shè)2.5V電壓基準(zhǔn)，可