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波形产生与变换电路 一、正弦波发生电路 正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。 一、产生正弦波的条件 1. 正弦波发生电路的组成 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： ①放大电路 ②正反馈网络 ③选频网络 ④稳幅电路 2.产生正弦波的条件 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。 比较图(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 所以 由于正、负号的改 3. 起振条件和稳幅原理 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 这称为起振条件。 既然公式起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管大信号运用时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。这在下面具体的振荡电路中加以介绍。 RC正弦波振荡电路RC串并联网络的电路如图所示。 RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其频率响应如下: 谐振频率为:
当R1 = R2，C1 = C2时，谐振角频率和谐振频率分别为:
幅频特性:
相频特性:
当 f=f0 时的反馈系数
且与频率f0的大小无关。此时的相角
即改变频率不会影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。 有关曲线见图：
RC文氏桥振荡电路(1) RC文氏桥振荡电路的构成 RC文氏桥振荡电路如图
RC 串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负反馈网络。 C1、R1和C2、R2正反馈支路与R3、R4负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。 当C1 =C2、R1 =R2时:
为满足振荡的幅度条件
所以Af≥3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。
(2) RC文氏桥振荡电路的稳幅过程 RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。反之输出幅度增加。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置。 采用反并联二极管的稳幅电路如图
二极管工作在A、B点，电路的增益较大，引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增益下降，最后达到稳定幅度的目的。 LC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。这里的选频网络是由LC并联谐振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。 1.LC并联谐振电路如图
显然输出电压是频率的函数：
输入信号频率过高，电容的旁路作用加强，输出减小；反之频率太低，电感将短路输出。并联谐振曲线如图：
谐振时
谐振频率
考虑电感支路的损耗，用R表示，如图
谐振时电感支路电流或电容支路电流与总电流之比，称为并联谐振电路的品质因数
对于图的谐振曲线，Q值大的曲线较陡较窄，图中Q1＞Q2。并联谐振电路的谐振阻抗
谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。
2.变压器反馈LC振荡电路 变压器反馈LC振荡电路如图
LC并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈L2与电感线圈Ｌ相耦合,将反馈信号送入三极管的输入回路。交换反馈线圈的两个线头，可使反馈极性发生变化。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。 有关同名端的极性，请参阅图
变压器反馈LC振荡电路的振荡频率与并联LC谐振电路相同，为:
3.电感三点式LC振荡器 图为电感三点式LC振荡电路。电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。如果设某个瞬间集电极电流减小，线圈上的瞬时极性如图所示。反馈到发射极的极性对地为正，图中三极管是共基极接法，所以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。
图1 另一种电感三点式LC振荡电路。
图2 分析三点式LC振荡电路常用如下方法，将谐振回路的阻抗折算到三极管的各个电极之间，有Zbe、Zce、Zcb ,如图1 Zbe是L2、 Zce是L1、 Zcb是C。可以证明若满足相位平衡条件， Zbe和Zce必须同性质，即同为电容或同为电感，且与Zcb性质相反。 电容三点式LC振荡电路与电感三点式LC振荡电路类似的有电容三点式LC振荡电路，见图
CB组态
CE组态 石英晶体LC振荡电路利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路，如图
石英晶体的阻抗频率特性曲
它有一个串联谐振频率fs,一个并联谐振频率 fp，二者十分接近。 对于图中的电路，满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电感性才能形成LC并联谐振回路，产生振荡。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。 二、非正弦波发生电路 比较器比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。 常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗口比较器和具有滞回特性的比较器。这些比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。 1.固定幅度比较器 (1) 过零比较器和电压幅度比较器 过零电压比较器是典型的幅度比较电路，它的电路图和传输特性曲线如图
将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值VREF 上 , 就得到电压幅度比较器，它的电路图和传输特性曲线如图
(2)比较器的基本特点 工作在开环或正反馈状态。 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。 滞回比较器从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图
当输入电压vI从零逐渐增大，且V1≤VT时，
VT称为上限阈值(触发)电平。
当输入电压V1≥VT时，
VT称为下限阈值(触发)电平。
当V1逐渐减小，且
VO 始终等于vom ，因此出现如图
所示的滞回特性曲线。 回差电压 △V：
窗口比较器窗口比较器的电路如图
电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。 设R1 =R2，则有:
比较器的应用比较器主要用来对输入波形进行整形，可以将不规则的输入波形整形为方波输出,其原理图如图
三、非正弦波发生电路 1.方波发生电路 方波发生电路是由滞回比较电路和RC定时电路构成的，电路如图
(1)工作原理 电源刚接通时, 设
电容C充电， VC升高。
当VC= VN≥VP时，V0=-VZ所以
电容C放电，vc下降。 当VC=VN≤VP，VO=+VZ时，返回初态。 方波周期Ｔ用过渡过程公式可以方便地求出
(2)占空比可调的矩形波电路 显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波电路见图
C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D1、Rf； C放电时，放电电流经Rf、二极管D2、电位器的下半部。 占空比为：
三角波发生器三角波发生器的电路如图
它是由滞回比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的
1.当vO1=+VZ时,则电容C充电, 同时vO按线性逐渐下降，当使A1的VP 略低于VN 时，vO1 从+VZ跳变为-VZ。波形 图参阅图
振荡周期：
锯齿波发生器 锯齿波发生器的电路如图
显然，为了获得锯齿波，应改变积分器的充放电时间常数。图中的二极管D和R'将使充电时间常数减为(R∥R')C，而放电时间常数仍为RC。 锯齿波电路的输出波形图如图
锯齿波周期可以根据时间常数和锯齿波的幅值求得。锯齿波的幅值为：
于是有
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