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什么是波形發(fā)生器，波形發(fā)生器的設計方案

波形發(fā)生器

1.正弦振蕩器基本原理

許多不同組態(tài)的電路，即使在沒有輸入信號激勵的情況下,，也能輸出一個基本上是正弦形的輸出波形。我們將在下文討論所有這些振蕩器的基本原理,，除了確定產(chǎn)生振蕩所需的條件之外，還研究振蕩頻率和振幅的穩(wěn)定問題。

圖1.1表示了放大器、反饋網(wǎng)絡和輸入混合電路尚未連成閉環(huán)的情況,。當信號直接

加到放大器的書入端時，放大器提供一個輸出信號,。反饋網(wǎng)絡的輸出為，混合電路（現(xiàn)在就是一個反相器）的輸出為

由圖1-1,，環(huán)路增益為

環(huán)路增益=

假定恰好將信號調(diào)整到完全等于外加的輸入信號,。由于放大器無法辨別加給它的輸入信號的來源，于是就會出現(xiàn)如下情況：如果除去外加信號源,，而將2端同1端接在一起,，則放大器將如以前一樣，繼續(xù)提供一個同樣的輸出信號,。當然要注意,，=這種說法意味著和的瞬時值在所有時刻都完全相等。條件=等價于,，即環(huán)路增益必須等于1,。

巴克豪森判據(jù) 在以下關于振蕩器的討論中我們假定，整個電路工作在線形狀態(tài),，并且放大器或反饋網(wǎng)絡或它們兩者是含有電抗元件的,。在這些條件下，能保持波形形狀的唯一周期性波形是正弦波,。對正弦波而言,，條件=等同于和的幅度、相位和頻率都完全一樣的條件。因為信號在通過電抗網(wǎng)絡時引入的相移總是頻率的函數(shù),，所以我們有如下重要原則：

正弦振蕩器的工作頻率是這樣一個頻率,，在該頻率下，信號從輸入端開始,，經(jīng)過放大器和反饋網(wǎng)絡后,，又回到輸入端時，引入的總相移正好是零（當然,，或者是2的整數(shù)倍）,。更簡單地說，正弦振蕩器的頻率取決于環(huán)路增益的相移為零這一條件,。

雖然還可以總結出其他可用來確定頻率的原則,，但可以證明，它們同上述原則是一致的,。附帶說明一下,，滿足上述條件的頻率可能不止一個，這并不是不可理解的,。在這種偶然情況下,，有可能在幾個頻率處同時振蕩，或在所允許的幾個頻率中某一頻率處出現(xiàn)振蕩,。

只要電路能振蕩,，其頻率就由上述原則來確定。顯然還必須滿足另一個條件,，即和的幅度必須相等,。該條件概括為下述原則：

在振蕩頻率處，如果放大器的轉移增益和反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)的乘積（環(huán)路增益的幅值）小于1,，則振蕩不能維持下去,。

環(huán)路增益為1，即這個條件叫做巴克豪森判據(jù),。當然,，這個條件意味著不僅要求，而且要求—AF的相位為零,。上述原則與反饋公式是一致的,。因為如果，則,，這可以解釋為,，即使沒有外加信號電壓，也仍然有輸出電壓,。

若干實際的考慮 參考圖1-2可以看出,，如果在振蕩頻率處正好為1,，那么將反饋信號接到輸入端，再除去外部信號源將不會造成任何影響,。

圖1-2三級點傳遞函數(shù)在S平面上的根軌跡,。無反饋時（）的極點是,和。而加入反饋后的極點是,和

如果小于1,，那么除去外部信號源將會導致停振?，F(xiàn)在假定大于1，那么,，最初出現(xiàn)在輸入端的信號,，例如是1v，再繞路一周又回到輸入端時,，其幅值將大于1v,。然后這個較大的電壓又會以更大的電壓再出現(xiàn)于輸入端，如此循環(huán)往復,。于是,，似乎在不受放大器中有源器件的非線性的限制時，振幅的增大才能繼續(xù)下去,。隨著振幅的增大,，有源器件的非線性變得更加明顯。這種非線性的出現(xiàn),，就限制了震蕩的幅度,，這是所有實際振蕩器工作的基本特征，正如以下討論所表明的那樣：條件并不是給出的可取值范圍,，而是給出一個單一的精確值,。限假設即使最初能滿足這個條件，由于電路元件特性,，特別是晶體管特性受老化,、溫度和電壓等影響發(fā)生變化（漂移）,，于是很顯然,，如果整個振蕩器聽其自然，則在很短的時間內(nèi),，就會變得不是小于1,，就是大于1。在前一種情況下,，只是振蕩停止而已,，而在后一種情況下，我們就有需要用非線性來限制振幅,。環(huán)路增益正好為1的振蕩器,，實際上是一個根本不能實現(xiàn)的理想裝置。所以，在實際振蕩器的調(diào)試中,，總是要調(diào)整多少比1大一些（比方說大50%）,，以保證在晶體管和電路參數(shù)發(fā)生偶然變化時，不致下降到1以下,。上述兩條原則是在純理論基礎上必須要滿足的,，同時，我們根據(jù)實際的考慮,，在添上第三條一般原則,，即：

在每個實際的振蕩器中，環(huán)路增益都略大于1,，并且振蕩幅度由非線性特性來限制,。

2.三角波/方波發(fā)生器

圖2-1示出了一個用兩極運放能同時產(chǎn)生線性三角波和方波的函數(shù)發(fā)生器。集成積分器由的輸出驅動,，作為電壓比較器,，被的輸出，經(jīng)--分壓器分壓后所驅動,。的方波輸出于正負飽和電平間交替交換,。

圖2-1具有雙向三角波和方波輸出的基本函數(shù)發(fā)生器

假設，開始時,，的輸出為正,，的輸出恰好轉為正向飽和。的反向輸入端虛假接地,，則電流,。因為和是串聯(lián)的，所以=,。然而為維持由恒定電流經(jīng)過,，加在該電容上的電壓必須以恒定的速率線性變化。一個線性的斜坡電壓加至,，使的輸出開始以的速率線性下降,，這個輸出通過--分壓器送至的同相輸入端。

然后,，的輸出朝負值線性變化,，直至和連接點的電壓下降到0V。在該點翻轉動作,，使輸出突變到負飽和值,。這樣就改變了和的輸入，使的輸出開始線性上升,，直至升到某一正值為止,，該值使--間的接點電壓達到0,，便引起了另一次翻轉。

線性三角波的峰峰值由--的比率來控制,。頻率調(diào)整可以通過改變的比率,，或，或通過將由的輸出端轉接一個分壓器,，而不是直接接的輸出端來實現(xiàn),。

附錄A    元器件清單

電阻

10          3個

20          1個

20          1個

22          1個

電位器

100         1個

電容

33          1個

NE555              1個

LM741              1個

附錄B    三角波/方波放生電路