《電子應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目教程（第4版）》課件 項(xiàng)目5信號(hào)發(fā)生器的制作

信號(hào)發(fā)生器的制作目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)工作任務(wù)知識(shí)鏈接知識(shí)小結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.會(huì)識(shí)別和測(cè)試相關(guān)電子元器件的質(zhì)量好壞。2.能完成音頻信號(hào)發(fā)生器的制作。知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)了解振蕩與自激振蕩的概念、產(chǎn)生振蕩的條件;掌握各種振蕩電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、頻率計(jì)算;掌握振蕩電路的應(yīng)用。返回素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)工作責(zé)任心與職業(yè)道德。2.培養(yǎng)語言表達(dá)、溝通協(xié)調(diào)能力。工作任務(wù)圖5.1音頻信號(hào)發(fā)生器的電路原理圖（1）增強(qiáng)專業(yè)意識(shí),培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和職業(yè)習(xí)慣。

（2）熟悉音頻信號(hào)發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu),理解其工作原理。

（3）能正確安裝音頻信號(hào)發(fā)生器

（4）掌握音頻信號(hào)發(fā)生器的頻率調(diào)節(jié)與測(cè)試方法。1.實(shí)訓(xùn)目標(biāo)

（1）各小組制訂工作計(jì)劃。（2）認(rèn)識(shí)并掌握文氏電橋振蕩電路原理圖,明確元器件連接和電路連線。（3）畫出裝配圖。（4）完成電路所需元器件的檢測(cè)。（5）根據(jù)裝配圖制作文氏電橋振蕩電路。（6）完成電路功能檢測(cè)和故障排除。（7）通過小組討論,完成電路的詳細(xì)分析并撰寫任務(wù)工單。2.任務(wù)要求本電路是一個(gè)文氏電橋振蕩電路,又叫作RC橋式正弦波振蕩電路,由一個(gè)同相比例放大器和RC選頻網(wǎng)絡(luò)組成,由于放大器的輸出電壓與輸入電壓同相,RC選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)反饋信號(hào)相移為零,且輸出電壓最大,故反饋信號(hào)能滿足振蕩的相位條件。只要放大倍數(shù)滿足振幅條件,就能產(chǎn)生音頻振蕩信號(hào)。3.實(shí)訓(xùn)電路與說明4.實(shí)訓(xùn)設(shè)備與元器件

（1）實(shí)訓(xùn)設(shè)備：通用面包板1塊、雙蹤示波器1臺(tái)、晶體管毫伏表1臺(tái)、萬用表1塊、頻率計(jì)1臺(tái)、直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)。（2）元器件需求明細(xì)表。5.安裝與調(diào)試

安裝(1)識(shí)別與檢測(cè)元器件,并查閱資料畫出LM358的引腳排列示意圖。(2)根據(jù)圖5.1繪制文氏電橋振蕩電路的裝配圖。(3)按裝配圖進(jìn)行電路裝接,其中電位器RP′置最大。調(diào)試(1)接通電源,調(diào)小RP′直至振蕩波形uo1、uo2不失真。將uo1、uo2測(cè)量的數(shù)據(jù)記入下表。若電路有故障,則進(jìn)行排除并記錄。(2)在RC選頻網(wǎng)絡(luò)中的電阻兩端各并聯(lián)10kΩ電阻,進(jìn)行頻率調(diào)節(jié),并測(cè)量完成下表的填寫。(3)在RC選頻網(wǎng)絡(luò)中的電容兩端各并聯(lián)0.1μF電容,進(jìn)行頻率調(diào)節(jié),并測(cè)量完成下表的填寫。6.評(píng)價(jià)反饋

評(píng)分表(與項(xiàng)目1任務(wù)工單的評(píng)分表一樣)。5.1.1正弦波振蕩電路的基本概念1.正弦波振蕩電路的組成從放大器的輸出端取出部分或全部輸出信號(hào),以一定的方式返送到輸入端的過程,稱為反饋。若該反饋能加強(qiáng)輸入信號(hào),則稱為正反饋。5.1正弦波振蕩電路知識(shí)鏈接圖5.2

正弦波振蕩電路的框圖2.正弦波振蕩電路的自激振蕩條件各類振蕩電路的共同特點(diǎn)是在沒有外來信號(hào)的條件下,能輸出一定頻率、一定幅度和特定波形的電信號(hào)。自激振蕩的形成必須滿足以下兩個(gè)條件3.自激振蕩的建立和穩(wěn)定(1)起振。振蕩電路在接通電源開始工作的瞬間,電路中并沒有外加輸入信號(hào)。但是因?yàn)殡娐吠蝗粚?dǎo)通,振蕩電路中總會(huì)存在各種電的擾動(dòng)(如接通電源瞬間的電流突變、內(nèi)部噪聲等),這些擾動(dòng)中包含頻率由零到無窮大的各種微弱交流信號(hào)。(2)穩(wěn)定。當(dāng)振蕩的幅度達(dá)到一定值后,由于放大器本身的非線性,隨著幅度的增加,放大器的電壓放大倍數(shù)下降,振幅的增長(zhǎng)受到限制而使振蕩的幅度自動(dòng)穩(wěn)定下來。4.正弦波振蕩電路的分類為了保證振蕩電路產(chǎn)生單一的正弦波,電路中必須包含選頻網(wǎng)絡(luò),根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)元件的不同,可以將振蕩電路分為RC振蕩電路、LC振蕩電路和石英晶體振蕩電路。要產(chǎn)生頻率低于1MHz的正弦波信號(hào),一般采用RC振蕩電路(又稱RC橋式振蕩電路),其電路原理圖如圖5.3所示,它由一個(gè)同相比例放大器和RC串并聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)兼選頻網(wǎng)絡(luò)組成。5.1.2

RC振蕩電路圖5.3

RC振蕩電路原理圖1.RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性圖5.4

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)R1=R2=R和C1=C2=C傳輸系數(shù)達(dá)到最大值當(dāng)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)中傳輸信號(hào)的角頻率為圖5.5

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率特性

LC振蕩電路通常用于產(chǎn)生高頻(>1MHz)正弦信號(hào)。LC振蕩電路與RC振蕩電路的組成原則基本相同,只是選頻網(wǎng)絡(luò)采用可調(diào)諧的LC回路。LC回路在諧振頻率f0下能提供較大的增益,而其余頻率的信號(hào)則被大大衰減。通過一個(gè)正反饋,整個(gè)振蕩電路在LC回路諧振頻率處形成一個(gè)可持續(xù)的振蕩。采用LC并聯(lián)諧振回路的LC振蕩電路通常有變壓器反饋式、電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式三種。5.1.3

LC振蕩電路1.變壓器反饋式振蕩電路(1)電路組成。圖5.6

變壓器反饋式振蕩電路(2)振蕩條件及振蕩頻率。集電極輸出信號(hào)與基極的相位差為180°,通過變壓器的適當(dāng)連接,L2兩端的反饋交流電壓產(chǎn)生180°相移,即可滿足振蕩的相位條件。自激振蕩的頻率基本上由LC并聯(lián)回路決定。即(3)電路特點(diǎn)。變壓器反饋式振蕩電路的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易起振,改變電容大小可方便地調(diào)節(jié)振蕩頻率。在應(yīng)用時(shí)要特別注意Lf的極性,否則沒有正反饋,無法振蕩。2.電感三點(diǎn)式振蕩電路優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單、易起振(L間耦合緊密)、易調(diào)節(jié)(C可調(diào))。缺點(diǎn)：輸出取自電感，對(duì)高次諧波阻抗大，輸出波形差。圖5.7

電感三點(diǎn)式振蕩電路3.電容三點(diǎn)式振蕩電路圖5.8

電容三點(diǎn)式振蕩電路優(yōu)點(diǎn)：波形好。缺點(diǎn)：三極管極間電容影響振蕩頻率。同時(shí)改變Cl和C2,很不方便。因此,通常與線圈L再串聯(lián)一個(gè)較小的可變電容來調(diào)節(jié)振蕩頻率。由于Cl和C2的容量可以選得較小,所以電容三點(diǎn)式振蕩電路的振蕩頻率較高,可達(dá)100MHz以上,輸出波形也較好,但頻率調(diào)節(jié)不方便,調(diào)節(jié)范圍較小,因此常用于要求調(diào)頻范圍不寬的高頻振蕩電路。在對(duì)頻率穩(wěn)定度要求較高的場(chǎng)合,一般LC振蕩電路已不能滿足要求,這時(shí)可采用石英晶體振蕩電路。石英諧振器簡(jiǎn)稱晶振,是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。石英晶體片受到外加交變電場(chǎng)的作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率與石英晶體片的固有頻率相同時(shí),振動(dòng)便變得很強(qiáng)烈,這就是晶體諧振。5.1.4石英晶體振蕩電路符號(hào)石英晶體諧振器1.并聯(lián)型石英晶體振蕩電路2.串聯(lián)型石英晶體振蕩電路一種實(shí)用的石英晶體振蕩電路(皮爾斯晶體振蕩電路)如圖5.11所示，調(diào)節(jié)C3可以微調(diào)輸出頻率,使振蕩器的信號(hào)頻率更為準(zhǔn)確。圖5.11

皮爾斯晶體振蕩電路在電子設(shè)備中,有時(shí)要用到一些非正弦波信號(hào)。例如,在數(shù)字電路中經(jīng)常用到上升沿和下降沿都很陡峭的方波和矩形波;在電視掃描電路中要用到鋸齒波等,我們把除正弦波之外的波形統(tǒng)稱為非正弦波。本節(jié)主要介紹方波、三角波、鋸齒波信號(hào)產(chǎn)生電路的基本形式和工作原理,非正弦波振蕩電路通常由遲滯電壓比較器和RC充放電電路組成,工作過程一張一弛,所以又將這些電路稱為張弛振蕩電路。5.2非正弦波振蕩電路知識(shí)鏈接1.電路組成方波信號(hào)發(fā)生器又稱多諧振蕩器,常用在脈沖和數(shù)字系統(tǒng)中作為信號(hào)源。圖5.12(a)所示為方波信號(hào)發(fā)生器的基本電路,它是在滯回比較器的基礎(chǔ)上,增加一條RC充放電負(fù)反饋支路構(gòu)成的。它工作于比較器狀態(tài),Rf和C構(gòu)成負(fù)反饋回路,R1、R2構(gòu)成正反饋回路,電路的輸出電壓由集成運(yùn)放的同相輸入端電壓UP與反相輸入端電壓UN比較決定。5.2.1方波信號(hào)發(fā)生器2.電路工作原理假設(shè)電容的初始電壓為0,因而UN=0;電源剛接通時(shí),由于電路中的電流由零突然增大,產(chǎn)生了電沖擊,在同相輸入端獲得一個(gè)最初的輸入電壓。因?yàn)殡娐分杏袕?qiáng)烈的正反饋回路,使輸出電壓迅速升到最大值+UZ。圖5.12

方波信號(hào)發(fā)生器1.電路組成5.2.2三角波信號(hào)發(fā)生器圖5.13

方波-三角波信號(hào)發(fā)生器2．電路工作原理在電路接通電源的瞬間，設(shè)Al的同相輸入端電壓uP為負(fù)值，則uo1=

UZ，電容C被反向充電，積分器A2的輸出電壓uo2以從零開始線性上升。經(jīng)R2反饋后，A1的同相輸入端電壓uP由負(fù)值漸漸上升。當(dāng)uo2達(dá)到某值正好使up由負(fù)值升到稍大于零時(shí)，過零電壓比較器A1輸出翻轉(zhuǎn)，使uo1迅速跳變到+UZ。此時(shí)uP的值可由下式求出：上式表明，當(dāng)uo2上升到UZ時(shí)，電壓比較器A1發(fā)生翻轉(zhuǎn)，uo1由

UZ變成+UZ。當(dāng)然，此時(shí)uP的值也隨之突變?yōu)檎?。uo1變成正值(+UZ)后，積分器的輸出電壓uo2開始線性下降，A1同相端的電壓uP也逐漸下降。當(dāng)uo2降至正好使uP由正值降至稍小于零時(shí)，電壓比較器A1又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，uo2迅速由+UZ跳變成

UZ。電壓比較器再次翻轉(zhuǎn)到

UZ時(shí)的uP值為：電路的工作波形如圖5.13（b）所示。在A1的輸出端可以得到方波，在A2的輸出端可以得到三角波。方波的幅值為UZ，三角波的幅值為?？傻梅讲ê腿遣ㄐ盘?hào)的周期為：如果三角波是不對(duì)稱的,即上升時(shí)間不等于下降時(shí)間,則為鋸齒波。圖5.14(a)為鋸齒波信號(hào)發(fā)生器的電路圖,圖中A2構(gòu)成的積分器有兩條積分支路:VD1→R3→C與VD2→R4→C。當(dāng)uo1的輸出為正電壓時(shí),電容C通過二極管VD1及電阻R3正向充電,當(dāng)uo1的輸出為負(fù)電壓時(shí),電容C通過VD2及R4反向充電。如果R3<R4,則三角波的下降時(shí)間小于上升時(shí)間,形成鋸齒波。圖5.14(b)為矩形波-鋸齒波信號(hào)發(fā)生器的波形圖。如果R3>R4,則鋸齒波的形狀與圖5.14(b)相反,uo1矩形波的占空比大于50%。5.2.3鋸齒波信號(hào)發(fā)生器圖5.14

鋸齒波信號(hào)發(fā)生器ICL8038是一種集波形