波形發(fā)生與波形變換

1、正弦波振蕩電路

正弦波振蕩電路是在沒有外加輸入信號(hào)的情況下，依靠電路自激振蕩產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路，在正弦波振蕩電路中，為了產(chǎn)生正弦信號(hào)，電路必須引入正反饋和外加選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)用于確定振蕩頻率，正反饋則是為了產(chǎn)生自激振蕩。

正弦波振蕩電路必須由以下四部分組成：

放大電路 ：保證電路能夠有從起振到動(dòng)態(tài)平衡的過程，使電路獲得一定幅值的輸出量，實(shí)現(xiàn)能量的控制；

選頻網(wǎng)絡(luò) ：確定電路的振蕩頻率，使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩；

正反饋網(wǎng)絡(luò) ：引入正反饋，使放大電路的輸入信號(hào)等于反饋信號(hào)；

穩(wěn)幅環(huán)節(jié) ：即非線性環(huán)節(jié)，為了使輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定而設(shè)計(jì)的電路。

（1）RC振蕩電路

RC振蕩電路的振蕩頻率較低，一般在1MHz以下，實(shí)用的RC正弦波振蕩電路有很多，最典型的是RC橋式振蕩電路，又稱為文氏振蕩電路，如下圖所示：

從理論上講，任何滿足放大倍數(shù)要求的放大電路與RC選頻網(wǎng)絡(luò)都可以組成正弦波振蕩電路，但是，為了增大電路的輸入電阻，減小電路的輸出電阻以減小放大電路對(duì)選頻特性的影響，通常選擇引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，例如同相比例運(yùn)算電路。如下圖所示：

（2）LC振蕩電路

LC振蕩電路的振蕩頻率通常在1MHz以上，LC正弦波振蕩電路與RC橋式正弦波振蕩電路的組成原則在本質(zhì)上是相同的，只不過是選頻網(wǎng)絡(luò)采用了LC電路，由于LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率較高，所以放大電路多采用分立元件電路，必要時(shí)還應(yīng)采用共基電路。常見的LC正弦波振蕩電路如下圖所示：

根據(jù)LC正弦波振蕩電路，又可以細(xì)分為變壓器反饋式，電感反饋式和電容反饋式三種結(jié)構(gòu)，所采用的的電路既可以是共射電路，也可以是共基電路。三種電路結(jié)構(gòu)如下圖所示：

原理分析不做詳述，有興趣的讀者可以自行分析研究。

變壓器反饋式振蕩電路 ：這種電路結(jié)構(gòu)易于產(chǎn)生振蕩，波形教好，應(yīng)用范圍廣，但是由于輸出電壓與反饋電壓靠磁路耦合，因而耦合并不緊密，損耗較大，并且振蕩頻率的穩(wěn)定性不高。

電感反饋式振蕩電路 ：這種電路結(jié)構(gòu)又稱為電感三點(diǎn)式電路，這種結(jié)構(gòu)可以獲得調(diào)節(jié)范圍較寬的振蕩頻率，最大振蕩頻率可達(dá)幾十兆赫，這種結(jié)構(gòu)常用于對(duì)波形要求不高的設(shè)備之中。

電容反饋式振蕩電路 ：這種電路又稱為電容三點(diǎn)式電路，但是由于電路本身的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致經(jīng)常用于固定頻率的場(chǎng)合。

（3）石英晶體振蕩電路

石英晶體振蕩器一般可以等效為L(zhǎng)C振蕩電路，其優(yōu)點(diǎn)是振蕩頻率非常穩(wěn)定。石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱石英晶體，具有非常穩(wěn)定的固有頻率，對(duì)于振蕩頻率穩(wěn)定性要求高的電路，應(yīng)選用石英晶體做選頻網(wǎng)絡(luò)。

壓電效應(yīng)和壓電振蕩 ：在石英晶體兩個(gè)管腳加交變電場(chǎng)時(shí)，它將產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)，一般情況下，機(jī)械振動(dòng)和交變電場(chǎng)的振幅都非常小，但是，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率為某一特定值時(shí)，振幅會(huì)驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩，這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。

2、電壓比較器

電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒幅與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路。電壓比較器中，集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。如下圖所示：

（1）單限比較器

單限比較器一般可以分為過零比較器和一般單門限比較器。兩種電路結(jié)構(gòu)如下圖所示：

（2）滯回比較器

例題分析：設(shè)計(jì)一個(gè)電壓比較器，使其傳輸特性入下圖所示，要求所用阻值在20~100KΩ之間。

（3）窗口比較器

3、非正弦信號(hào)振蕩電路

在實(shí)用電路中除了常見的正弦波之外，還有矩形波，三角波，鋸齒波，尖頂波和階梯波，如下圖所示：

（1）矩形波發(fā)生電路：矩形波發(fā)生電路由于只有兩個(gè)狀態(tài)，即高低電平，故其核心電路是比較器。

（2）三角波發(fā)生電路：常見的三角波發(fā)生電路是積分電路，，首先將正弦信號(hào)通過電壓比較器變?yōu)榫匦尾?，而后矩形波?jīng)過積分電路產(chǎn)生了三角波。

（3）鋸齒波發(fā)生電路：鋸齒波與三角波類似，只需要利用二極管的單向?qū)щ娦允拐蚍e分與反向積分的時(shí)間不同即可得到。

4、集成函數(shù)發(fā)生器芯片

常見的集成函數(shù)發(fā)生器芯片是ICL8038，該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：

6、常用信號(hào)轉(zhuǎn)換電路

（1）電壓—電流轉(zhuǎn)換電路

之前曾介紹過豪蘭德電流源電路，這次介紹另一種電壓—電流轉(zhuǎn)換電路，電路結(jié)構(gòu)如下圖所示：

（2）電壓—頻率轉(zhuǎn)換電路