【模电笔记】—— 波形发生电路（波形振荡器）

Tips：本章节的笔记仅记录关于较低频率的模拟信号的波形发生电路，如RC正弦波（RC串并联网络）振荡电路。

一、波形发生电路的概念

波形发生电路又称为波形振荡器，是不需要外加激励信号就能产生输出信号的电路。

二、正弦波振荡电路的分析

1.产生正弦波振荡的条件

        正弦波振荡电路产生一定幅值、频率的正弦波输出信号，是自激振荡电路。其产生振荡的条件为（即开环放大倍数相量×反馈系数相量=1），具体为：

 (1)幅度平衡条件： ，表示电路已达到稳幅振荡时的情况，电路输出量自维持在 。

(2)相位平衡条件： 。

        实际振荡情况是先起振再达到稳幅的过程，电路的起振条件为。

Tips:不能无限振荡的原因是：半导体元器件的非线性特性、供电电源有限。

2.正弦波振荡电路的组成

(1)放大电路：实现电路的放大作用。

(2)正反馈网络：满足相位平衡条件。（常与选频网络合二为一）

(3)选频网络：获得单一频率的正弦波振荡信号，由电阻和电抗元件组成。

(4)稳幅环节：使输出信号稳定在所需范围。

3.判断电路能否产生正弦波振荡的分析方法

  (1)电路是否具备上述4个组成部分。

  (2)电路的Q点（静态工作点）设置是否合适，动态信号能否正常放大。

  (3)用瞬时极性法判断相位平衡条件 （即是否有正反馈）。

  (4)电路是否满足。

三、RC正弦波（RC串并联网络）振荡电路

        正弦波电路一般由选频网络来命名，可分为：RC正弦波振荡电路（1MHz以下）、LC正弦波振荡电路（几百kHz～几百MHz）、石英晶体正弦波振荡电路（振荡频率稳定性很高） 。

1.RC串并联选频网络的选频特性

        RC串并联选频网络如上图(a)所示。对于R、C，串联后元件的阻抗值，哪个值大留哪个；并联后元件的阻抗值，哪个值小留哪个。 

 (1)当频率 f 很低时， ，图(a)等效为图(b)， 相位超前 。

(2)当频率 f 很高时， ，图(a)等效为图(c)， 相位滞后 。

 (3)推导计算（推导过程未给出，感兴趣的可自查）出 ，其中 。用幅值和相角表示为：

， ，图像分别见下图(d)(e)。

由此可知，  时， ，表明 和相位相同，此时 幅值最大为 。

2.RC振荡电路的起振条件 

        若要产生振荡频率为 的正弦波信号，应为RC串并联网络配置一个 、输入电阻，输出电阻的放大电路（即要求输入电阻尽量大，输出电阻尽量小）。

        在RC桥式振荡电路中，还应满足 （这是对由单一振荡频率的选频网络构成振荡电路的要求。在实际应用中，振荡频率是可调变化的，一般在选频网络中增加电容或可调电阻，通过改变C或R的值，使振荡频率发生变化）。RC桥式振荡电路（上面已给出，为方便对应公式再次摆出）如下：

四、非正弦波信号发生电路

1.矩形波发生电路

(1)基本组成部分

  输出无稳态，有两个暂态：若输出为高电平时定义为第一暂态，若输出为低电平为第二暂态。

  ①开关电路：输出只有高电平和低电平两种情况，因而采用电压比较器。

  ②反馈网络：为在输出为某一状态时提供翻转成另一状态的条件,应引入反馈。

  ③延迟环节：使得两个状态均维持一定的时间，决定振荡频率，利用RC电路实现。

(2)电路组成及矩形波产生过程

        如下左图所示，它是在滞回比较器的基础上，增加一个R、C组成的积分电路。稳压管和的作用是将滞回比较器的输出电压 钳位在。

①假设t=0时， ， ，则同相输入端处 ， 通过R向C充电，使 由0逐渐↑ ； 充电一段时间后，上升到 时，滞回比较器的 就会翻转，从 跳变成 。

② 时，同相输入端处 ，C开始通过R放电，使 逐渐↓ ； 放电一段时间后，下降到 时，滞回比较器的 再次翻转，从 跳变成 。如此循环则形成一系列矩形波输出，如上右图所示。

  (3)矩形波高、低电平所占时间相等，均为半个周期，这是因为电容充放电时间常数 相等。其振荡周期

(4)若电容的充、放电时间常数不同， ，则占空比  。通常占空比设置为可调的，具体如下：

2.其他波形发生电路 （简述）

1.三角波发生电路

用积分运算电路可将方波变为三角波。

实际上，上图电路如下图所示 ：

产生的三角波形图如下：

 2.锯齿波发生电路

改变三角波电路中方波（）的占空比，即可产生锯齿波。

产生的锯齿波形图如下：