什么是波形发生器，波形发生器的设计方案

波形发生器

1.正弦振荡器基本原理

许多不同组态的电路，即使在没有输入信号激励的情况下，也能输出一个基本上是正弦形的输出波形。我们将在下文讨论所有这些振荡器的基本原理，除了确定产生振荡所需的条件之外，还研究振荡频率和振幅的稳定问题。

图1.1表示了放大器、反馈网络和输入混合电路尚未连成闭环的情况。当信号直接

加到放大器的书入端时，放大器提供一个输出信号。反馈网络的输出为，混合电路（现在就是一个反相器）的输出为

由图1-1，环路增益为

环路增益=

假定恰好将信号调整到完全等于外加的输入信号。由于放大器无法辨别加給它的输入信号的来源，于是就会出现如下情况：如果除去外加信号源，而将2端同1端接在一起，则放大器将如以前一样，继续提供一个同样的输出信号。当然要注意，=这种说法意味着和的瞬时值在所有时刻都完全相等。条件=等价于，即环路增益必须等于1。

巴克豪森判据 在以下关于振荡器的讨论中我们假定，整个电路工作在线形状态，并且放大器或反馈网络或它们两者是含有电抗元件的。在这些条件下，能保持波形形状的唯一周期性波形是正弦波。对正弦波而言，条件=等同于和的幅度、相位和频率都完全一样的条件。因为信号在通过电抗网络时引入的相移总是频率的函数，所以我们有如下重要原则：

正弦振荡器的工作频率是这样一个频率，在该频率下，信号从输入端开始，经过放大器和反馈网络后，又回到输入端时，引入的总相移正好是零（当然，或者是2的整数倍）。更简单地说，正弦振荡器的频率取决于环路增益的相移为零这一条件。

虽然还可以总结出其他可用来确定频率的原则，但可以证明，它们同上述原则是一致的。附带说明一下，满足上述条件的频率可能不止一个，这并不是不可理解的。在这种偶然情况下，有可能在几个频率处同时振荡，或在所允许的几个频率中某一频率处出现振荡。

只要电路能振荡，其频率就由上述原则来确定。显然还必须满足另一个条件，即和的幅度必须相等。该条件概括为下述原则：

在振荡频率处，如果放大器的转移增益和反馈网络的反馈系数的乘积（环路增益的幅值）小于1，则振荡不能维持下去。

环路增益为1，即这个条件叫做巴克豪森判据。当然，这个条件意味着不仅要求，而且要求—AF的相位为零。上述原则与反馈公式是一致的。因为如果，则，这可以解释为，即使没有外加信号电压，也仍然有输出电压。

若干实际的考虑 参考图1-2可以看出，如果在振荡频率处正好为1，那么将反馈信号接到输入端，再除去外部信号源将不会造成任何影响。

图1-2三级点传递函数在S平面上的根轨迹。无反馈时（）的极点是,和。而加入反馈后的极点是,和

如果小于1，那么除去外部信号源将会导致停振。现在假定大于1，那么，最初出现在输入端的信号，例如是1v，再绕路一周又回到输入端时，其幅值将大于1v。然后这个较大的电压又会以更大的电压再出现于输入端，如此循环往复。于是，似乎在不受放大器中有源器件的非线性的限制时，振幅的增大才能继续下去。随着振幅的增大，有源器件的非线性变得更加明显。这种非线性的出现，就限制了震荡的幅度，这是所有实际振荡器工作的基本特征，正如以下讨论所表明的那样：条件并不是给出的可取值范围，而是给出一个单一的精确值。限假设即使最初能满足这个条件，由于电路元件特性，特别是晶体管特性受老化、温度和电压等影响发生变化（漂移），于是很显然，如果整个振荡器听其自然，则在很短的时间内，就会变得不是小于1，就是大于1。在前一种情况下，只是振荡停止而已，而在后一种情况下，我们就有需要用非线性来限制振幅。环路增益正好为1的振荡器，实际上是一个根本不能实现的理想装置。所以，在实际振荡器的调试中，总是要调整多少比1大一些（比方说大50%），以保证在晶体管和电路参数发生偶然变化时，不致下降到1以下。上述两条原则是在纯理论基础上必须要满足的，同时，我们根据实际的考虑，在添上第三条一般原则，即：

在每个实际的振荡器中，环路增益都略大于1，并且振荡幅度由非线性特性来限制。

2.三角波/方波发生器

图2-1示出了一个用两极运放能同时产生线性三角波和方波的函数发生器。集成积分器由的输出驱动，作为电压比较器，被的输出，经--分压器分压后所驱动。的方波输出于正负饱和电平间交替交换。

图2-1具有双向三角波和方波输出的基本函数发生器

假设，开始时，的输出为正，的输出恰好转为正向饱和。的反向输入端虚假接地，则电流。因为和是串联的，所以=。然而为维持由恒定电流经过，加在该电容上的电压必须以恒定的速率线性变化。一个线性的斜坡电压加至，使的输出开始以的速率线性下降，这个输出通过--分压器送至的同相输入端。

然后，的输出朝负值线性变化，直至和连接点的电压下降到0V。在该点翻转动作，使输出突变到负饱和值。这样就改变了和的输入，使的输出开始线性上升，直至升到某一正值为止，该值使--间的接点电压达到0，便引起了另一次翻转。

线性三角波的峰峰值由--的比率来控制。频率调整可以通过改变的比率，或，或通过将由的输出端转接一个分压器，而不是直接接的输出端来实现。

附录A    元器件清单

电阻

10          3个

20          1个

20          1个

22          1个

电位器

100         1个

电容

33          1个

NE555              1个

LM741              1个

附录B    三角波/方波放生电路