教案
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概述波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。

函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路。

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。

波形产生电路的定义：
它是不需外接输入信号就能将直流能源转化成具有一定振幅和一定频率的正弦波电路。

本课程采用采用RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波。

振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？电路器件内部噪声。

噪声中，满足相位平衡条件的某一频率 0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。

当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。

稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从AF>1,回到AF=1.
举例
产生波形的方法：（1）模拟电路反馈
（2）集成芯片（NE555,8253）
(3)CPU编程实现
例：
（4）FPGA编程实现
振荡条件
若环路增益AF=1；
|AF|=1振幅平衡条件
=2nπ相位平衡条件
ØW+ ØW
相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；
振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。

基本组成部分（放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅电路）
（1）放大电路（一般包括负反馈）：能放大信号电压，提供振荡器能量。

（2）反馈网络：在振荡器中形成正反馈满足相位平衡条件和幅度平衡条件。

（3）选频网络：使振荡器在众多的各种频率的信号中，选择所需的振荡频率的信号以满足振荡条件，使振荡器输出单一频率的正弦信号。

（经常与反馈网络合二为一）
（3）稳幅环节：非线性环节，使输出信号幅值稳定
RC串并联选频网络的选频特性（）
以上是四臂电桥
建立振荡：就是使电路自激，从而产生持续的振荡，由直流电变为交流电。

自激因素：电路中存在噪声，且其频谱分布很广，其中也包含有
的频率成分。

此信号经正反馈选频网络放大，最后受电路中非线性元件的限制，使振荡幅度自动稳定。

用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件
电路可以输出频率为的正弦波
为选频条件，注意RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz 的正弦波。

的值，可得到不同的频率正弦波信号输出。

LC选频网络的选频特性
RC
f
π
2
1
=
RC
f
π
2
1
=
为选频条件
注意LC正弦波振荡电路一般用于产生频率高于1MHz低于10 MHz的正弦波。

石英晶体震荡电路
晶体还是晶振？晶体(crystal)和晶振(oscillator)有什么区别(今后要用到，CPU都需要起振电路)
1、形态不同：晶体通常为两脚和四脚2113晶振，以2520晶振，3225晶振，5032晶振等一类晶振而言，它们都拥有两脚或者四脚的封装，晶振为四脚或者四脚以上的，两脚的一定为晶体。

5261
2、厚度不同：一般的晶体厚度均在0.45mm左右，而由于晶振技术内置起振芯片，因此晶振的厚度要比晶体高。

3、用法不同：晶体需要串4102接电容才可起振。

晶振无需串接电容，上电就可以有时钟输出。

4、又名不同：晶振是有源晶振的简称，又叫振荡器；晶体则是无源晶振的简称，也叫谐振器。

晶体
晶振
为什么振荡电路产生的波形是正弦波呢(以lc振荡电路为例)
振荡电路产生正弦波是因为在LC回路中，波形的计算公式通过建立常微分方程得到，其中含有正弦格式。

振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受其他外界的影响，这时电磁振荡的周期和频率，叫做振荡电路的固有频率和固有周期。

固有周期可以用下式求得：
因此，波形具有周期性。

振荡电路的充放电符合正弦波的性质，其原理为：
充电完毕（放电开始）：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。

放电完毕（充电开始）：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。

充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。

从能量看：磁场能在向电场能转化。

放电过程：电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。

从能量看：电场能在向磁场能转化。

非正弦波产生电路
矩形波产生电路
用滞回比较器作开关，RC 组成积分电路，则可组成矩形波产生电路。

其电路如图所示。

工作原理
电路中，通过R o 和稳压管V D1,V D2对输出限幅，U oH =+U z ,U o L =-U z ，同相端电位U +由u o 通过R 2和R 3分压后得到，这是引入的正反馈；反向端电压U -受积分器电容两端的电压u C 控制。

当电路接通电源时，设U +>U -，则u o =U oH =+U z 。

设t =0电源接通时刻电容两端电压u C =0，滞回比较器的输出电
2
R +
压u o=+U z，则集成运放同相输入端的电位为此时，输出电压u o=+U z对电容充电。

当使U-=u C由零逐渐上升。

当U->U+，则输出电压u o从高电平+U z跳变为低电平-U z。

此时集成运放同相输入端的电位也随之发生跳变，其值为
什么是占空比,占空比是什么意思？什么是占空比,占空比是什么意思？占空比
(DutyCycle)在电信领域中意思：在一串理想的脉冲序bai列中（如方波），
正脉冲的持续时间与脉冲总周期du的比值。

占空比是高电dao平所占周期时
间与整个周期时间的比值。

PWM，也就是脉冲宽度调制，用于将一段信号编码为脉冲信号（一般是方波信号）。

是在数字电路中达到模拟输出效果的一种手段。

即：使用数字控制产生占空比
不同的方波（一个不停在开与关之间切换的信号)来控制模拟输出。

我们要在数
字电路中输出模拟信号，就可以使用PWM技术实现。

在嵌入式开发中，我们常用
PWM来驱动LED的暗亮程度，电机的转速等。

总结：本节讲述了波形产生的方法（4种）。

波形产生电路的原理和条件（4要
素），条件——正反馈下的信号噪声。

分析选频网络，实质是RC谐振将频率选
出。

占空比、PWM（脉冲宽度调制）的定义及今后的用处。