课题七 信号发生
教学目的和要求：
1.能力目标要求：
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①用瞬极性法分析各类正弦波振荡电路是否符合正反馈、比较器电路是否为线性运算电路；②会计算正弦波振荡电路的振荡频率、RC串并联正弦波振荡放大电路中对阻值的要求、方波发生器的振荡频率； 2.知识目标要求
①掌握正弦波振荡电路的振荡条件；
②了解RC串并联及LC并联谐振网络的选频性特点及其组成振荡电路的基本结构；
③理解各类正弦波振荡电路适用频率范围；
【课题7.1】 调幅无线话筒制作
图7-1是单管调幅无线话筒的电路图。其原理类似于单管收音机。线路中的 B、C1、BG等组成一个高频振荡电路，其振荡频率由可变电容C1来调节。本电路设计在535～1600千赫之间，即中波段。并联在电容C3上的话筒S将音频信号加到三极管BG的基极，使振荡信号的振幅随之变化，最后由天线向空中辐射出去。
为使高频振荡频率正好落在中波535～1600千赫范围内。电容C1采用270皮法密封可变电容，B选用原中波磁棒，在其上用Φ0.1毫米漆包线顺绕70圈为L1，
再绕统10圈为L2。话筒S选用碳粒送话器，把它固定在收音机壳原来装扬声器的位置上， 其他原件无严格要求，只要参数型号相符即可。
本电路一般不用调试即可工作，辐射距离可达十几米。但应注意，工作时要避开广播电台的频率，以免干扰无线电广播。
1. 实训目的
了解调幅话筒的构成，掌握信号发生电路的工作原理，掌握简单调幅无线话筒的制作、安装与调试的方法。
2. 实训器材
废旧收音机，碳粒送话器，示波器，电烙铁等焊接工具。
3. 实训步骤
①从废旧收音机上拆卸如图7-1所需元件（碳粒送话器S除外）；
②按图7-焊接电路；
③装上电池（接通电源），将开关K闭合，用双踪示波器同时观测S与天线的输出波形；
④将一调幅收音机波段调到535～1600千赫范围内，测试话筒效果；
⑤增加收音机与话筒的距离，粗略测试话筒辐射距离。
4. 实训报告
①比较S与天线的输出波形；
②测试话筒有效辐射距离；
③写出实验中注意事项及实验心得与体会。
【课题7.2】 正弦波发生电路
正弦波发生电路正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。它在测量、通信、无线电技术、自动控制和热加工等领域有着广泛的应用。
7.2.1 自激振荡
自激振荡电路由基本放大电路和反馈电路组成，其框图如图7-2所示。图中，在最初的正弦输入信号ui作用下，输出正弦电压uo。uo紧定衬套经过反馈网络送回输入端的反馈电压为uf，若uf和ui的大小、相位完全一致，即使去掉ui，也可以在输出端得到维持不变的输出电压，即产生自激振荡。 由此可见，自激振荡的形成必须满足以下两个条件：
（1）相位平衡条件
振荡电路中，反馈电压uf与输入电压ui应该相位相同，为正反馈，即
（2）幅值平衡条件
振荡电路中，反馈电压uf与输入电压ui必须大小相等，即必须有足够的反馈电压，此时|AF|=1。
7.2.2 RC正弦波发生电路
RC正弦波振荡电路采用RC串并联电路作为选频电路，用于产生1MHz以下的低频信号。它具有波形好、振幅稳定、频率调节方便等优点，应用十分广泛。
1. RC选频电路
RC选频电路如图7-3所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。
其频率响应如下:
频率特性
(1) 幅频特性表达式:
（2）相频特性表达式:
频率特性曲线如图7-4所示。
振荡频率为 时 ，幅频值最大为1/3，相位F =0，因此该电路具有选频特性。
2. RC正弦波振荡电路
RC正弦波振荡电路如图7-5所示。
（1）放大电路
放大电路采用集成运算放大器组成的同相比例放大电路，其放大倍数为Af。集成运算放大器有两个输入端：同相输入端“+”和反相输入端“-”，一个输出端。组成同相比例放大电路时，ui从同相输入端输入，因此uo与ui同相。
（2）选频电路
由图7-5可见，选频网络RC串并联电路联结在放大电路的输出端和同相输入端之间，表明RC串并联电路在选频的同时还作为反馈网络，将反馈电压为uf反送到输入端。
根据电路理论，在某一频率f0下，RC串并联电路的输出uf与其输入uo相位相同。用瞬时极性法可判断出其反馈极性为正反馈。
ui与uf极性相同，在运算放大器的同相输入端叠加，因此为正反馈，满足自激振荡的相位条件。
由进一步的理论分析还可知，在频率为f0时，反馈电压uf最大，为输出电压uo的1/3：反馈
系数F=1/3时，只要适当选择放大电路的放大倍数Af，就可以满足振荡的幅值条件，产生正弦波输出。
对于偏离f0的其他信号，不仅uf与uo相位不同，而且uf也很小，因此不能满足自激振荡条件，这就是RC串并联电路的选频特性。
（3）稳幅电路
由振荡的建立过程可知，起振时应使uf大于ui，即AfF>1。由于RC串并联电路的反馈系数F=1/3，因此Af应大于3。同相放大电路的放大倍数Af=1+Rf/R1，要求Af >3，即Rf >2R1。起振后，为获得一定幅度的稳定振荡，uf应等于ui，即|AfF|=1，Rf=2R1。
由于RC正弦波振荡电路只有在频率f0处才满足振荡条件，因此电路的振荡频率就是f0。经推导，有
由此可见，改变R、C的参数值，就可以调节振荡频率。实际电路中，一般采用波段开关改变电容值，用电位器改变选频网络的电阻。
7.2.3 LC正弦波发生电路
LC正弦波振荡电路采用LC并联电路作为选频电路，用于产生1MHz以上的高频正弦信号。按反馈电路的形式不同，有变压器耦合LC振荡电路、电感三点式LC振荡电路和电容三点式LC振荡电路三种。
1. 变压器耦合LC振荡电路
变压器耦合LC振荡电路如图7-6所示。
（1）放大电路 采用静态工作点稳定的分压式共发射极放大电路，起放大和控制作用。电容C1、Ce的容量较大，对交流短路，对直流起隔离作用。
（2）选频网络 图7-6中，LC并联电路接在三极管的集电极。由电路理论可知，LC并联电路的谐振频率为
在谐振频率f0下，LC并联电路呈电阻性，其等效阻抗最大，因此共射放大电路的输出电压也最大，而其他的频率的阻抗很小，所以输出电压也很小，从而达到选频的目的。
（3）反馈电路 变压器次级绕组N2作为反馈绕组，将输出电压的一部分作为反馈电压uf送回到放大电路的输入端。
为使电路产生自激振荡，必须正确连接反馈绕组N2的极性，以满足正反馈的相位平衡条件。共射放大电路的输出电压uo与输入电压ui相位相反，因此在反馈时需要将uo弹簧网反相，以达到uf与ui相位相同，即正反馈的目的。对于变压器的两个绕组N1和N2，若互为同名端，
则相位相同；若互为异名端，则相位相反。因此，只要将N覆膜砂自动生产线1和N2按图中标好的同名端连接，则uf与uo相位相反，产生正反馈。
同时，适当选择反馈绕组匝数N2和三极管的电流放大系数β，可保证足够的反馈电压，满足幅值平衡条件，使电路产生自激振荡。
（4）稳幅电路 LC正弦波振荡电路的稳幅是通过三极管的非线性实现的。当输出电压的振幅增大到一定程度时，三极管的电流放大系数β会下降，使放大电路的放大倍数也下降，起到稳幅作用。
LC正弦波振荡电路的振荡频率就是LC并联电路的谐振频率，即
变压器反馈式振荡电路易于起振，振荡频率通常为几兆赫~十几兆赫。电容C一般采用可变电容器，因此调频方便，应用较广。
2. 电感三点式LC振荡电路
电感三点式振荡电路如图7-7所示。
其结构原理与上述变压器反馈式振荡电路相似。不同的是，电路中用具有抽头的电感线圈L1和L2替代变压器。由于电感线圈通过三个端子与放大电路相连，因此称为电感三点式振荡电路。电路中，线圈的首端和尾端分别接三极管的集电极和基极，中间抽头接地。由线圈L2将输出电压的一部分，即反馈电压uf反送到输入端。如图7-7所示，将电路从P点断开，设基极输入电压ui为“+”，用瞬时极性法可判断出uf为“+”，故为正反馈，满足相位平衡条件。反馈电压uf的大小可以通过调节中间抽头的位置来改变，以满足幅值平衡条件，使电路起振。通常，反馈绕组L2的匝数为总匝数的1/8~1/4。
电感三点式振荡电路的振荡频率为
式中，L为LC并联电路的总电感。设L1和L2的互感系数为M，则L=L1+L2曲轴加工+2M，即
f0通常为几十兆赫以下。
电感三点式振荡电路用电感线圈替代变压器绕组，其优点是：电路简单；L1和L2耦合紧密，更易起振；采用可变电容器C可在较宽的范围内调节振荡频率。其缺点是振荡的输出波形较差，因此常用于对波形要求不高的场合。
3. 电容三点式LC振荡电路
电容三点式振荡电路如图7-8所示。
由于LC并联电路中的串联电容C1和C2通过三个点与放大电路相连，因此称为电容三点式振荡电路。电路中，串联电容支路的两端分别接三极管的集电极和基极，中间点接地。由电容C2将输出电压的一部分，即反馈电压uf反送到输入端。在图7-8中，用瞬时极性法可判断出反馈极性为正反馈，满足相位平衡条件。反馈电压uf的大小可以通过调节电容C2与C1的比值来改变，以满足幅值平衡条件，一般取C2为C1的2~8倍。
电容三点式振荡电路的振荡频率为
电容三点式振荡电路的振荡频率较高，可达100MHz以上，输出波形也较好。但频率调节不方便，调节范围较小，因此常用于要求调频范围不宽的高频振荡电路。
【课题7.3】 非正弦波发生电路
非正弦信号有很多种，非正弦信号产生电路也有各积种形式。本节主要介绍矩形波、三角波、锯齿波信号产生电路的基本形式和工作原理。这一类的电路都是利用电子元件的开头作用和惰性元件的充放电来实现的。在具体的电路中，电子开头可以用半导体三极管或集成运放完成，本节中的电路均采用滞回比较器。而惰性元件选择使用方便的电容元件。下面对具体的电路进行分析。
7.3.1 方波发生电路
方波产生电路又称为多谐振荡器，常用于脉冲和数字系统作为信号源。图7-9是在滞回比较器的基础上，增加一条充放电负反馈支路构成的矩形波产生电路。
1. 工作原理
从图7-9示电路，可以得出输出电压由于受到稳压管和的限制，输出只有两个值：和，如果它们的稳压值相等，那么电路输出电压正、负幅度对称：，。
