正弦信号发生器

信号发生器是一种不需要外加输入信号，依据自激振荡的原理，产生具有一定幅度的周期性输出信号的装置。它广泛应用于测量、自动控制、通信、广播电视以及金属的熔炼、淬火、焊接等工程技术领域中。1．自激振荡的产生条件正弦信号发生器是通过放大器引入合适的正反馈而构成的。产生自激振荡必须满足两个条件：（1）振幅条件 反馈电压的幅度要与原输入电压的幅度相等，就是说要有足够的反馈量，表达式为 （2）相位条件 反馈电压 与原输入电压 必须同相位，就是说必须满足正反馈的要求。总之，相位条件保证了起振，振幅条件维持了等幅振荡。2．RC桥式正弦信号发生器RC桥式正弦信号发生器又称文式电桥（Wienbridge）振荡器，其原理电路如图所示。这个电路由两部分组成，即放大器和选频网络。前者为由集成运放和电阻Rf 、Rl 所组成的电压串联负反馈放大器，取其输入电阻高和输出电阻低的特点。后者由Z1 和Z2 组成，同时构成正反馈连接。由图可见，Z1、Z2和Rl、Rf 正好形成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大器的两个输入端，桥式振荡器由此而得名。 关于推导运算放大器的各种运算关系的总结：分析运算关系的前提，是运算放大器应工作于线性工作区（从电路结构上应有负反馈存在）。当认清运放工作于线性工作区之后，通常采用如下三种方式：（1）对于由多个运算放大器组成的运算放大电路，要善于化整为零，分割成若干个基本单元运算电路（反相比例、同相比例，求和、差动、积分、微分等）。再利用这些基本单元运算电路的基本关系式，进行推导运算关系。（2）对于往往是由一个运算放大器构成的运算电路，但又不和基本单元运算电路的电路结构一样。只能模仿书中基本单元运算电路的推导过程，利用虚断、虚短、虚地来推导。（即使用ii=if 或u+=u- 把输入量ui 与输出量uo 联系起来，形成一个关系式）。【例】 在右图所示的电路中，试写出通过负载电阻RL 的电流iL 与输入信号ui 之间的关系式。 解：由图可以写出关系式 这一关系式说明，通过负载电阻的电流 iL的大小与负载电阻无关RL，ui只要和RL 恒定，负载中的电流 就恒定。右图的电路是负载浮地的电压－电流转换器电路。（3）复杂的运算放大电路一般是几种推导方法的综合。就是既利用基本单元运算电路的运算关系式，又要利用虚断、虚短、虚地，还要利用求解分析电路的各种定理、定律及分析方法。（常用的是欧姆定律、基尔霍夫定律与叠加原理）【例1】 右图所示为同相输入的加法运算电路。试用叠加原理求证该电路的运算关系为 解：利用叠加原理，设uil 单独作用（这时ui2=0），有 设 ui2单独作用（这里uil=0 ），有 所以输出电压uo 为若，则 实现了加法运算。为做到电路对称，各电阻应满足 。【例2】为了保证自动控制系统的稳定运行，提高控制质量，在一些自动控制系统中常引入比例―积分―微分校正电路，简称PID校正电路，如图所示解：根据虚地和虚断，由图可得此式说明输出电压与输入电压成比例、积分和微分关系。有时也称它为比例―积分―微分放大器或PID调节器。