项 目 8 正弦波振荡器的认知及应用电路的制作
学习目标
1．知识目标
(1) 了解由正弦波振荡电路的基本知识，了解常见正弦波振荡路的种类及应用场合。 (2) 掌握石英晶体振荡电路的元件的组成及工作原理。 (3) 了解非正弦发生器的电路组成及工作原理。 (4) 了解滤波电路的分类及原理分析。 2．技能目标
(1) 掌握石英晶体振荡器的识别方法。
(2) 利用可以由晶体管、运放LM358 等通用器件制作幅值、频率可变的正弦振荡器，学会对电路所出现故障进行原因分析及排除。
(3) 按工艺要求制作音箱分频器，掌握对分频器的调试。
生活提点
在前面音频放大电路各级测试中，都需要在输入端加上一定频率和幅值的低频正弦波信号，在后序各数字应用电路的测试中，还需用到一定频率和幅值的矩形波等数字脉冲信号，这些信号是怎么产生的呢？通过相应振荡器的制作及测试来了解各种波形的产生机理。
项目任务
（1）利用运放LM358、石英晶体振器等通用器件制作幅值、频率可变的正弦波振荡器。正弦波振荡器输出频率范围为2.9~5.3kHz，且幅值可调。 （2）制作LC电容反馈式三点式振荡器。
（3）制作音箱分频器。音响分频器采用二分频方式。
实验电路分别如图8.1、图8.2、图8.11所示，可在面包板和万能板上制作。
项目实施
8.1正弦波振荡器的制作
由LM358运放组成的幅值、频率可变的正弦波振荡器的电路图如图8.1所示。
图8.1 幅值、频率可变的正弦波振荡器电路图
器件清单如表8-1所示。
表8-1正弦波振荡器器件清单
序号 1 2 3 4 5 6 名 称 电阻 电阻 电阻 电位器 电位器 电容 规 格 47kΩ 27kΩ 100kΩ 100kΩ 27kΩ 0.1μF/63V 数量 2 1 2 1 1 1 序号 7 8 9 10 11
名 称 面包板 导线 双踪示波器 晶体管毫伏表 晶体管稳压电源 规 格 50mm×120mm — — — — 数量 1 若干 1 1 1 1 8.1.1 振荡器的类别和应用
振荡器又称信号源，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。 振荡器能够产生多种波形， 如三角波、 锯齿波、 矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。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。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频(高频)发射，这里的射频波就是载波，把音频(低频)、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
正弦信号主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按频率覆盖范围分为低频(200～20000Hz)信号发生器、高频信号发生器(100kHz～30MHz)和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器(即信号源)、标准信号发生器(输出功率能准确地衰减到-100dBm以下)和功率信号发生器(输出功率达数十毫瓦以上)；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器；等等。
8.1.2 电路组成及原理分析
由A1组成的电路相当于比例积分器，A2所组成的电路相当于比较器。
接通电源后，A2 输出为低电平(0V)，而A1输出为高电平，由于有电容C，所以这个高电平是逐渐增长的，即随着电容C经RP2、R2去路不断地充电，使A1的1脚电位逐渐增长。当其电位增长到高于UCC/2时，A2输出变为高电平。A2的高电平使A1反相端为高电平，则A1输出为低电平，但由于C上电压不能突变，其输出端电位只能随电容C经RP2、R2支路反相充电而下降。当下降到低于UCC/2时，A2输出又变成低电平。于是A1输出力图为高电平，C由于上的电压不能突变，其输出端电位只能随C的充电逐渐上升，依次类推，电路产生正弦波。
振荡频率：f?2.9～5.3kHz。
输出信号的幅度调节通过改变RP1来实现，此电路幅度调节范围为2～6V。
1 。调节 RP2可改变振荡频率，此电路频率变化范围为
2??RP2?R2?C8.1.3 实施步骤
(1) 在面包板上安装前仔细检查元器件，确保元器件处于良好状态。
(2) 将电阻、电位器、LM358等元件按原理图正确连接在面包板上，将电路输出端连接至双踪示波器，检查无误后将晶体管直流稳压电源接入并通电。
(3) 通过示波器观察电路的输出电压的波形，并记录此时输出波形的幅值Uo及频率f。 (4) 调节电位器RP1，观察输出波形的幅值变化以及极限值Uomin和Uomax并作记录。 (5) 调节电容C和电位器RP2，观察输出波形的频率变化以及极限值并作记录。 (6) 将输出信号的幅值调至3V，频率调至1kHz，记录此时电位器RP1和RP2的值并与理论计算值进行比较，观察是否吻合。将所有数据记录于表 8-2中。
表8-2 正弦波振荡器测试记录表
测试步骤 步骤（3） 步骤（4） 步骤（5） 步骤（6）
测试结果 Uo= f= Uomin= Uomax= fomin= fomax RP1= RP2= 通过正弦波振荡电路的制作及测试，可以看到该电路所产生波形的机理，即通过RC电路的充放电使得波形从无到有并能达到稳定的输出，但从输出波形来看也存在着一定的局限性，其一，幅值调节幅度较小；其二，频率范围太窄，仅局限于低频区间。如何产生幅值、频率调节范围更宽的振荡信号？接下来继续学习其他的振荡电路。
8.2 LC电容反馈式三点式振荡器的制作
该电路原理如图8.2所示。
图8.2 LC电容反馈式三点式振荡器
器件清单见表8-3。
表8-3 LC电容反馈式振荡器的器件清单
序号 1 2 3 4 5 6 7 名 称 电阻 电阻 电阻 电阻 电感 电感 电容
规 格 1kΩ 4.3kΩ 5.1kΩ 100kΩ 0.33kΩ 12mH 0.1μF/63V 数量 2 1 1 1 1 1 1 序号 8 9 10 11 12 13 14 名 称 电容 电容 电容 面包板 导线 双踪示波器 晶体管稳压电源 规 格 10μF 100pF、120pF、680pF 120pF、680pF、1200pF 50mm×120mm — — — 数量 1 3 3 1 若干 1 1 振荡器能够输出一定频率和幅值的振荡波形是遵循了从无到有、从小到大并最终达到信号稳定输出的产生机理，先通过“扩音系统啸叫”实例来了解这一过程。
8.2.1 自激振荡现象
扩音系统在使用中有时会发出刺耳的啸叫声，称之为自激振荡现象，其形成的过程如图 8.3 所示。
图8.3 音响系统的自激振荡现象
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