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按选频元件不同，正弦波振荡器的类型可分为 RC 、 LC 和晶体振荡器。
正弦波振荡器实质上是具有正反馈的放大器。原理框图见图4.4-1。起振条件为
当幅度维持稳定时，其中
应等于1。
实际振荡电路应该有放大器、正反馈网络、选频网络和稳幅电路等组成。
图4.4-1 正弦波振荡器原理框图
电路采用电阻与电容选频，多用来产生低频或超低频正弦信号，最常用的是文氏电桥振荡器（见图4.4-2）， R t 是具有负温度系数的热敏电阻，用来稳幅。
图4.4-2 文氏电桥振荡器
电路的振荡频率为
，文氏电桥振荡器可用双联电位器或双联电容很方便改变振荡频率，调节范围也很广，一般其振荡频率在1MHz以下。
由 LC 谐振回路作选频网络，振荡频率由谐振回路的谐振频率决定。反馈型 LC 正弦波振荡电路的三种接法比较见表4.4-1。 LC 正弦谐振荡器一般用于高频和射频电路。
表4.4-1 三种 LC 正弦波振荡器比较
（续）
主要应用在频率稳定度要求高的场合。电路特点是使用具有压电效应的晶体，通常为石英晶体（可参阅本篇第39条）。
晶体振荡器主要有串联型和并联型。
（1）串联型 电路见图4.4-3a。石英晶体引入正反馈，振荡频率等于晶体的串联谐振频率 f S 。此时，晶体等效阻抗最小，电路正反馈最强、相移为零，能满足产生正弦振荡的两个条件。
（2）并联型 电路见图4.4-3b。振荡频率介于 f S 与并联谐振频率 f p 间的很窄范围。在这一频率范围，晶体呈电感性阻抗，它与 C 1 、 C 2 组成电容三点式振荡电路。
图4.4-3 晶体振荡电路
a）串联型 b）并联型
555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路，常被用于定时器、延时器件、脉冲产生器和振荡电路。图4.4-4a及表4.4-2分别是555的外引线图及功能表。
图4.4-4 555组成的多谐振荡
a）外引线图 b）电原理图 c）工作波形
表4.4-2 555芯片功能表
由555组成的多谐振荡器电路及工作波形见图4.4-4b、c。接通电源 V DD 时刻，由于电容 C 的电压初值为零，电路输出高电平。随着 V DD 经 R 1 、 R 2 使 C 充电至 u C ≥2 V DD /3时，输出翻转为低电平，此时器件内的放电管导通，使 C 放电。当电容两端电压放电至 u C ≤ V DD /3输出又翻回高电平。如此周而复始，产生矩形波输出，振荡波的频率为
f =1/ T =1.44/（ R 1 +2 R 2 ） C
门电路、集成运放和一些专用集成电路都可构成方波、矩形波发生器。集成运放组成的方波发生器电路及工作波形见图4.4-5。电路输出方波的幅度为± U Z ，振荡频率
当 R 用图中虚框内的网络取代时，电路输出矩形波，占空比可由 R W 调节。
图4.4-5 方波发生器
a）串联型 b）并联型
由石英晶体与门电路构成的单一频率方波发生器电路见图4.4-6，其输出信号的频率精度和稳定度很高，一般用作时基。
电路及工作波形见图4.4-7。输出电压 u o1 为三角形、 u o2 为方波，波形的频率
若将电路中的积分电阻 R 换成虚框内网络， u o1 、 u o2 将分别输出矩形波和锯齿波，矩形波的占空比可通过 R w 调节来改变。
利用一个控制电压 U C 改变波形发生电路振荡频率的电路称为压控振荡器，常用VCO表示。它也是一种电压-频率变换器，在数模转换、调频、遥测遥控等设备中应用广泛，其基本电路及工作波形见图4.4-8。输出信号的频率
f 0 ≈ R 2 U C /2 R 1 RCU Z
图4.4-6 晶体振荡器
a）电路1 b）电路2
图4.4-7 方波-三角波发生器
a）电原理图 b）工作波形
目前已有专用集成电路可以实现压控振荡。5G8038集成函数发生器是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需调整个别的外部元件就能产生从0.001Hz～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号，也可以实现压控振荡。输出波形的频率和占空比可以由电流或电阻控制。图4.4-9是5G8038的外引线图及用作压控函数发生器的典型电路。当无需压控时，只要去掉与5G8038引脚8相连的电阻、电容，且把引脚7、8短接即可。
图4.4-8 压控振荡器
a）电路 b）工作波形
图4.4-9 5G8038外引线及典型应用
a）外引线图 b）典型应用电路
直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis，DDS或DDFS）技术是20世纪70年代初提出的一种频率合成技术。DDS芯片通过数模转换器将数字信号转换成模拟信号，其具有高分辨率和多输出频点的优点，并且其体积小、重量轻，便于集成。以典型的AD9833芯片为例，其通过3个串行接口即可控制其输出信号，易于与各种主流微处理器结合。其功耗极低，频率精度高，通过编程可以选择产生方波、三角波和正弦波等波形。AD9833共有10个引脚，基本参数见表4.4-3。
表4.4-3 AD9833基本参数
对特定频率有选择性的网络统称为滤波器。当网络含有源器件时，为有源滤波器。按滤波器的幅频特性不同，分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）和全通滤波器（APF）；按传递函数不同，又可分一阶、二阶和高阶滤波器。高阶有源滤波器一般可由一阶、二阶滤波器级联而成。
在滤波器的幅频特性中，允许通过的频带称为通带，相应的增益为通带增益，记作
A
up
。被阻止通过的频带称阻带，通带与阻带间幅频特性剧变的频段称为过渡带。增益下降到
时的频率称为通带截止频率，记作
f
p
。
集成运放组成的有源滤波器具有隔离性能好、易于级联成高阶滤波器等优点，但输出电压、电流的能力及频率范围均受集成运放的性能制约。
表4.4-4是一阶低通和高通有源滤波器的电路、传递函数和幅频特性比较。经比较可见LPF与HPF存在以下对偶关系：1）电路对偶：将LPF中起滤波作用的 R 与 C 互换，即得HPF电路，反之亦然；2）传递函数对偶：LPF传递函数中的 s 换成1/ s ，1 /s 换成 s ，即可得到HPF的传递函数，反之亦然；3）幅频特性放在同一坐标时，相对于直线 f = f 0 （ f 0 为特征频率，决定于 R 、 C ）对称。利用对偶关系可以很容易地从一种已知的滤波器得到对偶滤波器的电路、传递函数和幅频特性。
表4.4-4 一阶有源LPF与HPF比较
当要求通带带宽较宽时，带通滤波器可以用 A up 相等、通带截止频率分别为 f p1 与 f p2 （ f p1 > f p2 ）的两级HPF和LPF级联组成。
当通带较窄时，常用图4.4-10a所示电路，电路的中心频率 f 0 、通带电压增益 A up 、通带宽度 f BW 、品质因数 Q 分别为
式中
，应小于3。电路的传递函数为
图4.4-10 窄带带通滤波器
a）原理电路 b）幅频特性
又称陷波器，常用于电路中滤除特殊频率（如工频50Hz）的干扰信号。可用LPF与HPF并联实现，但技术上比较麻烦。由双T网络及集成运放组成的有源带阻滤波器的电路及幅频特性见图4.4-11。电路的阻带中心频率 f 0 、阻带宽度 f BW 、通带电压增益 A up 、品质因数 Q 分别为
当 R =2MΩ、 C =1591pF时， f 0 =50Hz。
图4.4-11 带阻滤波器
a）原理电路 b）幅频特性
具有平坦的幅频响应，它不改变输入信号的频率特性，但会改变输入信号的相位。利用这个特性，全通滤波器可以用做延时器、延迟均衡等。全通滤波器和其他滤波器的组合可以解决常规的滤波器（包括低通滤波器等）幅频特性和相频特性难以兼顾的问题，在数字通信领域广泛使用。
具有体积小、功耗低、精度高、稳定、便宜等优点。它用开关电容代替积分电阻或滤波电阻，改变控制“开关”的外接时钟信号频率，可以方便地改变滤波器的特征频率 f 0 ，通常截止频率 f p 也随之变化。缺点是由于时钟馈入效应，使输出电压上有寄生的小幅度时钟信号。MF10单片集成开关电容滤波器是一种具代表性的产品，它的内部有两个独立的通用二阶有源滤波器模块，原理框图、外引线图及典型接法见图4.4-12所示。改变接法，在不同输出端可实现低通、高通、全通或带阻等滤波功能。
图4.4-12 MF10单片集成开关电容滤波器
a）原理框图 b）外引线图 c）典型接法
也称电平检测器，输入信号与参考电压（也称门限电压） U R 比较，当 u I = U R 时， u O 发生翻转。电压比较器的电路、传输特性及比较过程波形如图4.4-13。 U R 也可以是负电压。 U R =0时的电路可称为零比较器或检零器，能用来检测信号电压过零的时刻。
也称施密特触发器。有两个门限电平，具有较强的抗干扰能力。典型电路、传输特性及比较过程的波形如图4.4-14。回差电压是 u O =+ U Z 时的上门限电平 U RH =+ U Z R 2 /（ R 1 + R 2 ）与 u O = -U Z 时的下门限电平 U RL = -U Z R 2 /（ R 1 + R 2 ）之差，回差电压越大，电路抗干扰能力越强，但灵敏度越低。
电路及传输特性见图4.4-15。它有两个门限电平 U RH 、 U RL ，属双门限比较器，可以鉴别信号电压介于两个门限电平间的时刻。电路常用于工业控制系统，当被测量（温度、压力或液面等）超出范围时，可以发出指示信号。
图4.4-13 电压比较器
a）电路 b）传输特性 c）比较过程波形
有单电压比较器、双电压比较器和四电压比较器；按性能不同又分为通用型、高速型、低功耗型及精密型等。图4.4-16是通用型集成电压比较器CJ311（国外型号为LM311）的引脚说明及几种典型接法电路图。
图4.4-14 滞回比较器
a）电路 b）传输特性 c）比较过程波形
图4.4-15 窗口比较器及其传输特性
a）电路 b）传输特性
图4.4-16 CJ311引脚说明及几种常用接法
a）外引线图 b）集电极输出 c）单电源应用 d）射极输出 e）带调零电位器
也称采用-保持放大器。对模拟信号进行A/D转换时，为了确保转换精度需要将模拟信号在一定时间内保持基本不变。采样-保持放大器AD783（见图4.4-17）是一款高速单芯片采样保持放大器（SHA），0.01%采集时间的典型值为250ns，输入频率最高可达100kHz。
图4.4-17 AD783引脚说明
用于实现电压-频率及频率-电压变换，也属于模/数转换电路。单片集成变换器的功能可逆，即兼有V/F和F/V变换功能。这两种变换器的输出-输入关系式分别为： f o = ku i 和 u O = qf i ，式中 k 是V/F变换的标尺因子，单位为Hz/V； q 是F/V变换的标尺因子，单位为V/Hz。理想的变换电路， k 、 q 应该为常数。表4.4-5是几种单片V/F、F/V变换器性能比较。
表4.4-5 单片V/F、F/V变换器性能比较
原理框图见图4.4-18。鉴相器比较输入信号和压控振荡器输出信号的相位，产生一个与两者相位差相关的电压，经放大后控制压控振荡的振荡频率，使它锁定在输入信号的频率上。它常用于通信系统中的高精度频率跟踪及频率合成器中。
图4.4-18 锁相环原理框图
图4.4-19为L561型集成锁相环的原理框图、外引线及典型应用电路图，该电路可工作在30MHz以下的频率。
图4.4-19 L561型集成锁相环
a）原理框图 b）外引线图 c）典型接法
是一种在其应用系统中通过计算机编程就可实现不同功能的模拟集成电路。芯片内部既具有放大、滤波、比较等功能的模拟单元电路，还配置存储器等数字单元电路和模拟布线池、参考电压、自校正单元和ISP接口等辅助单元电路。通过编程不仅可以改变这些模拟电路的性能指标，还可以通过控制内部的模拟布线池，将它们连接成各种复杂的应用电路，如放大、滤波、求和、积分、模拟电压比较、数/模转换等。其特点：1）与数字器件相比，具有简洁、经济、高速度、低功耗等优势；2）与普通模拟电路相比，它又具有全集成化、适用性强，便于开发和维护（升级）等显著优点，并可作为模拟ASIC开发的中间媒介和低风险过渡途径。利用这种集成电路设计电子系统，不仅可以大幅度缩短设计和开发周期，二期可以进一步提高系统的可靠性与精度。
是在单个芯片上集成一个完整的系统（System on Chip），一般包括中央处理器（CPU）、存储器、以及外围电路等。片上系统通常应用于小型的、日益复杂的电子设备。例如，声音检测设备的片上系统可以在单个芯片上集成音频接收端、模/数转换器、微处理器、存储器以及输入输出逻辑控制等设备。由于无可比拟的高效集成性能，片上系统是替代集成电路的主要解决方案，已经成为当前微电子芯片发展的必然趋势。