高二物理竞赛课件电路的弛张振荡器

迟滞比较器的特点： 1、具有很强的抗干扰能力 2、正反馈加速了状态转换，改善了输出波形的边缘 3、具有两个状态，且具有记忆功能 迟滞比较器又称为施密特触发器或者双稳态电路。
例3.1.2 电路如图(a)，输入波形如图(b)，试画出uo1和uo2 的波形。
ui
R1
1k
R2
5 k 12V
-
3k
+ A1
uo1
0
t
U’o2m
双运放方波–三角波振荡器的输出波形
1）uo1 和 uo2 的幅度计算
a) uo1的幅度
uo1的高电平 UOH
U
，低电平
CC
U
OL
U EE
Uo1PP 2UCC
uo2为三角波，当uo1为高电平时，C充电电流为ic=αUoH/R， uo2随时间线性下降。A1反相端接地，当U+过零时，A1输出状态 发生变化，
U
R1 R1 R2
U oH
R2 R1 R2
U o2
U
0
故
U o2
U o2m
R1 R2
U oH
R1 R2
U CC
b）uo2 的幅度
当uo1为低电平时，C反充电，充电电流为ic=αUoH/R， uo2随时 间线性上升。当U+再次过零时，有：
故 因此
U
'
R1 R1 R2
U oL
R2 R1 R2
U o2
U
0
U
' o2
U 'o2m
R1 R2
U oL
R1 R2
U EE
U o2pp
2
R1 R2
U CC
当R1 > R2时，三角波的幅度将超过方波的幅度。
即由高电平跳变到低电平UoL。此时的U+记为高门限电压UTH：
U TH
F正U oH
R2 R1 R2
U oH
由高电平跳变到低电平UoL时，电容开始放电，并反向充电，
并趋向UOL，此时参考电压为：
U
'
F正U oL
R2 R1 R2
U EE
定义
U TL
当电容电压 uc(t)下降到UTL时，输出从低电平跳变为高电 平。周而复始，运放输出为方波，其峰峰值为：
电路特点：A1构成同相输入的迟滞比较器， A2为理想积分器 理想积分器保证电容恒流充放电，因而三角波线性很好。
电路工作原理：
A1 输出为方波，该方波通过电阻R给电容C恒流充放电， 形成线性度很好的三角波，三角波又去控制迟滞比较器的状 态转换，周而复始形成振荡。
uo1
UoH
T1
T2
0
t
UoL
uo2
Uo2m
UoL
UoL
T/2 t1 T T2 T1
单运放弛张振荡器及其波形
单运放弛张振荡器特性分析
假定输出为高电平，且电容出示电压为 uc(0)=0，则电容按 指数规律充电，并趋向UoH，此时U+为：
U
F正U oH
R2 R1 R2
U oH
R2 R1 R2
U CC
比较器参考 电压
当uC上升到该电平值时，即U-=U+，则输出状态要发生翻转，
电路的弛 张 振 荡
电路的弛 张 振 荡
弛张振荡器是方波-三角波产生器，对于方波信号，其状 态有时维持不变，有时发生突跳。为区别正弦振荡器而称之为 弛张振荡器。
电路特点：正反馈电路，由两部分组成：一部分为状态记 忆电路，一部分为定时电路，用来控制状态转换的时间。
状 态记 忆 单元
定 时单 元
弛张振荡器框图
uc
(t
)
U
C
()
U
C
()
U
C
(0)
e
t
其中： UC () UoH UCC
UC (0)
UTL
R2 R1 R2
U oL
RC
当 t=T1 时，发生转换：
从而
uc (T1)
UTH
R2 R1 R2
U oH
T2
ln
UoH UoH
UTL UTH
振荡频率为：
f0
1 T
1 2T2
1 2RC ln1
-12V
12V
-
+ A2
uo2
-12V
ui 1.6V
t
0
-1.6V
10 k 10 k
一、单运放弛张振荡器
单运放将状态记忆电路和定时电路集中在一起，如图所示
R
uo(t) uc(t)
UCC
-
+ A1
UoH
uo
R2 R1+R2
UoH
uc(t) t2
t
uC = C
-UEE
R1
R2 R1+R2
UoH
R2
0
R2 R1+R2
2R2 R1
例3.2.1 电路如图，设CμF，
R
R=50k，R1=R2=10k，UCC=|UEE|=12V,
UCC -
试求uo(t)和uc(t)的波形幅度和频率。
解：1） uo(t)为方波，其幅值为：
Uom UoH | UoL | UCC 12V
uC = C
+ A1
-UEE
R2 R1+R2
UoH
R1 R2
uo
2） uc(t)近似为三角波，其幅值为：
U CH
| UCL
|
R2 R1 R2
U oH
10k 10k 10k
12V
6V
3)振荡频率为：
f0
1 2RC ln1
2R2 R1
91Hz
二、双运放构成的弛张振荡器
R2
R1
UCC
+
A1
-
-UEE
R uo1
RW
ห้องสมุดไป่ตู้
C
UCC
-
A2
+
uo2
-UEE
双运放方波-三角波振荡器
U opp U oH U oL 2U CC
由于RC不是理想的积分器，因此电容电压uC上近似为 三角波，其峰峰值为：
U Cpp
UTH
U TL
2
R2 R1 R2
U CC
由于电容充放电时间常数都为T=RC，因此T1=T2，占空比为 D=T2/T1=50%。
分析计算振荡频率 f 0
根据三要素法，电容电压为：