第六章(2) 非正弦波信号产生电路

;
U
;
2 R2 R1 R 2
UZ
例6.2.1反相输入迟滞比较器，R1=40KΩ , R2=10KΩ , R3=8KΩ ,UZ=6V,UREF=3V.求（1）画出电压传输特性； （2）根据ui波形画出uo波形。
解 ： （1） U T UT 40 3 40 10 40 3 40 10 10 6 40 10 10 6 40 10 3 .6V
（二）迟滞比较器 对于单限比较器，如果输入电压在门限附近有微小的干扰，就 会导致状态翻转使比较器输出电压不稳定而出现错误阶跃，为了克 服这一缺点，常将比较器的输出电压通过反馈网络加到同相输入端， 形成正反馈，将待比较电压uI加到反相输入端，参考电压UREF通过R2 接到运算放大器的同相端，如图所示，通常将此电路称为反相输入 迟滞比较器，也称反相输入施密特触发器。
2 3 VCC
3
VCC
0 0
uc↑ uc↓
2.实际应用
课堂练习：P230.6.1（7,8,9）；6.3（5,6）
P232.6.10、反相输入单限电压比较器如图p7.10所示，试画出 它的传输特性；当输入电压ui=4sinω tV时，画出输出电压的波 形。
解 : U i 2V U i 2V
U 0 6V U 0 6V
课外作业：P232.6.11， 6.12，P234.6.15, 6.16
预习资料：P226～P227 预习作业：提交预习实验报告 1、实验目的； 2、实验原理（电路图）； 3、实验器材（元件、仪器仪表等）；
4、实验操作步骤设计（自行设计）；
5、测量数据表格设计。
1.过零电压比较器
u u u 0 U 0 m ; u u u 0 U om
即：
u I 0 u o U om ; u I 0 u o U om
2.同相输入单门限比较器 如果将参考电压UREF接在运算放大器的反相端，待比较的输入 电压uI接到同相端，如下图所示，即构成同相输入单限电压比 较器，图中输出端所接稳压管用以限定输出高低电平幅度，R为 稳压管限流电阻。由于uI从同相端输入且只有一个门限，把比 较器输出电平发生跳变时的输入电压称为门限电压UT，图中的 UT=UREF。由于uI从同相端输入且只有一个门限，故称同相输入 单限电压比较器；反之，当uI从反相端输入，UREF改接到同相端 ，则称反相输入单限电压比较器。 特点： 1)工作在非线性区 ； 2)不存在虚短 (除了uI = UREF 时)； 3)存在虚断
当 ： u o 1 U T 0 .5 V i1
UT R1
ห้องสมุดไป่ตู้

光照弱： i1 0 u o 1 0 u 0 U O H 5V 光照增强：： 5 5 A u U 5V i1 0 OL 光照减弱：： i 5 A u U 5V 1 0 OH
1 .2V
例6.2.2迟滞比较器用于光控电路实例，它可将连续变化的光信 号转变成高电平或低电平离散电信号，试分析电路的工作过程。
解 ： 过 零 比 较 器 A1： u o 1 R 1 i F R 1 i1 迟 滞 比 较 器 A 2 输 出 ： U O H 5V , U O L 5V
放电 电流 为镜 像电 流。
改变电压ud则I0随之改变，uc上升与下降时间随之 而变，即可改变方波周期和频率，且f∝ud/c 故为电压频率转换电路。
（二）8038 集成函数发生器 1.原理 8038 集成函数发生器是一种多用途的波形发生器，可以用来 产生正弦波、方波、三角波和锯齿波，其振荡频率可通过外加的直 流电压进行调节，所以是压控集成信号产生器。其内部电路结构所 如下图示。外接电容C的充、放电电流由两个电流源控制，所以电 1 uc≥2/3V 0 1 0 uc≤1/3VCC CC 0 1 容C两端电压uC的变化与时间成线性关系，从而可以获得理想的三 角波输出。另外，8038 电路中含有正弦波变换器，故可以直接将 三角波变成正弦波输出。 1 1 0 1
UZ
R1 R1 R 2
U0 U0
当U0
U Z 时 , U T 0时 反相放电并正向充电 U 0为 三 角 波 U0
U 0 U 0 U Z
如 此 类 推 可 知 : U 0 为 方 波
振 荡 频 率 ： f0
1 T

R1 4 R2 R C
四、压控方波产生电路 （一）积分 - 施密特触发器型压控振荡器 输出信号频率与输入控制电压成正比的波形产生电 恒定电流充电 电压控制 路称为VCO。若用直流电压作为控制电压，压控振荡器 电流源 可制成频率调节十分方便的信号源；若用正弦波电压作 为控制电压，压控振荡器就构成了调频波振荡器；当振 荡受锯齿波电压控制时，就构成了扫频振荡器等。
上下门限电平： UT UT R4 R3 R4 6 2 5 U REF R3 R3 R4 U OH 6 2 5 2 5 .5 V
“0”
0 .5 V
当 ： u o1
2 UT 5 .5 U T 5 .5 V i1 5 5 A时 ： u o 跃 变 为 - 5 V R1 100
设 接 通 电 源 : U 0 U Z UT R2 R1 R 2 ( U Z ) R1 R1 R 2
R2 R1
U0 U0
U 0线 性 增 加 : 当 U 0 U 0 U 0 U
U Z 时 , U T 0时 U0
Z
放电并反相充电
U0
R2 R1 R 2 R2 R1
预习作业：
1、电压比较器的基本功能是什么？电压比较器中的集成运放是 工作在闭环还是开环状态？
2、什么叫门限电压？迟滞比较器有几个门限电压？回差电压是
什么？ 3、正弦电压输入到过零比较器，输出是什么信号？ 4、方波产生电路要不要输入信号？它是靠什么物理过程使得集 成运放的反相输入端电位改变，从而使输出发生翻转？
5、三角波产生电路是有哪几部分组成的？方波和三角波各从哪
个节点输出？ 6、积分施密特触发器型压控振荡电路中的电容起何作用？
§6.2 非正弦波信号产生电路 教学要求 1、掌握单限比较器与迟滞比较器的工作原理； 2、熟悉压控方波产生电路的工作原理； 3、了解8038集成函数发生器的外部管脚排列及外接 电路特点。
一、电压比较器(Comparer)
电压比较器的基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较 结果输出高电平或低电平电压。电压比较器广泛应用于非正弦波信 号的产生和变换以及模/数转换等。 电压比较器分为基本比较器和迟滞比较器（施密特触发器）两大 类，其中基本比较器又分为简单比较器（单门限）和窗口比较器 （双门限）。 （一）单限电压比较器 理想集成运放工作在开环状态下，其输出只有正饱和和负饱和 值两种状态，当同相端输入电压大于反相端电压时，输出为正饱和 值，即UO=UOM，反之，输出为负饱和值，即UO=-UOM。 比较器输出由一种状态跳变到另一种状态时，所对应的输入电 压值称为门限电压。只有一个门限的比较器称单限比较器，若门限 电压为零，称为过零比较器。
1.电路组成和输出波形
UT
R2 R1 R 2 R2
UZ
UT+
UZ
UT
UT-
R1 R 2
2、振荡频率
T 2 R C ln (1 1 T 2 R2 R1 f )
振 荡 周 期 ： 先 求 u c从 U T 充 电 到 U T 所 需 时 间 。 u c ( t ) u c ( ) [ u c ( 0 ) u c ( )] e u c (0 ) U T u c ( ) U Z ; u c (t ) U
Z
Z
当 u I u p时 ， 状 态 翻 转
2.传输特性
当uI逐渐增大时： 只要uI<UT+,则uo=UZ,一旦ui>UT+,则uo=-UZ； 当uI逐渐减小时： 只要uI>UT-,则uo=-UZ,一旦ui<UT-,则uo=UZ；
特点：uI上升时它就与上门限进行比较； uI下降时它就与下门限进行比较； 回差电压：△U=UT+-UTUT UT R 1U R E F R 2U Z R1 R 2 R 1U R E F R 2U Z R1 R 2
Z t

R2 R1 R 2
U
Z
RC
R2 R1 R 2 U U Z ]e
t
t
[

Z
U
Z

R1 2 R 2 R1 R 2

t
U Ze

UT
R2 R1 R 2
U
Z
有 ： （1 R1 R1 R 2
t
R2 R1 R 2 R1 R 2
1.电路和门限电压
U
P

R1 R1 R 2 R 1U
REF
U
REF

R2 R1 R 2
Z
U
Z
U
T

R 2U R 2U
R1 R 2 R 1U
REF Z
;
U
T

R1 R 2
;
当 u I u p时 ， u o U 当 u I u p时 ， u o U
5 A时 ： u o 跃 变 为 + 5 V 100 u0/v
0 .5
0
5
55
i1/μA
二、方波产生电路(Astable Multivibrator) 用迟滞比较器构成的方波产生电路如下图所示，由于 方波包含极丰富的谐波，因此方波产生电路又称多谐振 荡器。下图电路用来产生固定的低频率的方波信号，是 一种较好的振荡电路，但是输出方波的前后沿陡度取决 于集成运放的转换速率SR，所以当振荡频率较高时，为 了获得前后沿较陡的方波，必须使用SR较大的集成运放。