模拟电子技术基础 第25讲 非正弦波发生电路
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(a)原理电路
vo,vc (b)波形图
(VZ+VD)
Vth
•
•
0 t0
t1
t2
Vth
•
−(VZ+VD)← T →
2
←TH→←TL→
当vc↑= Vth
vo↓=vOL= −(VZ+VD)时,
t
基准电压 Vth
R3 R2 R3
(VZ
VD )
vo→R1→C负向充电→vc↓
(先放掉正电压,再充上负电压)
7.5 非正弦振荡电路
ln(1
2R3 R2
)
占空系数
−(VD+VZ)
←TL→←TH→
←T
(b)波形图
d TH R1 Rw2 T 2R1 Rw
7.5 非正弦振荡电路
7.5.2 三角波发生电路(图7-5-3 P340)
C
vo1 电路组成:
vN1 •
_
vP1 A1
•
R2
R3 •
R•_ A2 •
IC构成同相滞回比较电路
第二十五讲 非正弦波发生电路
一、常见的非正弦波 二、矩形波发生电路 三、三角波发生电路 四、锯齿波发生电路 五、波形变换电路
一、常见的非正弦波
矩形波
三角波
锯齿波
尖顶波
阶梯波
矩形波是基础波形,可通过波形变换得到其它波形。
二、矩形波发生电路
输出无稳态,有两个暂态;若输出为高电平时 定义为第一暂态,则输出为低电平为第二暂态。
经理论分析可得:
T
2
R2 R1
(RW
2rd )C
f 1
R1
T 2(RW 2rd )R2C
其中rd为二极管的正向动态电阻
D1
R1
D2
R2
C 0.02F
A1
R3 u O1 10k
R4
A2
R5
u O2
500
DZ UZ
i u
O
(a)
(b)
讨论二
现有频率为1kHz的正弦波ui,实现下列变换:
1kHz的正弦波ui ↓
2kHz的正弦波 ↓
2kHz的方波 ↓
2kHz的三角波
7.5 非正弦振荡电路
7.5.1 矩形波与方波发生电路
4. 波形分析
脉冲宽度
根据三要素,即起始值、终了值、时间常数,求出
T
2R3C
ln(1
2R1 R2
)
占空比
Tk T
50%
5. 占空比可调电路
正向充电和反向充电时间常数可 调,占空比就可调。
为了占空比调节范围大,R3应如何取值?
三、三角波发生电路
1. 电路组成
用积分运算电路可将方波变为三角波。
uO↑→ uN↑→ uO↑↑ ,直至 uO= UZ, uP=+UT,第一暂态。
3. 工作原理:分析
第一暂态:uO=UZ, uP=+UT。
电容正向充电,t↑→ uN↑,t→∞ , uN → UZ;但当uN =+UT时,再增 大, uO从+ UZ跃变为-UZ, uP=- UT,电路进入第二暂态。 电容反向充电,t↑→ uN↓,t→∞ , uN →- UZ;但当uN =- UT时,再减小, uO从- UZ跃变为+UZ, uP=+UT,电路返回 第一暂态。
vo
(A1,R1,R2) +反相有源积分电路(A2,R,C)
工作原理:
vo1 (VZ+VD)
0
−(VZ+VD) vo
Vom (Vth )
0
Vom (Vth )
R1
DZ
(a)电路原理
t
T 2
t
(b)波形图
当vo1=(VZ+VD)时,
当v
o
Vth时,
基准电压
Vth
R2 R1
(VZ
VD )
vo负向线性增大 vo
2. 三角波变锯齿波:二倍频
利用 电子 开关 改变 比例 系数
如何得到?
3. 三角波变正弦波
三角波用傅立叶级数展开,除基波外,还含有3次、5
次……谐波。
范围是什么?
若输入信号的频率变化不大,则可用滤波法实现。
若输入信号的频率变化较大,则可用折线法实现。
讨论一
已知uO1和uO2的峰-峰值均为12V,二极管为理想二极管。 1. 求出稳压管的稳压值UZ和R4的阻值; 2. 定性画出uO1、uO2的波形图; 3. 求解δ的表达式。
uP1
R1 R1 R2
uO1
R2 R1 R2
uO
令uP1
uN1
0,将uO1
U
代入,求出
Z
UT
R1 R2
U Z
三角波发生电路的振荡原理
电路状态翻转时,uP1=?
uO
1 R3C
uO1(t2
t1)
uO (t1)
uP1
R1 R1 R2
uO1
R2 R1 R2
uO
合闸通电,通常C 上电压为0。设uO1↑→ uP1↑→ uO1↑↑,直至 uO1 = UZ(第一暂态);积分电路反向积分,t↑→ uO↓,一旦uO 过- UT ,uO1从+ UZ跃变为- UZ (第二暂态) 。
v
o1
(VZ
VD
)
振荡频率
基准电压Vth-
R2 R1
(VZ
VD )
v
正向线
o
性增
大
v
o
当v
o
Vth时,
v
o1
(VZ
VD )
T 4RC R2 R1
f 1 R1 T 4RCR2
v
o1为方波,v
为线性良好的三角波
o
7.5 非正弦振荡电路 7.5.3 锯齿波发生电路
−
+ A1+
•
R2 R1
振荡周期T 经理论分析(P330)可得
T TH TL 2TH
2 R1C
ln(1
2R3 R2
)
(7 5 6)
图示电路vOH vOL ,Vth Vth- ,且单积分 时间常数 R1C,vo为方波
7.5 非正弦振荡电路
7.5.1.2 矩形波发生电路
C +v_c
R1
vN _
A+ +
D1 Rw1
积分电路正向积分,t↑→ uO↑, 一旦uO过+ UT , uO1从 - UZ跃变为+ UZ ,返回第一暂态。重复上述过程,产生周期性的 变化,即振荡。
3. 波形分析
为什么为三角波?怎样获得锯齿波?
如何调整三角波的幅值和频率?
“理性地调试”:哪
UT
1 R3C
U Z
T 2
(UT )
T 4R1R3C R2
两个RC环节
实际电路将两个RC 环节合二为一
UZ
uO要取代uC,必须改变输入端。 集成运放应用电路的分析方法:
为什么采用同相输 入的滞回比较器?
化整为零(分块),分析功能(每块),统观整体,性能估算
2. 工作原理
uO
1 R3C
uO1(t2
t1) uO (t1)
滞回比较器 积分运算电路
求滞回比较器的电压传输特性:三要素 UOH 、 UOL , UT, uI过UT时曲线的跃变方向。
1. 基本组成部分 (1)开关电路:输出只有高电平和低电平两种
情况,称为两种状态;因而采用电压比较器。 (2)反馈网络:自控,在输出为某一状态时孕
育翻转成另一状态的条件。应引入反馈。 (3)延迟环节:使得两个状态均维持一定的时
间,决定振荡频率。利用RC电路实现。
2. 电路组成
UZ UZ
滞回比较器 RC 回路
7.5.1.1 基本方波发生电路 图7-5-1 R1
电路组成:IC构成反相滞回比较电路 (A,R2,R3)+无源积分电路(Rt,C)
vN _
C
+ v_c
A+ vP +
R3
R2
工作原理:
R4
vo
vo=vOH=+(VZ+VD)时,
±(Vz+VD)
基准电压:Vth
R3 R2 R3
(VZ
VD )
vo→R1→C正向充电→vc↑
7.5.1 矩形波与方波发生电路
7.5.1.1 基本方波发生电路 图7-5-1 R1
vN _
R4
C
+ v_c
A+ vP +
vo
R3
R2
±(Vz+VD)
(a)原理电路
Baidu Nhomakorabea
vo,vc (b)波形图
(VZ+VD)
Vth
•
•
0 t0
t1
t2
t
−(VZ+VVDth)
•
← T→
2
←TH→←TL→
当vc↓= Vt,h vo↑=vOH,C又被正向充电, 形成振荡状态。(如波形图所示)
些参数与幅值有关?哪 些参数与频率有关?先 调哪个参数?
四、锯齿波发生电路
1. R3应大些?小些? 2. RW的滑动端在最上 端和最下端时的波形?
≈T
3. R3短路时的波形?
五、波形变换电路
1. 利用基本电路实现波形变换
正弦波变方波、变矩形波,方波变三角波, 三角波变方波,固定频率的三角波变正弦波
D1
R3 v•o1
R Rw1
C
−
A
• D2
Rw2 B + A2+ R4
DZ ±(VD+VZ)
• vo
vo vo1
(VZ+VD) Vth
o
正 程
t1
Vt+h
vo
−(VZ+VD)
vo1 回程
放 t2 ← TL →
T
(b)波形图
充 t
TH
三角波发生电路中,有源积分电路 单积分时间常数改为双积分时间常 数 → 锯齿波发生电路。
UT
R1 R1 R2
U Z
正向充电:
uO(+UZ)→R→C→地 反向充电:
地→C→ R → uO(-UZ)
3. 工作原理:分析方法
方法一: 设电路已振荡,且在某一暂态,看是否能自动翻 转为另一暂态,并能再回到原暂态。 方法二: 电路合闸通电,分析电路是否有两个暂态,而无 稳态。
设合闸通电时电容上电压为0, uO上升,则产生正反馈过程:
若要求 vo 为矩形波,
Rw2
简便方法:单时间常数 → 双时间常数
D2
R4
vo
(±VZ+VD)
R2
R3
Dz
经理论分析:
TH
( R1
Rw2 )C
ln(1
2R3 R2
)
vo vc
VD+VZ
Vth
(a)原理电路
放充
TL
( R1
Rw1)C
ln(1
2R3 R2
)
o t1 t2 t3
t4
Vth
t
T
(2R1
Rw )C