清华模电课件第25讲 非正弦波发生电路(新).ppt

常见的非正弦波 8 5矩形波发生电路 8 6三角波发生电路 8 7锯齿波发生电路 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 8 5矩形波发生电路一 什么是矩形波 如图8 19所示波形 图中 T1为高电平的持续时间 T2为低电平的持续时间 T为周期 即T T1 T2将高电平的时间与周期的比值定义为占空比 记为q占空比为0 1至0 9的波形定义为矩形波 其中占空比为0 5的矩形波又称方波 是矩形波的特例 二 占空比可调的矩形波发生电路 基本上是由滞回比较器与RC积分电路构成 为了实现占空比可调 只需使T1 T2 为此加了两个二极管与一个电位器 将RC充放电通路分开 并实现占空比可调 限幅器由两个稳压管构成 起箝位作用 其限幅值为 UZ 提供矩形波的幅值 根据求阈值的方法可求得滞回比较器的阈值为 R1UZ R1 R2 传输特性如图 b 所示 工作原理 设V1 V2的内阻分别为rd1 rd2 并且rd1 rd2 当Uo UZ时 V1导通 V2截止 使电容C充电 充电时间常数 充 R rd1 R W C UC由小到大不断上升 极性上正下负 当UC升到UTH1 R1UZ R1 R2 时 比较器发生负跳变 Uo由 UZ变为 UZ 当Uo UZ时 V1截止 V2导通 又使电容C放电 其放电时间常数 放 R R W rd2 C UC不断下降至UTH2 R1U2 R1 R2 时 比较器发生正跳变 Uo由 UZ变为 UZ 上述过程重复进行 于是振荡发生了 调节RW 只要R W R W 就能产生矩形波 当R WR W时 则 充 放 T1 T2 Uo的波形也是矩形波 波形与图8 20 c 中相反 当R W R W时 则 充 放 T1 T2 占空比T1 T 0 5 Uo波形为方波 三 振荡周期与频率 根据充放电理论 由图 b 看出 设UC R1UZ R1 R2 即UTH2 在UOH UZ的作用下 电容C充电的关系式为UC由UTH2 R1UZ R1 R2 上升到UTH1 R1UZ R1 R2 的时间为T1 由此得解得同理得 三 振荡周期与频率 矩形波的振荡周期是振荡频率占空比为可见 调节RW电位器可使占空比变化 四 方波发生电路 是由带限幅器滞回比较器和RC充放电回路两部分构成 与矩形波电路所不同的是充放电回路相同 充 放 RC 故使T1 T2 q 0 5 从而使Uo产生方波 同时在电容C上产生线性不好的三角波 如图 b 所示 方波的幅值由 UZ决定 而三角波的幅值由滞回比较器的阈值 R1UZ R1 R2 决定 方波的重复周期为振荡频率 8 6三角波发生电路 如果把一个方波信号接到积分电路的输入端 那么 在积分电路的输出端可得到三角波信号 而比较器输入三角波信号 其输出端可获得方波信号 根据这一原则 采用抗干扰能力强的同相滞回比较器和反相积分器互相级联 构成三角波信号发生电路 滞回比较器起开关作用 使Uo形成对称方波 作为积分器的输入信号 Uo作为A1的同相输入信号 反相积分器起延迟作用 或线性上升或线性下降 使Uo形成线性度高的三角波 由Uo至R1连线的作用是使Uo三角形的幅值不受Uo1方波频率的影响 设t 0时Uo1 UZ 电容器初始值UC 0 0 Uo 0 当t 0 t1时 Uo1 UZ 电容C被充电 由反相积分 Uo线性下降 当t t1时 比较器状态翻转 Uo达到负的最大值 当t t1 t2时 Uo1 UZ 电容C放电 放 RC 经反相积分 Uo线性上升到t2时 比较器状态又翻转 Uo达到正幅值 以上过程反复进行 于是电路振荡起来 由于 充 放 RC 所以Uo形成三角波 解出 所以 可见 只要R1 R2 UZ稳定不变 则Uom就是一个稳定不变的值 而与Uo1方波的频率无关 方波的幅值由限幅值 UZ决定 而由波形图知当Uo1发生翻转的时刻对应的输出电压就是最大值Uom 所以三角波的幅值就是比较器的阈值 由叠加原理求出 三角波的周期可由波形图求出 t2 t1 T 2 对应2Uom 再由反相积分 即 解出 振荡频率 可见 先固定R1 R2 使满足Uom不变 再粗调电容C 细调电阻R 使满足振荡频率f0 使调幅与调频互不影响 8 7锯齿波发生电路一 电路组成 包括同相输入滞回比较器 A1 和充放电时间常数不等的积分器 A2 两部分 共同组成锯齿波电压产生电路 二 门限电压的估算 单独画出由A1组成的同相输入滞回比较器 图 b 中的Ui就是原中的Uo 即Ui Uo 由图 b 有 考虑到电路翻转时 有U 1 U 1 0 代入上式 解出 二 门限电压的估算 由于Uo1 UZ 可分别求出上 下门限电压和门限宽度为 三 工作原理 1 设t 0时接通电源 有Uo1 UZ 则 UZ经R6向C充电 使输出电压按线性规律增长 当Uo上升到门限电压UT 使U 1 U 1时 比较器输出Uo1由 UZ上跳到 UZ 同时门限电压下跳到UT 值 2 Uo1 UZ经R6和V1 R5两支路向C反向充电 由于时间常数减小 Uo迅速下降到负值 当Uo下降到下门限电压UT 使U 1 U 1时 比较器输出Uo1又由 UZ下跳到 UZ 3 如此周而复始 产生振荡 由于电容C的正向与反向充电时间常数不相等 输出波形Uo为锯齿波电压 Uo1为矩形波电压 可以证明 若忽略二极管的正向电阻 其振荡周期为 当R5 V1支路开路 电容C的正 反向充电时间常数相等时 此时 锯齿波就变成三角波 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