非正弦信号产生电路.ppt

9 4非正弦信号产生电路 一 电压比较器 将一个模拟电压信号与一参考电压相比较 输出一定的高低电平 功能 特性 运放组成的电路处于非线性状态 输出与输入的关系uo f ui 是非线性函数 1 运放工作在非线性状态的判定 电路开环或引入正反馈 运放工作在非线性状态基本分析方法 2 运放工作在非线性状态的分析方法 若UP UN则UO UOM 若UP UN则UO UOM 虚断 运放输入端电流 0 注意 此时不能用虚短 3电压比较器的种类 单门限比较器迟滞 滞回 比较器窗口比较器 1 单门限电压比较器 1 过零比较器 门限电平 0 限制差模输入电压 保护输入级 加二极管限幅电路 例题 利用电压比较器将正弦波变为方波 2 单门限比较器 与参考电压比较 UREF UREF为参考电压 当ui UREF时 uo Uom当ui UREF时 uo Uom 运放处于开环状态 UREF 当uiUREF时 uo Uom 若ui从反相端输入 用稳压管稳定输出电压 忽略了UD 3 带限幅的电压比较器 实用电路为满足负载需求 输出加稳压管限幅电路 稳幅电路的另一种形式 将双向稳压管接在负反馈回路上 R R 若同向端接参考电压会怎样 一般单门限比较器 根据叠加原理 令uN uP 0 得 单门限比较器的抗干扰能力 特点 电路中使用正反馈 1 因为有正反馈 所以输出饱和 2 当uo正饱和时 uo UOM 3 当uo负饱和时 uo UOM 2 迟滞比较器 1 反相输入 设ui 当ui UT uo从 UOM UOM 这时 uo UOM UP UT 设初始值 uo UOM UP UT 设ui 当ui UT uo从 UOM UOM 传输特性 UT 上门限电压UT 下门限电压UT UT 称为回差 例 设输入为正弦波 画出输出的波形 加上参考电压后的迟滞比较器 上下限 ui极大时 uo Uz ui极小时 uo Uz传输特性曲线如图 例题 R1 10k R2 10k UZ 6V UREF 10V 当输入ui为如图所示的波形时 画出输出uo的波形 上下限 2 同相输入 上下限 R1 10k R2 20k UZ 6V 画出输出特性曲线 ui极大时 uo Uz ui极小时 uo Uz传输特性曲线如图 通过上述几种电压比较器的分析 可得出如下结论 1 用于电压比较器的运放 通常工作在开环或正反馈状态和非线性区 其输出电压只有高电平VOH和低电VOL两种情况 2 一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系 3 电压传输特性的关键要素输出电压的高电平VOH和低电平VOL门限电压输出电压的跳变方向 令vP vN所求出的vI就是门限电压vI等于门限电压时输出电压发生跳变跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式 集成电压比较器 电压比较器可以作为模拟电路和数字电路的接口电路 和集成运放相比 集成电压比较器的开环增益低 失调电压大 共模抑制比小 因而其灵敏度不如用集成运放构成的比较器高 但是集成电压比较器的响应速度快 传输延迟时间短 且一般不需外加限幅电路就能够直接驱动TTL CMOS和ECL等数字电路 有些集成电压比较器芯片带负载能力很强 可以直接驱动继电器和指示灯 集成电压比较器LM339内部集成了四个独立的电压比较器 可应用于A D转换器 宽限VCO MOS时钟发生器 高电压逻辑门电路和多谐振荡器等 1 电路结构 LM339集成电路管脚排列图 构成单限比较器的常用接法 LM339集成电路构成单限比较器 非正弦波发生电路 几种常见的非正弦波 二 矩形波产生电路 1 电路结构 由迟滞比较电路和RC定时电路构成的 上下限 2 工作原理 1 设uo UOM 此时 输出给C充电 uc 则 u UT 一旦uc UT 就有u u 在uc UT 时 u u uo立即由 UOM变成 UOM 设uC初始值uC 0 0 uo保持 UOM不变 此时 C经输出端放电 再反向充电 2 当uo UOM时 u UT uc达到UT 时 uo上翻 当uo重新回到 UOM以后 电路又进入另一个周期性的变化 周期与频率的计算 f 1 T 占空比可调电路 RC充 放电回路时间常数不同 充电时间常数 放电时间常数 利用一阶电路的三要素法 占空比 例 9 3 三角波发生器波形图 电路与工作原理 锯齿波发生器 应改变积分器的充放电时间常数 充电 R R C 放电 仍为RC 三 方波 三角波产生电路 方波发生电路 积分电路 迟滞比较器 计算见下页 实用三角波电路及工作原理 由电路知 比较器为同相输入迟滞比较器 其输入为积分电路的输出 由叠加原理 工作原理 输出波形和振荡频率 由输出波形 正向积分的起始值为 UT 终了值为 UT 积分时间为半个周期 由此得 调节R1 R2 R3的阻值和C的容量 可以改变振荡频率 9 2 4锯齿波产生电路 1 工作原理 改变三角波产生电路中积分电路的正向积分时间和反向积分时间 就可以在电路输出端得到锯齿波 锯齿波产生电路及其波形如图所示 电路中利用二极管的单向导电性改变电容C的充放电回路 同时利用电位器选取回路中的不同电阻值改变电容C的充放电时间常数 锯齿波产生电路及波形 锯齿波的振荡周期 9 3压控振荡电路 压控振荡电路 VCO VoltageControlledOscillator 实现电压与频率之间的转换 其功能是将输入模拟电压转换成频率与电压数值成正比的脉冲输出信号 1 电荷平衡式电路 电荷平衡式压控振荡电路结构如图所示 虚线左侧是积分器 右侧是迟滞比较器 电荷平衡式电路及波形 9 3压控振荡电路 振荡周期和振荡频率分别为 振荡频率正比于输入电压的幅值 电路实现了电压与频率的转换 2 复位式电路 复位式压控振荡电路结构如图所示 电路由积分器和单限比较器组成 三极管相当于模拟开关 9 3压控振荡电路 复位式压控振荡电路的振荡周期和振荡频率分别为 振荡频率正比于输入电压的幅值 电路实现了电压与频率的转换 9 3压控振荡电路 3 集成压控振荡电路AD7741 AD7741是ANALOGDEVICES公司推出的新一代同步电压 频率转换器 VFC 采用8引脚的DIP或SOIC封装方式 AD7741引脚图 AD7741的特点是封装小 应用成本低且使用方便 其为单电源供电 单端模拟输入电压范围为0V到 REFIN 9 4集成信号发生器 任意波形周期信号产生电路也称为函数发生器或信号发生器 是一种可以同时产生方波 三角波和正弦波的专用集成电路 MAX038是MAXIM公司推出的一种精密高频波形发生器件 该器件可