模拟电子康5版第二十讲非正弦信号产生电路

9 8非正弦信号产生电路 9 8 1比较器 9 8 2方波产生电路 单门限电压比较器 迟滞电压比较器 9 8 3矩形波产生电路 9 8 4方波和三角波发生器 9 8 5脉冲和锯齿波发生器 9 8 1比较器 1 理想运放的同相和反相输入端电流近似为零 2 当V V 时 Vo为正向输出饱和电压VOH当V V 时 Vo为负向输出饱和电压VOL其数值接近运放的正负电源电压V V 是两种状态的转折点 一 运放工作在非线性区时的特点 I I 0 由于 vO 不可能超过VM 9 8 1比较器 二 单门限电压比较器 1 过零比较器 忽略了放大器输出级的饱和压降 所以 当 VCC VEE VM 15V A0 105时 可以认为 vI 0时 vOmax VOH VCC vI 0时 vOmax VOL VEE 同相过零比较器 vI 0称为门限电压或阈值电压Vth 只有一个门限电压的比较器 9 8 1比较器 输入为正负对称的正弦波时 输出为方波 电压传输特性 同相过零比较器 思考 1 若过零比较器如图所示 则它的电压传输特性将是怎样的 2 输入为正负对称的正弦波时 输出波形是怎样的 同相过零比较器 反相过零比较器 9 8 1比较器 2 门限电压不为零的比较器 电压传输特性 输入为正负对称的正弦波时 输出波形如图所示 二 单门限电压比较器 门限电压Vth VREF VREF可正可负 对两个输入电压进行比较 比较两个电压的大小 将比较结果以高低电平的形式输出 用于此功能的运放通常工作在饱和区 通常将一个输入电压固定UR作为参考电压 另一个输入电压Ui与UR比较 结果由Uo反映 输出应为负饱和值 稳压管的导通 输出电压的幅度被限定在Uo UD 当Ui UR时 输出为正饱和值 由于稳压管的稳压作用 Uo Uz 输出电压被限定在 UZ UD 9 8 1比较器 2 门限电压不为零的比较器 二 单门限电压比较器 9 8 1比较器 二 单门限电压比较器 应用 过零比较器 微分电路 单向导电性 9 8 1比较器 由于在ui Vth VREF附近出现干扰 uO将时而为VOH 时而为VOL 导致比较器输出不稳定 如果用这个输出电压uO去控制电机 将出现频繁的起停现象 这种情况是不允许的 二 单门限电压比较器 存在的问题 引入正反馈加速输出电压变化 当Vi Vp时 输出将由高电平VOH跳变到低电平VOL 三 迟滞电压比较器 电路1 当Vi Vp时 输出将由高电平VOL跳变到低电平VOH Vp即为门限电压Vth 也称阈值电压 引入正反馈加速输出电压变化 1 当输出Vo为高电平VOH时 同相端受到VOH和VR同时作用 当Vi VT 时 输出将由高电平VOH跳变到低电平VOL VT 称为上门限电压 也称正向阈值电压 三 迟滞电压比较器 电路1 三 迟滞电压比较器 2 当输出Vo为低电平VOL时 同相端受到VOL和VR同时作用 当Vi VT 时 输出将由低电平VOL跳变到高电平VOH VT 称为下门限电压 也称负向阈值电压 迟滞比较器 上门限电压 下门限电压 门限宽度 回差电压 1 改变基准电压VR可改变上 下门限电压VT VT 但不影响门限宽度 V 2 改变正反馈系数R2 R2 Rf 将影响 V和VT VT 3 运放的正负饱和电压VOH VOL 可通过加限幅电路限制其值 电路1 电路2 电路3 电路3 迟滞比较器 稳压管和电阻R4构成稳幅电路 使输出电压为 10V R1 R2构成正反馈电路 使 阈值电压 9 8 2方波产生电路 为积分电路 输出电压经积分后产生一个变化的电压替代迟滞比较器的输入信号 方波发生器又称多谐振荡器 vC 9 8 2方波产生电路 假定电路的初始状态 VC 0 正向充电 反向充电 1 工作原理 9 8 2方波产生电路 电容充放电时 三要素法 2 振荡周期 9 8 3矩形波产生电路 频率范围 10Hz 10KHz 占空比不为50 的实用电路 忽略二极管的正向电阻 A1 迟滞比较器 VR 0 V01 VZ VD A2 积分器 上下限电压由Vi1和Vo1共同决定 输入一周期变化的信号输出V01将是一方波 输入方波信号 输出是一个三角波信号 9 8 4方波和三角波发生器 Von2 Von1 方波和三角波发生器 V01 V02 Vom1 VZ VD Von1 VZ VD A1同相端的电位 Vi1 V 稍大于零 比较器的输出将由低电平Von1跳变到高电平Vom1 上门限电压 Vom2 0 Vi1 V 稍小于零 比较器的输出将由高电平Vom1跳变到低电平Von1 下门限电压 Von2 0 当Vo1 Von1时 当Vo1 Vom1时 方波和三角波发生器 门限宽度 周期T与频率f 设计思想 将积分器的充放电回路分开 从而改变T1和T2 1 当Vo1为正电压Vom1时 正电压 W D1 给C充电 积分时间常数 1 R21C 2 当Vo1为负电压Von1时 负电压 W D2 给C放电 积分时间常数 2 R22C 9 8 5脉冲和锯齿波发生器 小结 1 在第7章曾经讨论过 从振荡条件考虑 当反馈深度过深或环路增益过大时 负反馈放大电路趋向不稳定 即产生自激振荡 本章则是在电路中有意地构成正反馈以满足相位平衡和振幅平衡条件 形成自激以产生正弦信号 二者的工作过程 本质上是相同的 2 按结构来分 正弦波振荡电路主要有RC型和LC型两大类 它们的基本组成包括 可进行正常工作的放大电路A 能满足相位平衡条件的反馈网络F 其中A或F兼有选频特性 一般从相位和幅度平衡条件来计算振荡频率和放大电路所需的增益 而石英晶体振荡器是LC振荡电路的一种特殊形式 由于晶体的等效谐振回路的Q值很高 因而振荡频率有很高的稳定性 小结 3 本章介绍了单门限电压比较器和迟滞比较器 它们均有同相输入和反相输入两种接法 单门限电压比较器中的运放通常工作在开环状态 只有一个门限电压 而迟滞比较器中的运放通常工作在正反馈状态 其正向过程 vI上升时 和负向过程 vI下降时 的门限电压不同 因而有上 下两个门限电压值 估算门限电压应抓住输入电压vI使输出电压vO发生跳变的临界条件 运放的两输入端近似相等 即v v 4 非正弦波信号产生电路中没有选频网络 同时器件在大信号状态下工作 它属于一种弛张振荡电路 本章讨论了方波 矩形波 锯齿波和三角波产生电路 它们通常由比较器 反馈网络和积分电路等组成 判断电路能否振荡的方法是 设比较器的输出为高电平 或低电平 经反馈 积分等环节 能使比较器输出从一种状态跳变到另一种状态 则电路能振荡 锯齿波与三角波产生电路的差别是 前者积分电路的正向和反向充放电时间常数不相等 而后者是一致的 重点难点 重点 1 产生正弦振荡的