由集成运放组成的波形发生器ppt课件

1、1 1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路2 2 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路第二部分 由集成运放组成的 波形发生器1 正弦波振荡器正弦波振荡器1.1 1.1 正弦波振荡器的组成正弦波振荡器的组成1.2 1.2 产生正弦波振荡的条件产生正弦波振荡的条件1.3 1.3 起振条件和稳幅环节起振条件和稳幅环节1.4 RC1.4 RC文氏桥正弦波振荡器文氏桥正弦波振荡器其中选频网络由R、C和L、C或石英晶体等电抗性元件组成。振荡器也常因此而命名。1.1.放大电路放大电路 2. 2.正反响网络正反响网络3.3.选频网络选频网络 4. 4.稳幅电路稳幅电路1.1 1.1 正弦波发生电路的组正弦波发生电路的组

2、成成AF = A+ F= 2n图11.01 振荡器的方框图1.2 1.2 产生正弦波的条件产生正弦波的条件1AF &右图所示电路假设满足右图所示电路假设满足：振荡条件：振荡条件：幅度平衡条件：幅度平衡条件： 相位平衡条件：相位平衡条件：1AFAF&那么电路产生振荡那么电路产生振荡起振条件：起振条件：1.3 1.3 起振条件和稳幅环节起振条件和稳幅环节1.|.|FA 稳幅环节： 由于 ,起振后就要产生增幅振荡，需求靠三极管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的添加，这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用，选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。也可以在反响网络中参与非线性稳幅环

3、节，用以调理放大电路的增益，从而到达稳幅的目的。1AF &1.4 RC1.4 RC文氏桥振荡电路文氏桥振荡电路 (1) RC文氏桥振荡电路的构成文氏桥振荡电路的构成 RC文氏桥振荡电路如图文氏桥振荡电路如图1 所示，所示，RC 串并串并联网络是正反响网络，另外还添加了联网络是正反响网络，另外还添加了R3和和R4负反响网络。负反响网络。 C1、R1和C2、R2正反响支路与R3、R4负反响支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。 图1 RC文氏桥振荡电路当C1 =C2、R1 =R2时: 为满足振荡的幅度条件 ，所以Af3。参与R3、R4支路，构成串联电压负反响。F=0RCff2103143fRRA1AF

4、 &max13VF (2) RC文氏桥振荡电路的稳幅过程 RC文氏桥振 荡电路的稳幅作用 是靠热敏电阻R4实 现的。R4是正温度 系数热敏电阻，当 输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值添加，负反响加强，输出幅度下降。反之输出幅度添加。假设热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置。见图1。 (a) 稳幅电路 (b) 稳幅原理图 图11.04 反并联二极管的稳幅电路 采用反并联二极管的稳幅电路如图11.04所示。电路的电压增益为4p3pf +1=RRRRAv 式中 Rp是电位器上半部的电阻值，Rp是电位器下半部的电阻值。R3= R3 / RD，RD是并联二极管的等效平均电阻值

5、。 当Vo大时，二极管支路的交流电流较大，RD较小，Avf较小，于是Vo下降。由图(b)可看出二极管任务在C、D点所对应的等效电阻，小于任务在A、B点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。 二极管任务在A、B点，电路的增益较大，引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增益下降，最后到达稳定幅度的目的。1 1 方波发生电路方波发生电路2 2 三角波发生电路三角波发生电路3 3 锯齿波发生电路锯齿波发生电路 2 2 非正弦波发生电路非正弦波发生电路 方波发生电路是由滞回比较电路和RC定时电路构成的，电路如图2.1所示。(1)任务原理电源刚接通时, 设21Z2PZOC, 0RRVRVVvv所以电容C充电，

6、 升高。参阅图2.2。Cv图2.1 方波发生器2.1 2.1 方波发生电路方波发生电路 当 时， ，所以 电容C放电， 下降。PNCVVvZOVv21Z2PRRVRVCv当 ，时，前往初态。PNCVVvZOVv方波周期用过渡过程公式可以方便地求出)21ln(212fRRCRT 图2.2 方波发生器波形图图2.1 方波发生器过渡时间t:)()()0()(lntUUUUt 显然为了改动输出方波的占空比，应改动电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波电路见图2.3。 C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D1、Rf； C放电时，放电电流经Rf、二极管D2、电位器的下半部。 图2.3 占空

7、比可调方波发生电路(2)占空比可调的矩形波电路占空比可调的矩形波电路占空比为：%100%1002111TTCRrRf1d w1 其中， 是电位器中点到上端电阻， 是二极管D1的导通电阻。 wR1drCRrRRf2d ww2 其中， 是二极管D2的导通电阻。即改动 的中点位置，占空比就可改动。wR2dr 图14.08 方波发生器波形图 图2.4 三角波发生器 三角波发生器的电路如图2.4所示。它是由滞回比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输出反响给滞回比较器，作为滞回比较器的 。REFV1.当vO1=+VZ时,那么电容C 充电, 同时vO按线性逐 渐下降，当使A1的VP 略低于VN 时，vO1

8、 从 +VZ跳变为-VZ。波形 图参阅图2.5。2.2 2.2 三角波发生器三角波发生器2. 在vO1=-VZ后，电容C开 始放电，vO按线性上升， 当使A1的VP略大于零时， vO1从-VZ跳变为+ VZ ， 如此周而复始，产生振 荡。vO的上升时间和下降 时间相等，斜率绝对值 也相等，故vO为三角波。图2.5 三角波发生器的波形输出峰值Z21moVRRVZ21moVRRV振荡周期：214Zmo444RCRRVVCRTmo2/04Z21VdtRVCT 锯齿波发生器的电路如图2.6所示。显然,为了获得锯齿波，应改动积分器的充放电时间常数。图中的二极管D和R将使充电时间常数减为(RR)C，而放电

9、时间常数仍为RC。 图2.6 锯齿波发生器电路图 锯齿波电路的输出波形图如图2.7所示。2.3 2.3 锯齿波发生器锯齿波发生器 图2.7 锯齿波发生器的波形 锯齿波周期可以根据时间常数和锯齿波的幅值求得。锯齿波的幅值为： vo1m=|Vz|= vomR2/R1 vom= |Vz| R1/R2于是有RCRRTVRRTRCV212z212z22CRRRRT) /(2211附附 电压比较器电压比较器 电压比较器是一种能将输入的模拟电压信号与预设的某个电压比较器是一种能将输入的模拟电压信号与预设的某个参考电压相比较并给出比较结果高电平或低电平的电路。参考电压相比较并给出比较结果高电平或低电平的电路。

10、 由于其输入信号是延续变化的信号，而输出却只需高电平或由于其输入信号是延续变化的信号，而输出却只需高电平或低电平两种形状，所以其中的集成运放往往任务在非线形区，为低电平两种形状，所以其中的集成运放往往任务在非线形区，为此，从电路构造来看，运放往往处于开环形状，有时甚至为了使此，从电路构造来看，运放往往处于开环形状，有时甚至为了使输入输出的形状转换更快，提高比较精度，常在电路中引入正反输入输出的形状转换更快，提高比较精度，常在电路中引入正反响。响。* * 固定幅度比较器固定幅度比较器* * 滞回比较器滞回比较器 常用的电压比较器有固定幅度比常用的电压比较器有固定幅度比较器、具有滞回特性的滞回比较

11、器和较器、具有滞回特性的滞回比较器和窗口比较器。这些比较器的阈值是固窗口比较器。这些比较器的阈值是固定的，有的只需一个阈值，有的具有定的，有的只需一个阈值，有的具有两个阈值。两个阈值。 这里我们回想以下两种比较器这里我们回想以下两种比较器: (1) (1) 过零比较器和电压幅度比较器过零比较器和电压幅度比较器 过零电压比较器是典型的幅度比较电路，它的电路图和传输特性曲线如图1所示。(a)(b) 图1 过零电压比较器(a)电路图电路图(b)传输特性曲线传输特性曲线1. 1. 固定幅度比较器固定幅度比较器 将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值VREF 上 , 就得到电压幅度比较器，它

12、的电路图和传输特性曲线如图2 所示。 图图2 固定电压比较器固定电压比较器(a)电路图电路图(b)传输特性曲线传输特性曲线(2)(2)比较器的根本特点比较器的根本特点 常任务在开环或正反响形状。常任务在开环或正反响形状。 开关特性，因开环增益很大，比较器的输开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只需高电平和低电平两个稳定形状。出只需高电平和低电平两个稳定形状。 非线性，因大幅度任务，输出和输入不成非线性，因大幅度任务，输出和输入不成线性关系。线性关系。om21221REF1VRRRRRVRVTom21221REF1-TVRRRRRVRV 从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路从输出引一个电

13、阻分压支路到同相输入端，电路如图如图3(a)所示。当所示。当 vo = V+om时，假设输入电压时，假设输入电压 vI 由由低于低于V+增大至高于增大至高于V+， vo将翻转，此时将翻转，此时V+记为记为 VT+，称为，称为上限阈值上限阈值(触发触发)电平。电平。当当vo =V-om时时,假设输入电压假设输入电压vI由高于由高于V+减小至低于减小至低于V+， vo将翻转，此时将翻转，此时V+记为记为 VT-, 称为下限阈值称为下限阈值(触发触发)电平。电平。图图3(a) 滞回比较器电路图滞回比较器电路图2. 2. 滞回比较器滞回比较器图图3(b)滞回比较电路的传输特性滞回比较电路的传输特性 因

14、此，当vi由小而大，增至VT+后vo出现跳变，而vi由大变小，那么须减小至VT-后vo才出现跳变，vi与vo的关系表现出具有如图3(b) 所示的滞回特性。回差电压回差电压VT：omom212 -TTVVRRRVVVT积分运算电路的分析方法与求和电路差积分运算电路的分析方法与求和电路差不多，反相积分运算电路如图不多，反相积分运算电路如图1 1所示。所示。图1 积分运算电路附附 积分运算电路积分运算电路，于是根据虚地有Rvii tvRCtiCvvd1d1iCCO当输入信号是阶跃直流电压当输入信号是阶跃直流电压VI时，即时，即tRCVtvRCvvIiCOd1图 积分运算放大电路假设积分前电容已存在初

15、始电压假设积分前电容已存在初始电压vo(0)那么那么:)0(d1iOovtvRCv附附3 3：由：由555555构成的矩形波信号产生电路构成的矩形波信号产生电路 TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1555104CR2R1+V+VOUT图2.4.1 由555构成的矩形波信号产生电路输出矩形波的振荡周期为： CRRttTLHw)2(7 . 021输出频率为：CRRTfw)2(43. 1121 输出矩形波的占空比为： 212121212)2(7 . 0)(7 . 0RRRRCRRCRRttQwH输出高电平的继续时间：Ht CRRtH)(7 . 021输出低电平的继续时间：

16、LtCRtL27 . 0附附4 4：由石英晶体构成的矩形波信号产生电路：由石英晶体构成的矩形波信号产生电路 ABCC1C2R1R2OUT石英晶体的选频特性非常好，只需在其谐振频率of附近的信号能经过电路， 其他频率的信号全部被石英晶体衰减。故而只需频率为of的信号 经过不断放大最后获得稳定的输出。R1、R2使反相器任务在线性放大区， 假设反相器为TTL门电路，那么R1、R2常选取0.72K，假设反相器为CMOS门电路， 那么R1、R2常取10100M，C1和C2用作反相器间的信号耦合，反相器C用作 提高输出驱动才干。 附附5 5：由单片机构成的信号产生电路：由单片机构成的信号产生电路 -+-+D0D1D2D3D4D5D6D7CSXferWR2WR1Iout1Iout2RfbVrefILEGNDGNDVccDAC0832R110KR310KR210KRD0RD1RD2RD3RD4RD5RD6RD7RC0RC1PIC16F877A+5vOUT+12v-12v编程时只需把要产生的信号波形各点的幅值转换为二进制数， 把整个周期的数据制成一张表，单片机查表依次输出到DAC0832 进展D/A转换，经运放后可得相应的电压信号，如此周而复始可获得相应的周期