集成信号发生器装置Ⅰ

第5章集成信号发生器

信号发生器广泛用于电子工程、自动控制、遥测遥控、仪器仪表和计算机等技术领域。按产生信号的波形特点，信号发生器可分为：非正弦波信号发生器正弦波信号发生器5.1非正弦波发生器图5.1-1-(a)方波、(b)矩形波、(c)三角波、(d)锯齿波波形示意主要特点：振荡条件比较简单，只要反馈信号能使比较电路状态发生变化，即能产生周期性的振荡。主要组成：（1）具有开关特性的器件（如电压比较器等）（2）反馈网络（3）延时环节主要作用：产生高、低电平。主要作用：将输出电压适当地反馈给开关器件使之改变输出状态。主要作用：实现延时，以获得所需要的振荡频率。5.1非正弦波发生器5.1.1

方波发生器

（1）电路组成RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–延迟环节迟滞比较器RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–（2）工作原理设t=0时uC(0+)=0uO=+Uz则=+FUzRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–uC按指数规律上升a.

当t>0时电容C充电uOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZicuO、uC波形图uO=+UzRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–b.

当uC>FUZ时uOuCUR=-FUzuO=-Uz-FUZ+FUZ0tuO,uC+UZ-UZuO、uC波形图icRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–uO、uC波形图c.当uO=-Uz时UR=-FUzuOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波形图uC按指数规律下降电容C放电icRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–uO、uC波形图d.当uC<-FUZ时uOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波形图UR=FUzuO=UzicRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–uO、uC波形图e.当uO=+Uz时UR=FUzuOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波形图uC又按指数规律上升电容C又充电icRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–uO、uC波形图uOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波形图uO为方波icRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–根据三要素法(3)主要参数计算如果选定时间起点为t2，那么电容两端电压的变化规律t0uOuCt1t2+UZ-UZ+FUZ-FUZ由此得电路的振荡周期当t=T/2时即t0uOuCt1t2+UZ-UZ+FUZ-FUZ振荡频率：思考题RAuRCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–1.对上图电路如何改进，可获得矩形波信号？答：如果将方波信号发生器中的电容C的充电和放电回路分开,AURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–R+R-D1D2

使充电和放电的时间常数不相等，便可获得矩形波信号。改进电路AURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uc+––++–R+R-D1D22、在上图示电路中，如果电阻R+>R，输出波形具有什么特点？答：如果电阻R+>R，那么，电容C的充电时间将大于放电时间，输出波形的占空比增大。AURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–R+R-D1D2

三角波和锯齿波发生器（1）电路组成迟滞比较器积分器uO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+图中（2）工作原理uO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+a.当时输出电压电容C充电uO随时间线性下降设uC(0+)=0波形图tuO,uO10uOuO1UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+b.当时令得波形图tuO,uO10uOuO1UZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+c.当uB<0时电容器放电输出电压uO随时间线性上升-UZ波形图tuO,uO10uOuO1UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+令d.当uB>0时tuO,uO10uOuO1UZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+uO输出三角波uO1输出方波tuO,uO10uOuO1UZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+1）输出电压幅值(3)主要指标(a)三角波幅值(b)方波幅值tuO,uO10uOuO1UZ-UZ2）振荡频率三角波从零上升到UOm的时间T/4。由图可知uO1t+UZ0uO0+Uomt-Uom-UZ而故电路的振荡周期振荡频率R+R-D1D2uO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+如果用图(a)示电路替代图(b)示电路的电阻R，那么输出电压uo的波形有何特点？(a)(b)答：三角波两边斜率不同，即三角波变成为锯齿波。t0u替代RuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+R+R-D1D22、在上图示电路中，如果电阻R+>R，画出输出信号的波形。

5.1.3压控振荡器uO=+UZ时，开关S接通+UuO=-UZ时，开关S接通–UuO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+US（1）电路组成图中uO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+US（2）工作原理(a)当时U通过R向C充电S接电源+UuO1随时间线性下降设uC(0-)=0+–uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+US(b)当uB≤0时电容反向充电开关S接–UuO1随时间线性上升uO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+US(c)当uB≥0时电容又正向充电S又接UCuO1又随时间线性下降+–uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+USuO输出方波uOuO1输出三角波C+–uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+US(3)振荡波形图(4)振荡频率tt0uO0+UZt1t2-UZuO1t1t2振荡波形图而由波形图知当时故由得f0∝U，实现了电压控制振荡频率的目的例1电路如图所示，图中运放A和二极管D1、D2都是理想器件,稳压管DZ的稳压值为UZ。试证明调节电位器RW改变矩形波占空比时，周期T将保持不变。A+_•RCR1R2R3DZD2D1uORW++__uFuC练习题解由题意，画出uO和uC的波形图。其中波形图A+_•RCR1R2R3DZD2D1uORW++__uFuCT1T2TUZ-UZUF-UFtuOuC0uO，uC当uO=UZ时，uO通过D1对电容充电当uO=-UZ时，电容通过D2放电

可见，在改变RW滑动端位置时，T保持不变。振荡周期

为常数

A+_•RCR1R2R3DZD2D1uORW++__uFuC例2在图所示矩形波发生电路中，理想运放的最大输出电压Uomax=12V，最小的输出电压Uomin=0V。uOCA+–R4R5100kW+12V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+–uC••UR（a）画出输出电压uO和电容电压uC的波形；（b）求出uC的最大值和最小值;（c）当UR的大小超出什么范围时，电路将不再产生矩形波？解（a）方波发生器的输出电压只有高、低两种电平，电容C随输出电压的极性进行充电或放电。当uC大于运放同相端电位u+时，输出为低电平；反之，输出为高电平。uOCA+–R4R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+–uC••URt015012uO/VuC/Vt输出电压uO和电容电压uC的波形图uOCA+–R4R5100kW+12V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+–uC••UR=3V（b）由图可知，运放同相端电位的最大值和最小值，即为uC的最大值和最小值。

对于运放同相端，由KCL得当时当时uOCA+–R4R5100kW+12V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+–uC••UR（c）如果Ucmax<U+max，或Ucmim>U+mim，电路不能产生方波。UCmax=UOmax/2=6VUCmim=UOmim/2=0V由图可知由知即当UR>3U+max-UOmax=6V或UR<3U+mim-UOmim=0V时电路不能产生方波uOCA+–R4R5100kW+12V100kW0.01mF100k