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,u,o,=f(u,i,),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,U,P,U,N,则,U,O,=+U,OM,；,若,U,P,U,N,则,U,O,=-U,OM,。,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,u,o,u,i,0,+,U,OM,-,U,OM,+,+,u,o,u,i,1）过零比较器,:（门限电平=0）,+,+,u,o,u,i,u,o,u,i,0,+,U,OM,-,U,OM,限制差模输入电压，保护输入级，加二极管限幅电路：,+,+,u,o,u,i,t,u,i,t,u,o,+,U,om,-,U,om,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）,+,+,u,o,u,i,U,REF,u,o,u,i,0,+,U,om,-,U,om,U,REF,U,REF,为参考电压,当,u,i,U,REF,时,u,o,=,+U,om,当,u,i,U,REF,时,u,o,=,-U,om,运放处于开环状态,+,+,u,o,u,i,U,REF,u,o,u,i,0,+,U,om,-,U,om,U,REF,当,u,i,U,REF,时,u,o,=,-U,om,若,u,i,从反相端输入,+,+,u,i,u,o,u,i,0,+,U,Z,-,U,Z,用稳压管稳定输出电压,u,o,U,Z,u,o,u,i,0,+,U,OM,-,U,OM,+,+,u,o,u,i,忽略了,U,D,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,+,+,u,i,u,o,U,Z,R,R,_,u,o,u,i,0,+,U,Z,-,U,Z,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,u,N,u,P,0,，得,单门限比较器的抗干扰能力,应为高电平,错误电平,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,u,o,正饱和时(,u,o,=+U,OM,)：,+,om,2,1,1,P,U,U,R,R,R,U,T,=,+,=,3、当,u,o,负饱和时(,u,o,=-U,OM,)：,-,om,2,1,1,P,U,U,R,R,R,U,T,=,+,-,=,+,+,u,o,R,R,2,R,1,u,i,2.迟滞比较器,1）反相输入,+,+,u,o,R,R,2,R,1,u,i,u,o,u,i,0,+,U,om,-,U,om,U,T+,U,T-,设,u,i,当,u,i,=,U,T+,u,o,从,+,U,OM,-U,OM,传输特性,u,o,u,i,0,+,U,om,-,U,om,U,T+,U,T-,U,T+,上门限电压,U,T-,下门限电压,U,T+,-U,T-,称为回差,om,2,1,1,U,R,R,R,+,=,+,U,T,om,2,1,1,U,R,R,R,+,=-,-,U,T,t,u,i,U,T+,U,T-,t,u,o,U,om,-,U,om,例:设输入为正弦波,画出输出的波形。,+,+,u,o,R,R,2,R,1,u,i,加上参考电压后的迟滞比较器：,上下限：,u,o,u,i,0,U,T+,U,T-,传输特性,+,U,Z,-,U,Z,u,i,极大时，,u,o,=,-U,z;,u,i,极小时，,u,o,=,U,z,传输特性曲线如图：,例题：,R,1,=10k,，R,2,=10k,，U,Z,=6V，U,REF,=10,V。,当输入,u,i,为如图所示的波形时，画 出输出,u,o,的波形。,上下限：,3,V,8,V,u,i,u,o,+,U,Z,-,U,Z,2）同相输入,上下限：,R,1,=10k,，R,2,=20k,，U,Z,=6V，,画出输出特性曲线。,u,i,极大时，,u,o,=,U,z;,u,i,极小时，,u,o,=-,U,z,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,V,OH,和低电,V,OL,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,V,OH,和低电平,V,OL,门限电压,输出电压的跳变方向,令,v,P,v,N,所求出的,v,I,就是门限电压,v,I,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:,+,+,R,R,1,R,2,C,u,c,u,o,2.工作原理：,(1)设,u,o,=,+,U,OM,此时，输出给,C,充电,u,c,则：,u,+,=U,T,+,+,+,R,R,1,R,2,C,+,u,c,u,o,0,t,u,o,U,OM,-,U,OM,u,c,U,T+,0,t,一旦,u,c,U,T,+,就有,u,-,u,+,在,u,c,U,T,+,时，,u,-,u,+,u,o,立即由,U,OM,变成,U,OM,设,u,C,初始值,u,C,(0,+,)=0,u,o,保持+,U,OM,不变,U,OM,此时，,C,经输出端放电,再反向充电,(2)当,u,o,=,-,U,OM,时，,u,+,=U,T,-,u,c,达到,U,T,-,时，,u,o,上翻,+,+,R,R,1,R,2,C,+,u,c,u,o,U,T,+,u,c,t,U,T,-,当,u,o,重新回到,U,OM,以后，电路又进入另一个,周期性的变化。,-,U,OM,0,U,T,+,u,c,t,U,T,-,U,OM,u,o,0,t,-,U,OM,T,周期与频率的计算：,+,+,R,R,1,R,2,C,+,u,c,u,o,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,-U,T,，终了值为,+U,T,，积分时间为半个周期，由此得：,调节,R,1,、,R,2,、,R,3,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,，,Voltage Controlled Oscillator,）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,ANALOG DEVICES,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,+REF IN,。,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。该器件可以应用最少的外围元器件，产生多种精密的信号波形。输出信号的频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别进行控制,MAX038,引脚图,利用,MAX038,实现正弦波产生信号的电路如图所示。实验证明该电路具有输出频率范围宽、波形稳定、失真小、使用方便等特点。,MAX038,实现的正弦波产生电路,