第5章_集成信号发生器_Ⅰ.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,R,A,U,R,C,R,1,R,2,R,3,u,O,U,Z,D,Z,u,+,u,u,C,+,+,+,延迟环节,迟滞比较器,R,A,U,R,C,R,1,R,2,R,3,u,O,U,Z,D,Z,u,+,u,u,C,+,+,+,（,2,）工作原理,设,t,=0,时,u,C,(0,+,)=0,u,O,=+,U,z,则,=+,FU,z,R,A,U,R,C,R,1,R,2,R,3,u,O,U,Z,D,Z,u,+,u,uC,+,+,+,u,C,按指数规律上升,a.,当,t,0,时,电容,C,充电,u,O,u,C,0,t,u,O,u,C,+,U,Z,-,U,Z,-,FU,Z,+,FU,Z,i,c,u,O,、,u,C,波形图,u,O,=,+,U,z,R,A,U,R,C,R,1,R,2,R,3,u,O,U,Z,D,Z,u,+,u,u,C,+,+,+,b.,当,u,C,FU,Z,时,u,O,u,C,U,R,=-,FU,z,u,O,=,-,U,z,-,FU,Z,+,FU,Z,0,t,u,O,u,C,+,U,Z,-,U,Z,u,O,、,u,C,波形图,i,c,R,A,U,R,C,R,1,R,2,R,3,u,O,U,Z,D,Z,u,+,u,u,C,+,+,+,u,O,、,u,C,波形图,c,.,当,u,O,=,-,U,z,时,U,R,=-,FU,z,u,O,u,C,0,t,u,O,u,C,+,U,Z,-,U,Z,-,FU,Z,+,FU,Z,u,O,、,u,C,波形图,u,C,按指数规律下降,电容,C,放电,i,c,R,A,U,R,C,R,1,R,2,R,3,u,O,U,Z,D,Z,u,+,u,u,C,+,+,+,u,O,、,u,C,波形图,d,.,当,u,C,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。,A,U,R,C,R1,R,2,R,3,u,O,U,Z,D,Z,u,+,u,u,C,+,+,+,R,+,R-,D,1,D,2,5.1.2,三角波和锯齿波发生器,（,1,）,电路组成,迟滞比较器,积分器,u,O1,R,C,A,1,A,2,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,图中,（,2,）,工作原理,u,O1,R,C,A,1,A,2,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,a.,当 时,输出电压,电容,C,充电,u,O,随时间线性下降,设,u,C,(0,+,)=0,波形图,t,u,O,u,O1,0,u,O,u,O1,U,Z,u,O1,R,C,A,1,A,2,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,b.,当 时,令,得,波形图,t,u,O,u,O1,0,u,O,u,O1,U,Z,-U,Z,u,O1,R,C,A,1,A,2,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,c.,当,u,B,0,时,t,u,O,u,O1,0,u,O,u,O1,U,Z,-U,Z,u,O1,R,C,A,1,A,2,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,u,O,输出三角波,u,O1,输出方波,t,u,O,u,O1,0,u,O,u,O1,U,Z,-U,Z,u,O1,R,C,A,1,A,2,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,1,）输出电压幅值,(3),主要指标a),三角波幅值,(b),方波幅值,t,u,O,u,O1,0,u,O,u,O1,U,Z,-U,Z,2,）振荡频率,三角波从零上升到,U,Om,的时间,T,/4,。,由图可知,u,O1,t,+U,Z,0,u,O,0,+,U,om,t,-,U,om,-U,Z,而,故电路的振荡周期,振荡频率,R+,R-,D,1,D,2,u,O1,R,C,A,1,A,2,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,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,u,o,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。,t,0,u,替代,R,u,O1,R,C,A,1,A,2,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,R+,R-,D,1,D,2,2,、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,u,O,=+,U,Z,时，开关,S,接通,+,U,u,O,=,-U,Z,时，开关,S,接通,U,u,O1,R,C,A,2,A,1,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,-U,+U,S,（,1,）,电路组成,图中,u,O1,R,C,A,2,A,1,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,-U,+U,S,（,2,）,工作原理,(a),当 时,U,通过,R,向,C,充电,S接电源,+,U,u,O1,随时间线性下降,设,u,C,(0-)=0,+,u,C,u,O1,R,C,A,2,A,1,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,-U,+U,S,(b),当,u,B,0,时,电容 反向充电,开关,S,接,U,u,O1,随时间线性上升,u,O1,R,C,A,2,A,1,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,-U,+U,S,(c),当,u,B,0,时,电容 又正向充电,S又接,U,C,u,O1,又随时间线性下降,+,u,C,u,O1,R,C,A,2,A,1,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,-U,+U,S,u,O,输出方波,u,O,u,O1,输出三角波,C,+,u,C,u,O1,R,C,A,2,A,1,R,1,R,2,R,3,u,O,D,Z,B,+,+,-U,+U,S,(3),振荡波形图,(4),振荡频率,t,t,0,u,O,0,+U,Z,t,1,t,2,-U,Z,u,O1,t,1,t,2,振荡波形图,而,由波形图知,当,时,故,由,得,f,0,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,D,1,、,D,2,都是理想器件,稳压管,D,Z,的稳压值为,U,Z,。,试证明调节电位器,R,W,改变矩形波占空比时，周期,T,将保持不变。,A,+,_,R,C,R,1,R,2,R,3,D,Z,D,2,D,1,u,O,R,W,+,+,_,_,u,F,u,C,练习题,解,由题意，,画出,u,O,和,u,C,的波形图。,其中,波形图,A,+,_,R,C,R,1,R,2,R,3,D,Z,D,2,D,1,u,O,R,W,+,+,_,_,u,F,u,C,T,1,T,2,T,U,Z,-U,Z,U,F,-U,F,t,u,O,u,C,0,u,O,，,u,C,当,u,O,=,U,Z,时，,u,O,通过,D,1,对电容充电,当,u,O,=-,U,Z,时，电容通过,D,2,放电,可见，在改变,R,W,滑动端位置时，,T,保持不变。,振荡周期,为常数,A,+,_,R,C,R,1,R,2,R,3,D,Z,D,2,D,1,u,O,R,W,+,+,_,_,u,F,u,C,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,U,omax,=12V,，,最小的输出电压,U,omin,=0V,。,u,O,C,A,+,R,4,R,5,100k,W,+12V,100k,W,0.01,m,F,100k,W,100k,W,100k,W,R,1,R,3,R,2,+,u,C,U,R,（,a,）,画出输出电压,u,O,和电容电压,u,C,的波形；,（,b,）,求出,u,C,的最大值和最小值,;,（,c,）当,U,R,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,u,C,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。,u,O,C,A,+,R,4,R,5,100k,W,+15V,100k,W,0.01,m,F,100k,W,100k,W,100k,W,R,1,R,3,R,2,+,u,C,U,R,t,0,1,5,0,12,u,O,/V,u,C,/V,t,输出电压,u,O,和电容电压,u,C,的波形图,u,O,C,A,+,R,4,R,5,100k,W,+12V,100k,W,0.01,m,F,100k,W,100k,W,100k,W,R,1,R,3,R,2,+,u,C,U,R=3V,（,b,）,由图可知，运放同相端电位的最大值和最小值，即为,u,C,的最大值和最小值。,对于运放同相端，由,KCL,得,当,时,当,时,u,O,C,A,+,R,4,R,5,100k,W,+12V,100k,W,0.01,m,F,100k,W,100k,W,100k,W,R,1,R,3,R,2,+,u,C,U,R,（,c,）,如果,U,cmax,U,+mim,，,电路不能产生方波。,U,Cmax,=,U,Omax,/2=6V,U,Cmim,=,U,Omim,/2=0V,由图可知,由,知,即当,U,R,3,U,+max,-,U,Omax,=6V,或,U,R,3,U,+mim,-,U,Omim,=0V,时,电路不能产生方波,u,O,C,A,+,R,4,R,5,100k,W,+12V,100k,W,0.01,m,F,100k,W,100k,W,100k,W,R,1,R,3,R,2,+,u,C,U,R,例,3,图示电路为一压控振荡器。设输入电压,0,U,I,6V,，,运放,A,1,、,A,2,为理想器件；二极管,D,的正向压降为,0.6V,，,稳压管,D,Z,的稳定电压为,6V,，,它们的其他性能理想。,+,_,-,+,A,1,A,2,（,a,）,运算放大器,A,1,、,A,2,各组成什么电路？,（,b,）,画出,u,o1,和,u,o,波形；,（,c,）,写出振荡频率,f,0,与输入电压,u,I的函数关系式。,解,（,a,）,A,1,构成反相输入积分电路，,A,2,构成同相输入比较电压比较器。,+,_,+,_,A,1,A,2,（,b,）当,u,O,6V,时，二极管,D,截止，电容,C,充电，,u,O1,随时间负向线性增大。,当运放,A,2,的同相端电位,u,2+,过零时，比较器翻转，,u,O2,=-6V,。,+,_,+,_,A,1,A,2,此时，,D,导通，,u,O2,=-0.6V,。,C,迅速放电，,u,O1,快速正向增大。,当,u,2+,再次过零时，比较器再次翻转，,u,O2,=6V,，,二极管再次截止,。,如此周而复始，形成周期性振荡。,+,_,+,_,A,1,A,2,由图可知，运放,A,2,同相端电位,令,u,2+,=0,得,+,_,+,_,A,1,A,2,由式,知,当,u,O,6V,时，,u,O1,-5V,，,比较器状态翻转。,当,u,O,0.6V,时，,u,O1,-0.5V,，,比较器状态翻转。,t,t,0,0,-5,-0.6,0.5,6,u,O1,/V,T,1,u,O,/V,T,u,O1,和,u,O2,的波形,（,c,）,由于二极管的导通电阻很小，电容放电时间极短，所以，,T,T,1,。,由于,t,t,0,0,-5,-0.6,0.5,6,u,O1,/V,T,1,u,O,/V,T,故,当 时，电容充电结束，此时,