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9.3 非正弦信号产生电路

9.3 非正弦信号产生电路. 电压比较器 简单电压比较器 迟滞比较器 窗口比较器 三态比较器 非正弦信号产生电路 方波产生电路 方波 - 三角波产生电路. 9.3.1 电压比较器. 简单电压比较器 迟滞比较器 窗口比较器 三态比较器. 功 能 : 比较两个电压的大小. 比较结果以输出高或低电平来表示. 用集成运放和电阻、二极管等构成. 集成电压比较器. 电压比较器功能. V + > V – 时 , V o 为高. V + < V – 时 , V o 为低. 电压比较器中运放的工作特点. (1) 工作在 开环或正反馈状态.

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9.3 非正弦信号产生电路

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  1. 9.3 非正弦信号产生电路 • 电压比较器 • 简单电压比较器 • 迟滞比较器 • 窗口比较器 • 三态比较器 • 非正弦信号产生电路 • 方波产生电路 • 方波-三角波产生电路

  2. 9.3.1 电压比较器 • 简单电压比较器 • 迟滞比较器 • 窗口比较器 • 三态比较器

  3. 功 能 :比较两个电压的大小 比较结果以输出高或低电平来表示 用集成运放和电阻、二极管等构成 集成电压比较器 电压比较器功能

  4. V+ > V– 时, V o 为高 V+ < V– 时, V o 为低 电压比较器中运放的工作特点 (1)工作在开环或正反馈状态 (2)大多数情况下工作在非线性区域, 输出与输入 不成线性关系,只有在临界情况下才能使用虚 短,虚断概念。 (3)输出高电平或者低电平,呈现为开关状态

  5. 比较器的分析方法 (1)求出阈值: 输出从一个电平跳变到另一个电平 时（这时运放的两个输入端之间可视为虚短虚 断）所对应的输入电压值。 (2) 分析输入与输出的关系,画出传输特性

  6. 1. 简单电压比较器 过零比较器： 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所示。

  7. 简单电压比较器 电压幅度比较器： 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。

  8. 反相过零比较器 同相过零比较器 反相过零比较器波形图 过零比较器应用 同相比较器波形图? 传输特性?

  9. + R2 vo vi R1 VD=0.7V _ R1 + R2 vo vi VD=0.7V _ VZ VD =.2V 限幅比较器 同相端与反相端间的电压? 输出幅度? 同相端与反相端间的电压? 输出幅度?

  10. R2 VR 临界状态下有: + vO R1 A - R3 vI ±VZ 2. 迟滞比较器 a. 反相输入迟滞比较器

  11. R2 VR + vO R1 A - R3 vI ±VZ 回差电压 迟滞比较器传输特性 当vI <VTL时，vo=+Vz V+=VTH 当vI从VTL逐渐增大， 只要vI ≤ VTH， vo=+Vz 当vI增大到vI ≥VTH时， vo=-Vz V+=VTL 当vI从VTH逐渐减小，减小到vI ≤VTL时， vo=+Vz V+=VTH

  12. vI R2 + vO R1 A 临界状态下有: - VR R3 ±VZ 回差电压： 迟滞比较器 b.同相迟滞比较器

  13. VTH R2 VR + vO R1 A - VTL R3 vI ±VZ 输入输出波形 迟滞比较器

  14. VTH VTL 过零比较结果 迟滞比较结果 迟滞比较器应用 提高简单电压比较器的抗干扰能力

  15. 电压比较器应用 正弦波变换为矩形波 有干扰正弦波变换为方波 波形整形和变换

  16. A1 A2 3. 窗口比较器 设R1 =R2，则有： 当vI＞VH时，vO1为高电平，D3导通； vO2为低电平, D4截止； vO≈ vO1=VOH。

  17. 传输特性 窗口比较器 当vI＜VL时， vO2为高电平，D4导通； vO1为低电平，D3截止； vO≈ vO2 =VOH 。 当VH＞vI＞VL时， vO1为低电平， D3截止； vO2为低电平，D4截止； vO为0V；

  18. vO R1 VOH - D1 VRH R5 vO A1 R2 + vo1 vI VRL ±VZ R3 VRH - D2 VRL vo2 A2 R4 + vI VOL 4.三态比较器

  19. 比较器总结 • 运放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VOH和低电平VOL两种情况。 • 用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。 • 电压传输特性的关键要素 • 输出电压的高电平VOH和低电平VOL • 门限电压 • 令vP＝vN所求出的vI就是门限电压 • 输出电压的跳变方向 • vI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

  20. 作业 • 9.8.1 • 9.8.5 • 9.8.6

  21. 矩形波 方波 T1 占空比 = T TTL波 9.3.2 非正弦信号产生电路

  22. 矩形波发生电路的基本工作原理 方波经积分变为三角波, 矩形波积分变为锯齿波

  23. 起延迟和反馈作用 迟滞比较器，其开关作用 1. 方波产生电路 方波发生电路是由迟滞比较电路和RC定时电路构成的，电路如图所示。 限流 限幅

  24. (1)电源刚接通时, 设： (2)当vc=VN≥VP时，vo=-VZ， 所以： 电容C放电， vc开始下降。 电容C充电， vc开始升高； 方波发生电路工作原理 (3)当vc=VN≤Vp时， vo=+VZ ，重复(1)。 问题：vc波形？

  25. 方波周期Ｔ用过渡过程公式可以方便地求出： t2 其中： t1 ∞ ∞ 过渡过程公式： ∞ 方波发生电路输出波形

  26. t1 t2 方波发生电路波形周期计算

  27. 方波发生电路改进—占空比可调的矩形波电路 为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。 占空比可调的矩形波电路如图。 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。

  28. 二极管D1的导通电阻 电位器触点到上端电阻 二极管D2的导通电阻 矩形波电路的占空比可调 占空比为：

  29. 同相迟滞比较器，起开关作用 积分电路 起延迟作用 2. 方波-三角波产生电路 三角波发生器的电路如图所示。它是由同相迟滞比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输出反馈给迟滞比较器，作为迟滞比较器的输入，VN=0V

  30. 方波-三角波发生电路工作原理 • 当vO1=+VZ时,则电容C充电, • 同时vO按线性逐渐下降， • 当使A1的VP略低于VN (0V) • 时，vO1从 +VZ跳变为-VZ。 • 在vO1=-VZ后，电容C开始反向充电， • vO按线性上升，当使A1的VP略大于 • 零时，vO1从-VZ跳变为+ VZ。 (3)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， 所以vO为三角波。

  31. 输出峰值: 方波跳变时：VP=VN=0， VO1= ± VZ 所以： • 振荡周期： 方波-三角波发生电路输出波形与参数

  32. 注意！ 无稳压管时，R2必须大于R1，否则积分器输出受运放最大输出限制，比较器同相端回不到0，无法翻转，不能起振。

  33. 方波-三角波发生电路改进—矩形波-锯齿波发生电路方波-三角波发生电路改进—矩形波-锯齿波发生电路 为了获得锯齿波，应改变积分器的充放电时间常数。锯齿波发生器的电路如图所示。图中的二极管D和R'将使充电时间常数减为(R∥R')C，而放电时间常数仍为RC。

  34. 于是有： 矩形波-锯齿波电路的输出波形 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

  35. 利用VC控制矩形波的占空比，VC<VZ Vo1=+VZ时电容充电电流：(VZ-VC)/R Vo1=-VZ时电容充电电流： -(VZ+VC)/R 锯齿波输出峰值： 压控矩形波-锯齿波发生器 VC

  36. 思考题： 正弦振荡与非正弦振荡的原理有什么不同之处？ 提示：1、从运放工作区域的角度。 2、从选频角度。

  37. 周期性变化的信号 振荡电路 比较器 方波 积分器 微分器 三角波 锯齿波 9. 4 波形变换电路 改变充放电回路

  38. 作业 • 9.8.8 • 9.8.9 • 9.8.10

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