第5章集成信號(hào)發(fā)生器Ⅰppt課件

1、第5章 集成信號(hào)發(fā)生器 信號(hào)發(fā)生器廣泛用于電子工程、自動(dòng)控制、信號(hào)發(fā)生器廣泛用于電子工程、自動(dòng)控制、遙測(cè)遙控、儀器儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域。按產(chǎn)遙測(cè)遙控、儀器儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域。按產(chǎn)生信號(hào)的波形特點(diǎn)，信號(hào)發(fā)生器可分為：生信號(hào)的波形特點(diǎn)，信號(hào)發(fā)生器可分為：非正弦波信號(hào)發(fā)生器非正弦波信號(hào)發(fā)生器正弦波信號(hào)發(fā)生器正弦波信號(hào)發(fā)生器5.1 非正弦波發(fā)生器圖5.1-1-(a) 方波、 (b) 矩形波、 (c) 三角波、 (d) 鋸齒波波形示意 (a)(b)T1T2TT1 T2T1T2TT1T2T2T1TT2T1TT1 T2T1T2(c)(d)主要特點(diǎn)：振蕩條件比較簡(jiǎn)單，只要反饋信號(hào)主要特點(diǎn)：振蕩條件比較簡(jiǎn)

2、單，只要反饋信號(hào)能使比較電路狀態(tài)發(fā)生變化，即能產(chǎn)生周期性能使比較電路狀態(tài)發(fā)生變化，即能產(chǎn)生周期性的振蕩。的振蕩。 主要組成：主要組成：（1具有開(kāi)關(guān)特性的器件如電壓比較器等）具有開(kāi)關(guān)特性的器件如電壓比較器等）（2反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)（3延時(shí)環(huán)節(jié)延時(shí)環(huán)節(jié)主要作用：產(chǎn)生高、低電平。主要作用：產(chǎn)生高、低電平。主要作用：將輸出電壓適當(dāng)?shù)胤答伣o開(kāi)關(guān)器件使主要作用：將輸出電壓適當(dāng)?shù)胤答伣o開(kāi)關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)。之改變輸出狀態(tài)。主要作用：實(shí)現(xiàn)延時(shí)，以獲得所需要的振蕩頻率。主要作用：實(shí)現(xiàn)延時(shí)，以獲得所需要的振蕩頻率。5.1 非正弦波發(fā)生器5.1.1 方波發(fā)生器 （1電路組成電路組成RAURCR1R2R3uOUZD

3、Zu+uuC+延遲延遲環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)遲滯比遲滯比較器較器RAURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+（2工作原理工作原理設(shè)設(shè) t=0 時(shí)時(shí)uC(0+)=0 uO=+Uz那么那么=+FUzO211RuRRRu )(211RRRF )(Z211URRR RAURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+uC按指數(shù)規(guī)律上升按指數(shù)規(guī)律上升a. 當(dāng)當(dāng)t0時(shí)時(shí)電容電容C充電充電uOuC0tuO, uCUZUZ-UZ-UZ- - FUZFUZ FUZFUZicuO、uC波形圖波形圖 uO=+UzRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+b. 當(dāng)當(dāng)uCFUZ 時(shí)時(shí)uOuCUR=-FUz uO=-Uz- - FUZ

4、FUZ FUZFUZ0tuO, uCUZUZ-UZ-UZuO、uC波形圖波形圖icRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+uO、uC波形圖波形圖c. 當(dāng)當(dāng)uO=-Uz時(shí)時(shí)UR=-FUzuOuC0tuO, uCUZUZ-UZ-UZ- - FUZFUZ FUZFUZuO、uC波形圖波形圖uC按指數(shù)規(guī)律下降按指數(shù)規(guī)律下降電容電容C放電放電icRAURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+uO、uC波形圖波形圖d. 當(dāng)當(dāng)uC R，輸出波形具，輸出波形具有什么特點(diǎn)？有什么特點(diǎn)？答：如果電阻答：如果電阻R+ RR+ R，那么，電容，那么，電容C C的充電時(shí)間將的充電時(shí)間將大于放電時(shí)間，輸出波形的占空

5、比增大。大于放電時(shí)間，輸出波形的占空比增大。AURCR1R2R3uOUZDZu+uuC+R+R-D1D25.1.2 三角波和鋸齒波發(fā)生器（1電路組成電路組成遲滯比較器遲滯比較器積分器積分器uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +O212O1211BuRRRuRRRu 圖中圖中ZO1Uu （2工作原理工作原理 O212Z211)(uRRRURRR uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +a. 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)ZO1Uu dtuRCuttt - - 1OO1tRCU - - z輸出電壓輸出電壓電容電容 C充電充電uO隨時(shí)間線性下降隨時(shí)間線性下降設(shè)設(shè)uC(0+)=0uC(0+)=0波形

6、圖波形圖tuO , uO10uOuO1UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +ZO1Uu- - b. 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)0B u令令0O212Z211B uRRRURRRu得得Z21OURRu- - 波形圖波形圖tuO , uO10uOuO1UZ-UZ21Z/ RRU- -uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +c. 當(dāng)當(dāng) uB0時(shí)時(shí)tuO , uO10uOuO1UZ-UZ21Z/ RRU- -21Z/ RRUuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +uO輸出三角波輸出三角波uO1輸出方波輸出方波tuO , uO10uOuO1UZ-UZ21Z/ RRU- -21Z/ R

7、RUuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +1） 輸出電壓幅值輸出電壓幅值Z21omURRU (3) 主要指標(biāo)主要指標(biāo)(a) 三角波幅值三角波幅值(b) 方波幅值方波幅值ZomUU tuO , uO10uOuO1UZ-UZ21Z/ RRU- -21Z/ RRU2） 振蕩頻率振蕩頻率三角波從零上升到三角波從零上升到UOmUOm的時(shí)間的時(shí)間T/4T/4。由圖可知由圖可知uO1t+UZ0uO0+Uomt-Uom-UZ4T - - 40O1omd1TtRuCU而而RCTU4Z - - - 40Zd)(1TtRUC故電路的振蕩周期故電路的振蕩周期Zom4UURCT 214RRCR 振蕩頻率振蕩

8、頻率RCRRTf12041 RCTUUom4ZZ21omURRU R+R-D1D2uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +如果用圖如果用圖(a)示電路替代圖示電路替代圖(b)示電路的電阻示電路的電阻R，那，那么輸出電壓么輸出電壓uo的波形有何特點(diǎn)？的波形有何特點(diǎn)？(a)(b)答：三角波兩邊斜率不同，即三角波變成為鋸齒波。答：三角波兩邊斜率不同，即三角波變成為鋸齒波。t0 0u替代替代R RuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+ + +R+R-D1D22、在上圖示電路中，如果、在上圖示電路中，如果電阻電阻R+ R，畫出輸出信，畫出輸出信號(hào)的波形。號(hào)的波形。 5.1.3 壓控振蕩器壓

9、控振蕩器uO=+UZ時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)S接通接通+UuO=-UZ時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)S接通接通UuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+ + +-U+US（1電路組成電路組成O211O1212BuRRRuRRRu 圖中圖中ZOUu )(Z211O1212URRRuRRR uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+ + +-U+US（2工作原理工作原理 (a) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)ZOUu U通過(guò)通過(guò)R向向 C充電充電S 接電源接電源 +UdtURCuttt - - 1O1tRCU - - uO1隨時(shí)間線性下降隨時(shí)間線性下降設(shè)設(shè)uC(0-)=0uC(0-)=0+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+

10、+ +-U+US(b) 當(dāng)當(dāng) uB0 時(shí)時(shí)zOUu- - 電容電容 反向充電反向充電開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) S 接接 UdtURCuttt - - - )(1O1tRCU uO1隨時(shí)間線性上升隨時(shí)間線性上升uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+ + +-U+US(c) 當(dāng)當(dāng) uB 0 時(shí)時(shí)zOUu 電容電容 又正向充電又正向充電S又接又接UCuO1又隨時(shí)間線性下降又隨時(shí)間線性下降+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+ + +-U+USuO輸出方波輸出方波uOuO1輸出三角波輸出三角波C+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+ + +-U+US(3) 振蕩波形圖振蕩波形圖(4) 振蕩頻率

11、振蕩頻率tt0 0uO0+UZt1t2-UZ2TuO1Z21URR Z21URR- -t1t2振蕩波形圖振蕩波形圖tRCUu O1而而由波形圖知由波形圖知當(dāng)當(dāng)212Tttt - - 時(shí)時(shí)Z21O1URRu 故故4Z21TRCUURR ZURCRURTf12041 由由4Z21TRCUURR 得得UURRRCTZ214 f0U，實(shí)現(xiàn)了電壓控制振蕩頻率的目的，實(shí)現(xiàn)了電壓控制振蕩頻率的目的例例1 電路如圖所示，圖中運(yùn)放電路如圖所示，圖中運(yùn)放A和二極管和二極管D1、D2都是都是理想器件理想器件,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值為的穩(wěn)壓值為UZ。試證明調(diào)節(jié)電位。試證明調(diào)節(jié)電位器器RW改變矩形波占空比時(shí)，周期改變

12、矩形波占空比時(shí)，周期T將保持不變。將保持不變。A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC練習(xí)題練習(xí)題解解 由題意，畫出由題意，畫出uOuO和和uCuC的波形圖。的波形圖。Z211FURRRU 其中其中波形圖波形圖A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuCT1T2TUZ-UZUF-UFtuOuC0uO，uC當(dāng)當(dāng)uO=UZ時(shí)，時(shí)，uO通過(guò)通過(guò)D1對(duì)電容充對(duì)電容充電電)21ln()(21W1RRCRRT 當(dāng)當(dāng)uO=-UZ時(shí)，電容通過(guò)時(shí)，電容通過(guò)D2 放放電電 )21ln()(21W2RRCRRT 可見(jiàn)，在改變可見(jiàn)，在改變RW滑動(dòng)端位置時(shí)，滑動(dòng)端位置時(shí)，T保持不變。保持不變。

13、)21ln()2(21W21RRCRRTTT 振蕩周期振蕩周期 為常數(shù)為常數(shù) A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC例例2 在圖所示矩形波發(fā)生電路中，理想運(yùn)放的最大在圖所示矩形波發(fā)生電路中，理想運(yùn)放的最大輸出電壓輸出電壓Uomax=12V，最小的輸出電壓，最小的輸出電壓Uomin=0V 。uOCA+R4R5100kW+12V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR（a畫出輸出電壓畫出輸出電壓uO和電容電壓和電容電壓uC的波形；的波形；（b求出求出uC的最大值和的最大值和最小值最小值;（c當(dāng)當(dāng)UR的大小超出什的大小超出什么范圍時(shí)，電路將不再么范圍

14、時(shí)，電路將不再產(chǎn)生矩形波？產(chǎn)生矩形波？解解a方波發(fā)生器的輸出電壓只有高、低兩種電平，電方波發(fā)生器的輸出電壓只有高、低兩種電平，電容容C隨輸出電壓的極性進(jìn)行充電或放電。當(dāng)隨輸出電壓的極性進(jìn)行充電或放電。當(dāng)uC大于運(yùn)放大于運(yùn)放同相端電位同相端電位u+時(shí)，輸出為低電平；反之，輸出為高電平。時(shí)，輸出為低電平；反之，輸出為高電平。uOCA+R4R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCURt015012uO/VuC/Vt輸出電壓輸出電壓uO和電和電容電壓容電壓uC的波形的波形圖圖uOCA+R4R5100kW+12V100kW0.01mF100kW100k

15、W100kWR1R3R2+uCUR=3V（b由圖可知，運(yùn)放同相由圖可知，運(yùn)放同相端電位的最大值和最小值，端電位的最大值和最小值，即為即為uC的最大值和最小值。的最大值和最小值。 對(duì)于運(yùn)放同相端，由對(duì)于運(yùn)放同相端，由KCL得得21R3ORuRuURuu - - - -3ROUuu V53312maxCmax uU當(dāng)當(dāng)V12O u時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)0O u時(shí)時(shí)V1330minCmin uUuOCA+R4R5100kW+12V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR（c如果如果UcmaxU+mim，電路，電路不能產(chǎn)生方波。不能產(chǎn)生方波。 UCmax=UOmax/2=6VUCm

16、im=UOmim/2=0V由圖可知由圖可知3ROUuu 由由知知即當(dāng)即當(dāng)UR3U+max-UOmax=6V或或 UR3U+mim-UOmim=0V時(shí)時(shí)電路不能產(chǎn)生方波電路不能產(chǎn)生方波uOCA+R4R5100kW+12V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR例例3 圖示電路為一壓控振蕩器。設(shè)輸入電壓圖示電路為一壓控振蕩器。設(shè)輸入電壓0UI6V，運(yùn)放運(yùn)放A1、A2為理想器件；二極管為理想器件；二極管D的正向壓降為的正向壓降為0.6V，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)定電壓為的穩(wěn)定電壓為6V，它們的其他性能理想。，它們的其他性能理想。+_-+A1Ou1R3R2R4R5Rk10

17、0k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0o1u（a運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器A1、A2各組成什么電路？各組成什么電路？（b畫出畫出uo1 和和uo 波形；波形；（c寫出振蕩頻率寫出振蕩頻率f0 與輸入電壓與輸入電壓uI的函數(shù)關(guān)系式。的函數(shù)關(guān)系式。解解aA1構(gòu)成反相輸入積分電路，構(gòu)成反相輸入積分電路，A2構(gòu)成同相輸構(gòu)成同相輸入比較電壓比較器。入比較電壓比較器。 +_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0o1u（b當(dāng)當(dāng)uO6V時(shí)，二極管時(shí)，二極管D截止，電容截止，電容C充電，充電，uO1隨時(shí)間負(fù)向線性增大。隨時(shí)間負(fù)向線性增大。 當(dāng)運(yùn)放當(dāng)運(yùn)放A2

18、的同相端電位的同相端電位u2+過(guò)零時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，過(guò)零時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，uO2=-6V。+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0o1u此時(shí)，此時(shí)，D導(dǎo)通，導(dǎo)通，uO2=-0.6V。C迅速放電，迅速放電，uO1快快速正向增大。速正向增大。 當(dāng)當(dāng)u2+再次過(guò)零時(shí)，比較器再次翻轉(zhuǎn)，再次過(guò)零時(shí)，比較器再次翻轉(zhuǎn)，uO2=6V，二極管再次截止。二極管再次截止。如此周而復(fù)始，形成周期性振蕩。如此周而復(fù)始，形成周期性振蕩。+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0o1uO24331O4342uRRRuRRRu O2431OuRRu- - 由圖可知，運(yùn)放由圖可知，運(yùn)放A2同相端電位同相端電位令令u2+=0得得+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0o1uO2431OuRRu- - 由式由式知知當(dāng)當(dāng)uO6V時(shí)，時(shí)，uO1-5V，比較器狀態(tài)翻