波形产生电路与变换电路

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1、波形产生电路与变换电路波形产生电路：产生各种周期性的波形。 波形变换电路：将输入信号的波形变换成为另一种形状。 1 非正弦波产生电路矩形波、锯齿波、三角波等非正弦波，实质是脉冲波形。产生这些波形一般是利用惰性元件电容C和电感L的充放电来实现的，由于电容使用起来方便，所以实际中主要用电容。 一、利用电容器充放电产生脉冲波形(产生脉冲波形的基本原理)电路如下图，如果开关K在位置1，且稳定，突然将开关K扳向位置2，则电源UCC通过R对电容C充电，将产生暂态过程。 时间常数，它的大小反映了过渡过程(暂态过程)的进展速度，越大，过渡过程的进展越慢。近似地反映了充放电的时间。 uc(0+)响应的初始值 u

2、c()响应的稳态值 对于充电，三要素的值分别为： uc(0+)=0 uc()=UCC 充RC 稳定后，再将开关K由位置2扳向位置1，则电容器将通过电阻放电，这又是一个暂态过程，其中三要素为 uc(0+)=UCC uc()=0 放RC 改变充放电时间，可得到不同的波形。 如果充=放=RCT，可得到近似的三角波形； 如果充放，且充T，可得到近似的锯齿波形。 将开关周期性性地在1和2之间来回扳动，则可产生周期性的波形。 在具体的脉冲电路里，开关由电子开关完成，如半导体三极管来完成，电压比较器也可作为开关。我们讨论用电压比较器的积分电路组成的非正弦波产生电路。 二、矩形波产生电路1. 基本原理 利用积

3、分电路(RC电路的充放电时的电容器的电压)产生三角波，用电压比较器(滞回)(作为开关)将其转换为矩形波。 2. 工作原理 电路如图 充电 放电 3. 振荡周期的计算 ， 其中： ， ， 代入上式得： 同理求得： 则周期为： 从前面我们可知，矩形波的占空比为 占空比可调电路如图所示： 可求出占空比： 占空比： 三、三角波产生电路1电路组成 从矩形波产生电路中的电容器上的输出电压，可得到一个近似的三角波信号。由于它不是恒流充电，随时间t的增加uc上升，而充电电流 随时间而下降，因此uc输出的三角波线性较差。为了提高三角波的线性，只要保证电容器恒流充放电即可。用集成运放组成的积分电路代替RC积分电路

4、即可。电路如上图。 集成运放A1组成滞回比较器，A2组成积电路。 2工作原理 设合上电源开关时t=0，uo1=+Uz，电容器恒流充电， ，uo=uc线性下降，当下降到一定程度，使A1的U+U=0时，uo1从+Uz跳变为Uz后，电容器恒流放电，则输出电压线性上升。 uo1和uo波形如下图所示。 3三角波的幅值 幅值从滞回比较器产生突变时刻求出，对应A1的 时的 值就为幅值。从图中要看出 当 时 当 时 4三角波的周期 由积分电路可求出周期，其输出电压 从 上升到+ 所需的时间为T/2，所以有： ， ， 四、锯齿波产生电路1电路组成及原理 三角波产生电路的条件是电容充放电时间常数相等，如果二者相差

5、较大，即为锯齿波产生电路。具体电路如图所示。 利用VD1、VD2组成控制充放电回路，调整电位器Rw可改变充放电时间常数。 如果Rw在中点，则充放电时间常数相等，输出为三角波。 如果Rw在最下端，则充电时间常数大于放电时间常数，得负向锯齿波。 如果Rw在最上端，则充电时间常数小于放电时间常数，得正向锯齿波 2锯齿波的幅值 锯齿波的幅值与三角波相似 当 时 当 时 3锯齿波的周期 电容器充电时间为T1 电容器放电时间为T2 则锯齿波周期为： 五、波形变换电路1正弦波或三角波比较器矩形波 2矩形波积分电路三角波 3三角波正弦波 2集成函数发生器两个简单比较器和一个触发器组成一个相当于滞回比较器作用的

6、电路。 正弦波应用最为广泛，正弦波产生电路又称为正弦波振荡器。 一、产生正弦波振荡的条件正弦波发生电路的基本结构是引入正反馈的反馈网络和放大电路。如图所示。接入正反馈是产生振荡的首要条件，也称为相位条件。为了使电路在没有外加信号时(Xi=0)，就产生振荡，所以要求电路在开环时满足 或 即 此时，只要满足相位条件，电路中任何微小的扰动，通过闭合后，信号就可以得到不断的加强，产生振荡。我们称上式为产生振荡必须满足的幅度条件，又称为起振条件。 如果不采取措施，输出信号将随时间逐渐增大，当大到一定程度后，放大电路中的管子就会进入饱和区和截止区，输出波形就会失真(饱和失真和截止失真)，这是应当避免的现象

7、，所振荡电路应具有稳幅措施，当幅度到一定大小时使 ，使输出幅度稳定，波形又不失真。 为了使输出波形为单一频率的正弦波，要求振荡电路必须具有选频特性。选频特性通常由选频网络实现。选频网络可设置在放大电路中，使 具有选频特性；也可设置在反馈网络中，使 具有选频特性。因此振荡电路仅对某一频率成分的信号满足相位条件和幅度条件，该信号的频率就是该振荡电路的振荡频率。 正弦波产生电路一般应包括以下几个基本组成部分： 放大电路 反馈网络 选频网络 稳幅电路 判断一个电路是否为正弦波振荡器，就是看其组成是否含有上述四个部分。 分析一个正弦波振荡器时，首先要判断它是否振荡，判断振荡的一般方法是： 是否满足相位条

8、件，即电路是否为正反馈，只有满足相位条件才有可能振荡。 放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作点是否合适。 分析是否满足幅度条件，检验 ，若 ，则不可能振荡 ，能振荡，但输出波形失真。 ，产生振荡，振荡稳定后 ，再加上稳幅措施，振荡稳定，而且输出波形失真小。 按选频网络所用的元件类型，把正弦波振荡电路分为： RC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路 石英晶体正弦波振荡电路 二、RC正弦波振荡电路常见的正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路，又称为文氏桥正弦波振荡电路。RC串并联网络在此作为选频和反馈网络，所以我们必须了解RC串并联网络的选频特性，才能分析它的振荡原理。 1RC串并联网

9、络的选频特性 当信号频率足够低时 ， ，可得到近似的低频等效电路，它是一个超前网络，输出电压U2相位超前输入电压U1。 当信号频率足够高时 ， ，可得到近似的高频等效电路，它是一个滞后网络，输出电压U2相位落后输入电压U1。 因此可以判定，在高频与低频之间存在一个频率 ，其相位关系既不是超前也不是滞后，输入与输出电压同相位。这就是RC串并联网络的选频特性。 下面我们根据电路推导出它的频率特性。 通常取R1=R2=R，C1=C2=C，则 令 上式的幅频特性为： 相频特性为： 当 即频率低时，U2超前于Ui， ，即频率较高时，U2滞后于Ui。 也可见，当 时， 达到最大值。而且相移 =0。 2RC

10、串并联网络正弦波振荡电路 电路组成 如图为RC串并联正弦波振荡电路，其放大电路为同相比例电路，反馈网络和选频网络由串并联电路组成。 相位条件 由RC串并联网络的选频特性得知，在 时，其相移 ，为了使振荡电路满足相位条件 要求放大电路的相移 也为0(或360)，所以放大电路可选用同相输入方式的集成运算放大电器或两级共发射极分立元件放大电路等。 选频 由于RC串并联网络的选频特性，所以使信号通过闭合环路AF后，仅有 的信号才满足相位条件，因此，该电路振荡频率为 ，从而保证了电路输出为单一频率的正弦波。 起振条件 根据起振条件 ，我们分别计算出A，F。 当 时， 。根据 有 稳幅措施 因为振荡以后，

11、振荡器的振幅会不断增加，由于受运放最输出电压的限制，输出波形将产生非线性失真。为此，只要设法使输出电压的幅值增大到一定程度时， 适当减小(反之增大)，就可以维持Uo的幅值基本不变。 通常利用二极管和稳压管的非线性特性、场效应管的可变电阻性以及热敏电阻等非线性特性，来自动地稳定振荡器输出的幅度。 热敏电阻 负温度系数 Rf 正温度系数 R1 二极管 移相式 双T网络 RC振荡器只能产生较低频率的正弦波，f1，所以 即谐振时，LC并联电路的回路电流比输入电流大得多，此时谐振回路外界的影响可忽略。 谐振时阻抗的虚部为0，所以电压与电流的相移也为0 综上所述，可画出LC并联回路的频率特性。可见LC并联回路具有选频特性。 利用LC并联谐振回路组成的振荡器，其选频网络常常就是放大器的负载(负载电阻Rc用LC并联谐振回路代替)，所以放大电路的增益具有选频特性。由于在谐振时，LC电路呈现电阻性，所以对放大电路相移的分析与电阻负载的相同。