非正弦信号产生电路

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 非正弦信号产生电路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电压比较器功能功功 能能 : 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中运放的工作特点(1) 工作在开环或正反馈状态开环或正反馈状态 (2) 大多数情况下工作在非线性区域非线性区域, 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,呈现为开关状态开关状态V+ V 时, V o 为高 V+ V

2、 时, V o 为低 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。简单电压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。电压幅度比较器：过零比较器应用同相过零比较器反相过零比较器反相过零比较器波形图同相比较器波形图?传输特性?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?+_R1R2v

3、ivoVD=0.7VVD =.2VVZ+_R1R2vivoVD=0.7V2. 迟滞比较器a. 反相输入迟滞比较器2112RRvRVRvOR+1212RRVRVR=VVVvZRTHZOvI-+AR2vOR1R3VZVR临界状态下有:vvvI1212RRVRVR=VVVvZRTLZO迟滞比较器传输特性当vI从VTL逐渐增大， 只要vI VTH， vo=+Vz 当vI VTL时，vo=+Vz V+=VTH当vI从VTH逐渐减小，减小到vI VTL时， vo=+Vz V+=VTHvI-+AR2vOR1R3VZVR当vI增大到vI VTH时， vo=-Vz V+=VTLzzVVRRRVVV211 TLT

4、HT-回差电压迟滞比较器IoRvRRRvRRRvv212211oRIvRRVRRv2121-)1 ( 临界状态下有:R+-R-=v=vv=vvb. 同相迟滞比较器vI-+AR2vOR1R3VZVRZRTHIZOVRRVRRVvVv2121)1 (ZRTIZOVRRVRRVvVv2121L)1 (z VRRVVV21-2TLTHT回差电压：迟滞比较器输入输出波形VTHVTLvI-+AR2vOR1R3VZVR迟滞比较器应用提高简单电压比较器的抗干扰能力过零比较结果VTHVTL迟滞比较结果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波形整形和变换3. 窗口比较器设R1 =R

5、2，则有：DLHDCC212DCCL2+=)2-(21=+)2-(=VVVVVRRRVVV 当vIVH时，vO1为高电平，D3导通； vO2为低电平, D4截止； vO vO1 = VOH。A1A2窗口比较器当VH vI VL时， vO1为低电平， D3截止； vO2为低电平，D4截止； vO为0V；传输特性当vI VL时， vO2为高电平，D4导通； vO1为低电平，D3截止； vO vO2 = VOH 。4. 三态比较器1122z00IRHooovVvDvDvV 导通截止1122000RLIRHoooVvVvDvDv截止截止2211z00IRLooovVvDvDvV 导通截止vI-+A2v

6、OR3R4VZVRL-+A1R1R2VRHD1D2vo1vo2R5vOvIVRLVRHVOHVOL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出电压只有高电平VOH和低电平和低电平VOL两种情况。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用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。数关系。 电压传输特性的关键要素电压传输特性的关键要素 输出电压的高电平输出电压的高电平VOH和低电平和低电平VOL 门限电压门限电压 令令vPvN所求出的所求出的vI就是门限电压就是门限电压 输出电压的跳变方向输出电压的跳变方向

7、vI等于门限电压时输出电压发生跳变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跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式作业 9.8.1 9.8.5 9.8.69.3.2 非正弦信号产生电路占空比占空比 =T1TTT1矩形波方波05VTTL波 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。迟滞比较器，其开关作用起延迟和反馈作用限幅限流方波发生电路工作原理(2)当vc=VNVP时，vo=-VZ，所以：电容C放电， vc 开始下降。21Z2P+-=RRVRV

8、(1)电源刚接通时, 设：21Z2PZOC+=,+=, 0=RRVRVVvv所以电容C充电， vc 开始升高；(3)当vc=VNVp时， vo=+VZ ，重复(1)。问题：vc波形？方波发生电路输出波形 方波周期用过渡过程公式可以方便地求出： )21ln(212fRRCRTZZtcZttcfVVvVRRRvCR-2121其中：)0(+)-1 ()(-)0(=)(-)0(+)(=)(-ctcctccccvevvevvvtv过渡过程公式：t1t2方波发生电路波形周期计算t1t212-=2ttTZCRt-ZZcV+RRR+)-e)(V+RRR-=(-Vvf2122121)21ln(212fRRCRT

9、ZCR-TZZZV+RRR+)-e)(V+RRR-(-VV+RRRf21222122121-ZcV+RRR=v212-2T=t时，当211tt-t=ttt，且其中：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。矩形波电路的占空比可调占空比为：%TT1001002111CRrRd fw11CRr RRd fww22二极管D2的导通电阻二极管D1的导通电阻电位器触点到上端电阻2. 方波-三角波产生电路 三角

10、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同相迟滞比较器，起开关作用积分电路起延迟作用方波-三角波发生电路工作原理(1) 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。(2) 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 。1211212POovRRRvRRRV(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

11、vO为三角波。方波-三角波发生电路输出波形与参数n 振荡周期：振荡周期：214Zmo444RCRRVVCRTmo2/04Z21VdtRVCTn 输出峰值输出峰值:Z21moVRRVZVRRV21O方波跳变时：VP=VN=0， VO1= VZ所以：1211212POovRRRvRRRV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。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(RR)C，而放电时间常数仍为RC。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/R1Vom= |Vz| R1/R2于是有：z212z2=VRRTRCVCRRRRT) /(2211RCRRT2122=压控矩形波-锯齿波发生器利用VC控制矩形波的占空比，VCVZVo1=+VZ