非线性波形振荡晶闸管

非线性波形振荡晶闸管第1页，共85页，2023年，2月20日，星期四理想运放工作在饱和区的特点：1.输出只有两种可能+Uo

(sat)

或–Uo(sat)

当u+>u－

时，uo=+Uo

(sat)

u+<u－

时，uo=–

Uo(sat)

不存在“虚短”现象

2.i+=i－0仍存在“虚断”现象电压传输特性uo

u+–u–

–Uo(sat)+Uo(sat)饱和区O第2页，共85页，2023年，2月20日，星期四电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)运放处于开环状态1.基本电压比较器阈值电压(门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。uiuoOURURuouiR2++–R1+–++––当u+>u–

时，uo=+Uo

(sat)

u+<u–

时，uo=–Uo

(sat)

即ui<UR时，uo=+Uo

(sat)

ui

>UR

时，uo=–

Uo

(sat)可见，在ui=UR处输出电压uo发生跃变。参考电压动画第3页，共85页，2023年，2月20日，星期四uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2单限电压比较器：

当ui

单方向变化时，uo

只变化一次。URuouiR2++–R1+–++––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR第4页，共85页，2023年，2月20日，星期四ui>UR，uo=+Uo

(sat)ui

<UR，uo=–Uo

(sat)URuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2++–R1+–++––

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR输入信号接在反相端输入信号接在同相端电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR第5页，共85页，2023年，2月20日，星期四URuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2++–R1+–++––Ot+Uo(sat)–Uo(sat)uo输入信号接在反相端输入信号接在同相端uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2第6页，共85页，2023年，2月20日，星期四输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为UZ，忽略稳压管的正向导通压降则ui

<

UR，uo

=UZ

ui>UR，uo=–UZUZ–UZuo'RDZURuouiR2++–R1+–++––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURui<UR时，uo'

=+Uo

(sat)

ui

>UR

时，uo'

=–

Uo

(sat)

第7页，共85页，2023年，2月20日，星期四过零电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波URuouiR2++–R1+–++––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR=0tuiOtuo+Uo(sat)–Uo(sat)O第8页，共85页，2023年，2月20日，星期四2.滞回比较器上门限电压下门限电压

电路中引入正反馈(1)提高了比较器的响应速度；(2)输出电压的跃变不是发生在同一门限电压上。RF当uo=+Uo(sat)，则当uo

=–Uo(sat)，则门限电压受输出电压的控制R2uoui++–R1+–+–－－第9页，共85页，2023年，2月20日，星期四上门限电压U'+

：ui逐渐增加时的门限电压下门限电压U"+：ui

逐渐减小时的门限电压uiuoO

–Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性uitOuoOt+Uo(sat)–Uo(sat)两次跳变之间具有迟滞特性——滞回比较器RFR2uoui++–R1+–+–第10页，共85页，2023年，2月20日，星期四根据叠加原理，有改变参考电压UR，可使传输特性沿横轴移动。可见：传输特性不再对称于纵轴，+UR–RFR2uoui++–R1+–+–uiuoO–Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性当参考电压UR不等于零时第11页，共85页，2023年，2月20日，星期四定义：回差电压与过零比较器相比具有以下优点：1.改善了输出波形在跃变时的陡度。2.回差提高了电路的抗干扰能力，U越大，抗干扰能力越强。结论：1.调节RF

或R2

可以改变回差电压的大小。2.改变UR可以改变上、下门限电压，但不影回差电压U。

电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。第12页，共85页，2023年，2月20日，星期四解：对图（1）

上门限电压

下门限电压例：电路如图所示，Uo(sat)

=±6V，UR

=5V，

RF

=20k，R2=10k，求上、下门限电压。（1）RFR2uoui++–R1+–+–+UR–RFR2uoui++–R1+–+–（2）第13页，共85页，2023年，2月20日，星期四解：对图（2）

例：电路如图所示，Uo(sat)

=±6V，UR

=5V，

RF

=20k，R2=10k，求上、下门限电压。（1）RFR2uoui++–R1+–+–+UR–RFR2uoui++–R1+–+–（2）第14页，共85页，2023年，2月20日，星期四（1）RFR2uoui++–R1+–+–+UR–RFR2uoui++–R1+–+–（2）uiuoO-6-226

图(1)的电压传输特性图(2)的电压传输特性uouiO-661.335.33第15页，共85页，2023年，2月20日，星期四5.4

运放在波形产生方面的应用波形发生器的作用：产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、三角波、锯齿波等）。特点：不用外接输入信号，即有输出信号。第16页，共85页，2023年，2月20日，星期四5.4.1矩形波发生器1.电路结构

由滞回比较器、RC充放电电路组成，

电容电压uC

即是比较器的输入电压，2.工作原理设电源接通时，

uo

=+Uo(sat)

，uC(0)=0。

电阻R2两端的电压UR即是比较器的参考电压。uo

通过RF对电容C充电，uC

按指数规律增长。RFCuC+–R1R2uo++–+–充电UR+–第17页，共85页，2023年，2月20日，星期四当uo

=+Uo(sat)时，电容充电，uC上升，电容放电，

uC下降，当uC=UR

时，uo

跳变成–Uo(sat)当uC=–UR

时，uo

跳变成

+Uo(sat)

，电容又重新充电。放电2.工作原理RFCuC+–R1R2uo++–+–充电UR+–RFCuC+–R1R2uo++–+–UR+–动画第18页，共85页，2023年，2月20日，星期四3.工作波形充电放电uouCt1t3t2T=T1+T2电容充放电过程，uC的响应规律为4.周期与频率T1T2T–Uo(sat)+Uo(sat)第19页，共85页，2023年，2月20日，星期四在充电过程中在放电过程中矩形波的周期矩形波的频率充放电时间常数相同：

=RC

矩形波常用于数字电路中作为信号源第20页，共85页，2023年，2月20日，星期四

A1：滞回比较器

因

u–=0，所以当u+=0时，A1状态改变5.4.3三角波发生器1.电路结构A2：反相积分电路Cuo1R3DZR2++–R6uoR5R4+–++–A2A1R1第21页，共85页，2023年，2月20日，星期四2.工作原理A1：滞回比较器因

u-=0，所以当u+=0时，A1状态改变输出uo1

改变(+UZ

跃变到–UZ

或–UZ

跃变到+UZ)，当同时积分电路的输入、输出电压也随之改变。Cuo1R3DZR2++–R6uoR5R4+–++–A2A1R1动画第22页，共85页，2023年，2月20日，星期四TT1T23.工作波形4.周期与频率T=T1+T2

=2T1=2T2uo1UZ

–UZtOuo(1)改变比较器的输出uo1、电阻R1、R2即可改变三角波的幅值。

(2)改变积分常数RC

即可改变三角波的频率。动画第23页，共85页，2023年，2月20日，星期四5.4.3锯齿波发生器1.电路Cuo1R3DZR2++–R6uoR5R4+–++–A2A1R1三角波发生器CR3DZR2++–R6uoR5R4+–++–A2A1R1uo1R'4D在三角波发生器的电路中，使积分电路的正、反向积分的时间常数不同，即可使其输出锯齿波。第24页，共85页，2023年，2月20日，星期四2.波形5.4.3锯齿波发生器CR3DZR2++–R6uoR5R4+–++–A2A1R1uo1R4'D1.电路tUZ–UZuouo1Ouo动画第25页，共85页，2023年，2月20日，星期四5.5

运放在信号测量方面的应用

在自动控制和非电测量等系统中，常用各种传感器将非电量(如温度、应变、压力和流量等)的变化转换为电信号(电压或电流)，而后输入系统。但这种非电量的变化是缓慢的，电信号的变化量常常很小(一般只有几毫伏到几十毫伏)，所以要将电信号加以放大。测量放大电路的作用是将测量电路或传感器送来的微弱信号进行放大，再送到后面电路去处理。一般对测量放大电路的要求是输入电阻高、噪声低、稳定性好、精度及可靠性高、共模抑制比大、线性度好、失调小、并有一定的抗干扰能力。第26页，共85页，2023年，2月20日，星期四测量放大器的原理电路ui1++∞R2++∞uo2uo1uoR6R6R4R4++∞R2R1+ui2ui++A2A1A3–––––––+对A1和A2有对A3有

改变R1的阻值，即可调节电压放大倍数第27页，共85页，2023年，2月20日，星期四5.6

集成功率放大器

使喇叭相当于纯电阻负载去耦，防止低频自激消振，防止高频自激集成功放LM386接线图特点:

工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。。++∞.32ui。。+_++4758++UCCLM386+uo+_第28页，共85页，2023年，2月20日，星期四5.7

运算放大器电路中的负反馈5.7.1

并联电压负反馈i1if

iduoRFuiR2R1++––++–RL－设输入电压ui

为正，差值电流id=i1–

if各电流的实际方向如图if削弱了净输入电流(差值电流)

——负反馈反馈电流取自输出电压——电压反馈

反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较——并联反馈

特点：输入电阻低、输出电阻低第29页，共85页，2023年，2月20日，星期四5.7.2

串联电压负反馈+–uf+–uduoRFuiR2R1+–++–+–RL设输入电压ui为正，差值电压ud=ui–

uf各电压的实际方向如图uf削弱了净输入电压(差值电压)

——负反馈反馈电压取自输出电压——电压反馈

反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较

——串联反馈

特点：输入电阻高、输出电阻低第30页，共85页，2023年，2月20日，星期四5.7.3

串联电流负反馈uouiR2RL+–++–ioR+–uf–+ud设输入电压ui

为正，差值电压ud=ui–

uf各电压的实际方向如图uf削弱了净输入电压(差值电压)

——负反馈反馈电压取自输出电流——电流反馈

反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较

——串联反馈uf=Rio特点：输出电流io与负载电阻RL无关

——同相输入恒流源电路或电压-电流变换电路第31页，共85页，2023年，2月20日，星期四5.7.4

并联电流负反馈RFR1uiR2RL+–++–ioRi1ifid设输入电压ui

为正，差值电流id=i1–

if各电流的实际方向如图if削弱了净输入电流(差值电流)——负反馈反馈电流取自输出电流——电流反馈

反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较

——并联反馈－第32页，共85页，2023年，2月20日，星期四5.7.4

并联电流负反馈RFR1uiR2RL+–++–ioRi1ifid设输入电压ui

为正，差值电流id=i1–

if各电流的实际方向如图if削弱了净输入电流(差值电流)——负反馈反馈电流取自输出电流——电流反馈－特点：输出电流io与负载电阻RL无关

——反相输入恒流源电路第33页，共85页，2023年，2月20日，星期四第6章正弦波振荡电路6.1

自激振荡6.2

RC振荡电路6.3

LC振荡电路

第34页，共85页，2023年，2月20日，星期四第6章正弦波振荡电路本章要求：1.了解正弦波振荡电路自激振荡的条件。2.了解LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理。第35页，共85页，2023年，2月20日，星期四

正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。6.1

自激振荡常用的正弦波振荡器LC振荡电路:输出功率大、频率高。RC振荡电路:输出功率小、频率低。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。

应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。第36页，共85页，2023年，2月20日，星期四1Su1.

自激振荡

放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。

开关合在“1”为无反馈放大电路。21Su

开关合在“2”为有反馈放大电路，

开关合在“2”时,，去掉ui

仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。自激振荡状态2第37页，共85页，2023年，2月20日，星期四2.自激振荡的条件(1)幅度条件：(2)相位条件：n是整数

相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；

幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数A

或反馈系数F达到)。自激振荡的条件第38页，共85页，2023年，2月20日，星期四3.起振及稳幅振荡的过程设：Uo

是振荡电路输出电压的幅度，

B是要求达到的输出电压幅度。起振时Uo

0，达到稳定振荡时Uo

=B。起振过程中Uo

<B，要求AuF

>

1，稳定振荡时Uo

=B，要求AuF

=

1，

从AuF

>

1到AuF

=

1，就是自激振荡建立的过程。可使输出电压的幅度不断增大。使输出电压的幅度得以稳定。起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。第39页，共85页，2023年，2月20日，星期四4.正弦波振荡电路的组成(1)放大电路:放大信号(2)反馈网络:必须是正反馈，反馈信号即是

放大电路的输入信号(3)选频网络:

保证输出为单一频率的正弦波

即使电路只在某一特定频率下满

足自激振荡条件(4)稳幅环节:

使电路能从AuF

>1，过渡到

AuF

=1，从而达到稳幅振荡。第40页，共85页，2023年，2月20日，星期四6.2RC振荡电路RC选频网络正反馈网络同相比例电路放大信号

用正反馈信号uf作为输入信号

选出单一频率的信号1.电路结构uf–+R++∞RFR1CRC–uO–+第41页，共85页，2023年，2月20日，星期四2.RC串并联选频网络的选频特性传输系数：。。RCRC。+–+–。式中

：

分析上式可知：仅当=o时，达最大值，且u2与u1同相，即网络具有选频特性，fo决定于RC。第42页，共85页，2023年，2月20日，星期四u1u2u2与u1波形相频特性（f）fo幅频特性ffo13第43页，共85页，2023年，2月20日，星期四3.工作原理

输出电压

uo经正反馈（兼选频）网络分压后，取uf

作为同相比例电路的输入信号ui

。(1)起振过程第44页，共85页，2023年，2月20日，星期四(2)稳定振荡

A

=

0，仅在f

0处F=

0满足相位平衡条件，所以振荡频率f

0=12RC。改变R、C可改变振荡频率RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。(3)振荡频率

振荡频率由相位平衡条件决定。第45页，共85页，2023年，2月20日，星期四振荡频率的调整++∞RFRCC–uO–+SSR1R2R3R3R2R1

改变开关K的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调；改变电容C的大小可实现频率的细调。振荡频率第46页，共85页，2023年，2月20日，星期四（4）起振及稳定振荡的条件稳定振荡条件AuF

=1，|F|=1/3，则起振条件AuF

>1，因为|F|=1/3，则

考虑到起振条件AuF

>1,一般应选取RF

略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。

由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。第47页，共85页，2023年，2月20日，星期四带稳幅环节的电路(1)

热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。

在起振时，由于uO

很小，流过RF的电流也很小，于是发热少，阻值高，使RF>2R1；即AuF>1。随着振荡幅度的不断加强，uO增大，流过RF

的电流也增大，RF受热而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1时，稳定于AuF=1，

振荡稳定。半导体热敏电阻R++∞RFR1CRC–uO–+第48页，共85页，2023年，2月20日，星期四带稳幅环节的电路(1)

热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。半导体热敏电阻R++∞RFR1CRC–uO–+

稳幅过程：

思考：

若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？uotRFAu第49页，共85页，2023年，2月20日，星期四带稳幅环节的电路(2)IDUD振荡幅度较小时正向电阻大振荡幅度较大时正向电阻小

利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅。R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1稳幅环节第50页，共85页，2023年，2月20日，星期四带稳幅环节的电路（2）R++∞RF2R1CRC–uO–+D1D2RF1

图示电路中，RF分为两部分。在RF1上正反并联两个二极管，它们在输出电压uO的正负半周内分别导通。在起振之初，由于uo幅值很小，尚不足以使二极管导通，正向二极管近于开路此时，RF>2R1。而后，随着振荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减小，直到RF=2R1，振荡稳定。第51页，共85页，2023年，2月20日，星期四晶闸管及其应用1

晶闸管2

可控整流电路3

晶闸管的保护第52页，共85页，2023年，2月20日，星期四1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。2.理解可控整流电路的工作原理、掌握电压平均值与控制角的关系。晶闸管及其应用第53页，共85页，2023年，2月20日，星期四晶闸管（Silicon

ControlledRectifier）晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。

体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。

优点：第54页，共85页，2023年，2月20日，星期四G控制极1

晶闸管1.1基本结构K阴极G阳极

AP1P2N1N2四层半导体

晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。(c)结构KGA(b)符号(a)外形晶闸管的外形、结构及符号三个

PN

结第55页，共85页，2023年，2月20日，星期四P1P2N1N2K

GA晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合+KA

T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK第56页，共85页，2023年，2月20日，星期四T1T21.2工作原理A

在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。形成正反馈过程KGEA>0、EG>0EGEA+_R第57页，共85页，2023年，2月20日，星期四

晶闸管导通后，去掉EG

，依靠正反馈，仍可维持导通状态。2.2

工作原理GEA>0、EG>0KEA+_RT1T2EGA形成正反馈过程第58页，共85页，2023年，2月20日，星期四晶闸管导通的条件：1.晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。

2.晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。

晶闸管导通后，控制极便失去作用。

依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件：

1.必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。

2.将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。第59页，共85页，2023年，2月20日，星期四正向特性反向特性URRMUFRMIG2>IG1>IG0UBRIFUBO正向转折电压IHoUIIG0IG1IG2+_+_反向转折电压正向平均电流维持电流U1.3伏安特性第60页，共85页，2023年，2月20日，星期四1.4主要参数UFRM:正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取UFRM

=80%UB0

。普通晶闸管UFRM

为100V—3000V反向重复峰值电压控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元件上的反向峰值电压。一般取URRM

=80%UBR

普通晶闸管URRM为100V—3000VURRM：第61页，共85页，2023年，2月20日，星期四正向平均电流环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。

IF：IFt2如果正弦半波电流的最大值为Im,则普通晶闸管IF为1A—1000A。第62页，共85页，2023年，2月20日，星期四UF:

通态平均电压（管压降）在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为1V左右。IH:

维持电流在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。一般IH为几十~一百多毫安。UG、IG：控制极触发电压和电流室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压、电流。一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。第63页，共85页，2023年，2月20日，星期四晶闸管型号及其含义导通时平均电压组别共九级,用字母A~I表示0.4~1.2V额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）P--普通晶闸管K--快速晶闸管S--双向晶闸管

晶闸管KP普通型如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。第64页，共85页，2023年，2月20日，星期四2

可控整流电路2.1单相半波可控整流

1.电阻性负载(1)

电路

u

>0时：若ug=0，晶闸管不导通，u

<0时:

晶闸管承受反向电压不导通,

uo=0,uT=u，故称可控整流。控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导通，uuoRL+–+uT+––Tio第65页，共85页，2023年，2月20日，星期四(2)工作原理t12u

<

0时:

可控硅承受反向电压不导通即：晶闸管反向阻断

加触发信号，晶闸管承受正向电压导通tOu

>0时:tO第66页，共85页，2023年，2月20日，星期四tO

接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形动画控制角t1tOtOt22tO导通角(3)工作波形第67页，共85页，2023年，2月20日，星期四(4)整流输出电压及电流的平均值由公式可知：改变控制角，可改变输出电压Uo。第68页，共85页，2023年，2月20日，星期四2.电感性负载与续流二极管(1)电路

当电压u过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作用。uuoR+–+uT+––T⃝LeL⃝

在电感性负载中,当晶闸管刚触发导通时，电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图)，电流不能跃变，将由零逐渐上升(见波形)。第69页，共85页，2023年，2月20日，星期四tOtOtOt1tOt22

2)工作波形(未加续流二极管)第70页，共85页，2023年，2月20日，星期四uuoR+–+uT+––LTioDiou>0时：

D反向截止，不影响整流电路工作。u

<0时：

D正向导通,晶闸管承受反向电压关断,电感元件L释放能量形成的电流经D构成回路(续流),负载电压uo波形与电阻性负载相同(见波形图)。3.电感性负载(加续流二极管)+–(1)电路第71页，共85页，2023年，2月20日，星期四(3)工作波形(加续流二极管)iLttOtO2tO第72页，共85页，2023年，2月20日，星期四2.2单相半控桥式整流电路1.

电路2.

工作原理T1和D2承受正向电压。T1控制极加触发电压,则T1和D2导通，电流的通路为T1、T2晶闸管D1、D2晶体管aRLD2T1b(1)电压u为正半周时io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–b此时，T2和D1均承受反向电压而截止。第73页，共85页，2023年，2月20日，星期四io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–bT2和D1承受正向电压。T2控制极加触发电压,则T2和D1导通，电流的通路为(2)电压u为