08.波形产生电路与变换电路

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第八章 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。

uC(t)?uC(?)?[uC(0?)?uC(?)]e?

τ－时间常数，它的大小反映了过渡过程(暂态过程)的进展速度，τ越大，过渡过程

的进展越慢。τ近似地反映了充放电的时间。

uc(0+)—响应的初始值

uc(∞)—响应的稳态值

对于充电，三要素的值分别为： uc(0+)=0 uc(∞)=UCC τ

充

?t＝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 τ

放

＝RC

改变充放电时间，可得到不同的波形。 如果τ如果τ如果τ

充

=τ=τ

放

=RC<>T，可得到近似的三角波形；

放

充放

充

> >τ，且τ

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

UTH1?uC(t)?U???R2UZR2?R3

放电

UTH2?uC(t)?U???R2UZR2?R3

3. 振荡周期的计算

uC(t)?uC(?)?[uC(0?)?uC(?)]e

??tuC(T1)?uC(?)?[uC(0?)?uC(?)]e?T1?

?T1uC(T1)?uC(?)?[uC(0?)?uC(?)]e?

e?T1??Tu(?)?uC(T1)uC(T1)?uC(?)?1?lnCuC(?)?uC(0?) uC(0?)?uC(?)，?T1??放lnuC(?)?uC(0?)uC(?)?uC(T1)

其中：

?放?RC，uC(?)??Uz

uC(0?)?R2R2UzuC(T1)??UzR2?R3，R2?R3

代入上式得：

R2Uz2RR2?R3T1?RCln?RCln(1?2)R2R3?Uz?UzR2?R3

?Uz?T2?RCln(1?2R2)R3

同理求得：

则周期为：

T?T1?T2?2RCln(1?2R2)R3

从前面我们可知，矩形波的占空比为

TD?2T

占空比可调电路如图所示：

可求出占空比：

2R'T1?(R?RW?RW?rd1)Cln(1?2)R3 2R'T2?(R?RW?rd2)Cln(1?2)R3

2RT?T1?T2?(RW?rd1?rd2?2R)Cln(1?2)R3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

'RW?rd1?RT2D??TRW?rd1?rd2?2R

i充?uo?ucR

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，

i充?UzR，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

uo幅值从滞回比较器产生突变时刻求出，对应A1的U??U??0时的uo值就为幅值。从图中要看出

U??R3R2uo?uo1R2?R3R2?R3