实用模拟电子技术教程第16章电子课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,实用模拟电子技术教程第16章电子,*,实用模拟电子技术教程,主编：徐正惠,副主编：,刘希真,张小冰,实用模拟电子技术教程第16章电子,第三篇 模拟集成电路及其应用,本篇介绍集成电路和模拟集成电路的分类、命名方法、封装方式等基本常识。在此基础上重点介绍集成运算放大电路、集成稳压电路、集成信号测量电路、集成仪表放大电路、集成功率放大电路、集成信号发生电路等。通过介绍和讨论，要求掌握或了解相关集成电路常用的型号、外型、封装、功能、主要性能指标和典型应用电路。要求掌握常用模拟集成电路应用电路的设计方法。,实用模拟电子技术教程第16章电子,第16章 集成信号发生电路,第三篇 模拟集成电路及其应用,学习要求：,掌握正弦波振荡电路的组成和起振条件；掌握正弦波振荡电路的分类，以及各类振荡电路的优缺点；学会识读变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式振荡电路，用瞬时极性判别法分析其形成正反馈的原理；正确找出各个电路的选频环节；掌握石英振荡电路的工作原理；了解函数发生器电路ICL8038的主要性能，读懂其典型的应用电路。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,第16章 集成信号发生电路,在许多控制或测量电路中，经常要用到各种波形的信号，例如正弦波、方波、矩形波、三角波、锯齿波等，这些信号需要通过特定的电路来产生。能产生这些波形信号的电路称为波形发生电路，也称波形发生器。,按照所产生波形的不同，波形发生电路可以分为两大类：正弦波发生电路和非正弦波发生电路，正弦波发生电路也称正弦波振荡器。我们首先讨论正弦波发生电路。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.1.1 正弦波振荡的条件,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,正弦波发生电路是在没有外加输入信号的情况下，自行产生正弦波输出的电路。我们讨论这种能自行输出正弦波信号的电路应该满足怎么样的条件。,1、必须含有放大电路,首先，这种电路必须包含有放大电路。有了放大电路，只要电路中存在微弱的正弦波信号，经过放大电路的放大，就可以使该电路产生正弦波信号输出，如图所示。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.1.1 正弦波振荡的条件,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,2、必须存在正反馈和反馈网络,光依靠放大电路显然不能构成正弦波发生电路，因为只有正弦波信号输入时，放大电路才会产生正弦波输出，而该输入正弦波正是我们需要产生的。,如果电路中存在下图所示正反馈，情况就会发生变化。图X,i,表示正弦波输入信号，X,0,表示正弦波输出，A为放大电路，F为反馈网络，X,d,表示放大电路的净输入电压。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,正反馈如何形成自激振荡？,假设初始时刻有一个正弦波电压X,i,输入，经过放大，输出正弦波信号X,0,，输出信号经反馈网络形成反馈信号X,f,，通过正反馈， X,0, X,f,X,d,X,0,X,d, ，X,d,增加到一定的程度，即使将输入信号X,i,撤去，电路照样有正弦波信号输出。可见，引入正反馈后，只要有一个初始正弦振荡，通过正反馈，就可以在输出端得到正弦信号输出。,电路中总存在某种扰动，这种扰动即可成为初始振荡，但这种初始振荡并不是正弦波，为此，,还需要“选频网络”,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,3、必须包含选频网络,选频网络的作用是使正反馈过程仅对某一确定的频率有效，因此，只有这个频率的信号能在输出端形成输出，这样，就可以得到正弦波信号输出。多数信号发生电路做法是将反馈网络和选频网络“合二为一”，使反馈网络具有选频的功能，即反馈网络只对某一确定频率的信号有最大的反馈系数，偏离这一频率的信号，其反馈系数大大下降，正反馈的结果，输出端输出的就是正弦波信号。,4、还必须有稳幅的环节,幅度的环节，通常的做法是利用放大电路的非线性。由于放大电路元器件非线性的限制，X,0,达到一定的幅度后，电压放大倍数A的数值将降低，输出电压X,0,、反馈电压X,f,和净输入电压X,d,最后都将维持一个稳定的数值不变，电路达到动态平衡。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.1 正弦波发生电路的组成和起振条件,起振条件,可以证明，电路自激振荡达到动态平衡时，放大倍数和反馈系数应满足关系：,上式包含两层意思：其一，平衡时放大倍数和反馈系数大小的乘积等于1，其二，反馈信号和放大电路输出信号位相相同（或相差2的整数倍）。为了使输出信号从电路接通电源开始有一个从小到大，直至达到平衡的过程，电路的,起振条件,为：,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.1.2 正弦波振荡电路的组成和分类,根据上述分析，正弦波振荡电路的组成如下图所示。电路由放大电路A和反馈、选频网络组成，在分立元件组成的正弦波发生电路中，放大电路中晶体管依靠其非线性，同时起着稳幅的作用；反馈选频网络即起选频的作用，同时产生正反馈信号，形成电路的正反馈。,正弦波振荡电路组成,组成：,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.1.2 正弦波振荡电路的组成和分类,分类：,按照反馈、选频网络的不同，正弦波振荡电路可以分为三类：,1、反馈、选频网络由电阻和电容组成的，称为RC正弦波振荡电路；,2、反馈、选频网络由电感和电容组成的，称为LC振荡电路；,3、由石英晶体选频的，称为石英晶体振荡电路。,RC正弦波振荡电路的振荡频率比较低，一般在1MHz以下；LC正弦波振荡电路的振荡频率，一般在1MHz以上；石英晶体振荡电路等效于LC振荡电路，与LC振荡电路相比，其突出的优点是振荡频率非常稳定。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.1.3 正弦波振荡电路识读方法和步骤,根据上述关于正弦波振荡电路组成和起振条件的讨论，可以看出，对一个具体的振荡电路进行识读，应包含以下几方面内容：,1、检查电路是否包含放大电路、反馈、选频网络和稳幅环节。,2、检查放大电路的静态工作点设置，判断其能否正常工作。,3、用瞬时极性判别法，检查能否形成正反馈。,4、判断是否满足AF1的起振条件，估算振荡频率。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.2 RC正弦波振荡电路识读,RC振荡电路中应用最广的是串并联网络振荡电路，也称文氏桥振荡电路。,1、RC串并联网络振荡电路结构,这种电路典型的结构如右图所示，其放大电路采用集成运算放大电路（也可以采用晶体管放大电路），反馈、选频网络由串联的R、C和并联的R、C组成，因此称为,串并联网络振荡电路。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.2 RC正弦波振荡电路识读,1、RC串并联网络振荡电路结构,另一方面，串联的R、C，并联的R、C，电阻R,1,和R,F,正好组成一个电桥的四个桥臂（见图(b)），电路输出端和“地”接电桥的两个顶点，放大电路的两个输入端接另外两个顶点，因此也称文氏桥振荡电路。,改画为,运放,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.2 RC正弦波振荡电路识读,2、放大电路,图（1）中运算放大电路被接成同相输入放大电路，信号从同相端输入，放大倍数为：,3、反馈、选频网络特性,RC串并联网络既是选频网络，同时又是正反馈网络。网络的输入信号为U,0,（振荡电路的输出电压），输出的反馈电压为U,F,，两者之间的关系如图（2）所示,。,图1,图2,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.2 RC正弦波振荡电路识读,选频网络的频率特性,RC串并联网络既是选频网络，同时又是正反馈网络。首先研究这一网络的频率特性，即输入信号U,0,的频率从零逐渐变化到无穷大时，反馈系数F变化的情况。,频率特性包含两个方面：,其一,，频率从零逐渐变化到无穷大时，反馈系数F的数值随频率的变化，称为RC串并联网络的幅频特性；,其二,，频率从零逐渐变化到无穷大时，反馈电压U,F,与输入电压U,0,之间的位相差随频率的变化，称为RC串并联网络的相频特性。,图2,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.2 RC正弦波振荡电路识读,f=f,0,时，反馈系数达到最大，最大值F=1/3。,图2,幅频特性：,频率趋于零时，并联支路中C的容抗与R相比可以忽略，串联支路中C的容抗远大于R，R可以忽略，C和R分压的结果，输出电压U,F,的幅度趋于零。频率趋于无穷大时，并联支路中C的容抗趋于零，输出电压U,F,的幅度也,趋于零。当输入信号频率等于f,0,时，,输出电压U,F,的幅度达到最大值。可,以证明，f,0,的大小决定于R和C，等,于：,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.2 RC正弦波振荡电路识读,幅频特性：,因此幅频特性曲线呈图(1)所示的尖峰状形态。,图2,f=f,0,时F=1/3,图1,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.2 RC正弦波振荡电路识读,相频特性：,RC串并联网络相频特性如下图所示，输入信号频率趋于零时，U,F,的位相将比U,0,超前90，输入信号频率趋于无穷大时，U,F,的位相将比U,0,落后90，输入信号频率f=f,0,时，U,F,和U,0,之间没有位相差。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.2 RC正弦波振荡电路识读,相频特性：,RC串并联网络相频特性如下图所示，输入信号频率趋于零时，U,F,的位相将比U,0,超前90，输入信号频率趋于无穷大时，U,F,的位相将比U,0,落后90，输入信号频率f=f,0,时，U,F,和U,0,之间没有位相差。,可见，RC串并联网络对于频率为f,0,的信号相位移动为零，用极性判别法可以证明能形成正反馈。根据反馈网络的相频特性，频率偏离f,0,的其他信号因相位移动不等于零而不能形成正反馈。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.2 RC正弦波振荡电路识读,4、起振条件和振荡频率,起振条件为,今F=1/3，因此只要A3，就能满足起振的条件。将运算放大器组成的放大电路的放大倍数A,v,代入，可得起振条件为：,证：,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.2 RC正弦波振荡电路识读,总结：,1、串并联网络振荡电路（文氏桥振荡电路）的结构如图,2、起振条件为：,3、振荡频率为：,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,由于通用运算放大电路适用的频率比较低，而LC正弦波振荡电路常用于产生较高频率的正弦波，因此常见的LC正弦波振荡电路都由分立元件组成，必要时还采用共基极电路。典型的LC正弦波振荡电路有三种：,变压器反馈式振荡电路；,电感反馈式振荡电路；,电容反馈式振荡电路。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,1、电路结构,典型的变压器反馈式振荡电路如图所示，图中B,1,为变压器，有三个绕组，绕组L接晶体管VT,1,的集电极，绕组L,1,用来产生反馈电压，第三个绕组L,2,输出正弦波电压，R,L,为负载。绕组中的两个黑点，表示它们是这两个绕组的同名端，即同为绕组饶制时的“头”或“尾”。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,2、放大电路,右图所示的振荡电路所使用的放大电路是由晶体管VT,1,组成的共射极放大电路。该电路采用分压偏置方式，R,b1,和R,b2,为基极电阻，R,e,为发射极电阻，形成直流负反馈，用以稳定静态工作点。C,e,为旁路电容，避免R,e,对交流信号形成负反馈。与普通共集电极放大电路不同，图中的放大电路以LC并联网络为集电极负载。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,3、反馈、选频网络特性,电路选频、反馈网络由变压器初级绕组LC并联回路和次级绕组L,1,组成。,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,3、反馈、选频网络特性,分析选频网络特性前，首先复习LC并联回路的频率特性。当LC回路两端电压为U时，流过电路的电流电流为I，用表示电流和电压之间的位相差，Z表示LC回路的等效阻抗的大小。,LC回路的幅频特性：,由右图所示。输入信号频率等于谐振频率f,0,时，阻抗达到最大值，偏离这一频率时，阻抗下降，频率趋于零或无穷大，阻抗趋于零。谐振频率f,0,等于：,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,LC回路的相频特性：,由右下图所示。信号频率等于谐振频率f,0,时，电压与电流之间的位相差为零，频率趋向零时，位相差等于90，频率趋于无穷大时，位相差等于90。,可见，以LC并联回路为集电极负载的放大电路具有选频特性。当信号频率等于LC回路的谐振频率时，回路有最大阻抗，因此该频率下放大电路有最大的放大倍数（共射极放大电路的放大倍数与集电极阻抗成正比），而且无附加相移。对于其他频率的信号，不但放大倍数的数值下降，而且会有附加相移。,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,反馈电压极性分析：,绕组L,1,给出反馈电压，经电容C,1,耦合至放大电路的基极。是否构成正反馈，决定于绕组的方向，可以判别，按照图中所示的绕组方向，所构成的为正反馈。用瞬时极性判别法，设放大电路输入端极性为“+”，因共射极放大电路的倒相作用，集电极的极性为“”，绕组L加黑点的一端极性为“+”，绕组L,1,中加黑点的极性和L中黑点端同极性，也应该为“+”极性，经电容C,1,耦合至输入端，和原假设的极性相同，因此构成正反馈。,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,4、起振条件和振荡频率,可以证明起振条件为：,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,式中为晶体管VT,1,的电流放大倍数；r,be,为发射结电阻；R为折合到LC谐振回路的等效损耗电阻，包括电感L的直流电阻等；M为绕组L和L,1,之间的互感。由上式可以看出，选择高的晶体管，减小互感M等有助于满足起振条件。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,总结：,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,1、LC正弦波振荡电路结构如右图所示；,2、起振条件为：,3、振荡频率等于LC回路的谐振频率，等于：,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,总结：,16.2.1 变压器反馈式正弦波振荡电路,变压器反馈式振荡电路的优缺点,优点：,容易满足起振条件；振荡频率较高；输出波形失真不大，因此应用范围广。,缺点：,使用变压器，体积和重量都比较大；输出电压和反馈电压靠磁路耦合，因耦合不紧密而损耗较大；变压器铁芯容易产生电磁干扰；振荡频率稳定性不高。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,1、电路结构,16.2.2 电感反馈式正弦波振荡电路,电感反馈式振荡电路如图所示。与变压器反馈电路相比较，变压器初级加了一个抽头，次级只有一个绕组，用来向负载输出。变压器初级绕组三个端点分别接到晶体管的三个极，上方的端点经电容C,1,接VT,1,的基极；下方的端点接VT,1,的集电极；中间的端点经电源、电容C,e,接VT,1,的发射极。由于结构上的这一特点，电感反馈式振荡电路也称电感三点式振荡电路。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,2、放大电路,16.2.2 电感反馈式正弦波振荡电路,放大电路和变压器反馈振荡电路中的相同，也是共射极选频放大电路。,3、反馈、选频网络特性,反馈电压从电感L,1,获得，可用瞬时极性判别法判断所构成的为正反馈。,4、振荡频率,即为（L,1,+L,2,）和C组成的并联谐振电路的谐振频率f,0,，它等于：,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,2、放大电路,16.2.2 电感反馈式正弦波振荡电路,放大电路和变压器反馈振荡电路中的相同，也是共射极选频放大电路。,3、反馈、选频网络特性,反馈电压从电感L,1,获得，可用瞬时极性判别法判断所构成的为正反馈。,4、振荡频率,即为（L,1,+L,2,）和C组成的并联谐振电路的谐振频率f,0,，它等于：,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,5、起振条件为：,16.2.2 电感反馈式正弦波振荡电路,式中为晶体管VT的电流放大倍数，r,be,为VT的发射结电阻，R,L,为（包括负载电阻R,L,等）折合到VT管集电极与发射极之间的等效并联总损耗电阻。,6、优缺点：,电感反馈式电路的优点是：L,1,和L,2,之间的耦合紧密，输出信号振幅大；当C采用可变电容时，输出信号频率可调，且调节范围较大，最高频率可以达到几十兆赫。缺点是：输出电压中唱含有高次谐波，因此，常用于对波形要求不高的场合，例如高频加热器、接收机的本机振荡等。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,1、电路结构,16.2.3 电容反馈式正弦波振荡电路,电容反馈式振荡电路如图所示，与电感反馈式电路相比较，图中LC谐振电路中两个电感L,1,和L,2,被换成电容C,1,和C,2,，电容C被换成电感L。这样改变的目的是为了改善输出电压的波形。谐振电路中两个电容C,1,、C,2,的三个端点分别接到晶体管VT的三个极，由于这种结构上的特点，电感反馈式振荡电路也称电容三点式振荡电路。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,16.2.3 电容反馈式正弦波振荡电路,2、放大电路,晶体管VT组成共射极放大电路，电阻R,b1,、R,b2,为基极偏置电阻，R,C,为集电极电阻，R,e,为发射极电阻，形成直流负反馈，用以稳定静态工作点。C,e,为旁路电容，避免R,e,对交流信号形成负反馈。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,3、反馈、选频网络特性,16.2.3 电容反馈式正弦波振荡电路,反馈电压由电容C,2,经耦合电容C,3,耦合至晶体管VT的基极。,设基极瞬时极性为“+”，因共发射极放大电路的倒相作用，集电极极性为“”，C,1,上方端极性为“”，下方端极性为“+”，C,2,上方端极性为“”，下方端极性为“+”，经电容C,3,耦合，加到基极的电压极性为“+”，与原极性相同，因此构成正反馈。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,4、振荡频率,16.2.3 电容反馈式正弦波振荡电路,振荡频率f,0,即为（C,1,+ C,2,）、L并联谐振电路的谐振频率，它等于：,5、起振条件为：,式中为晶体管VT的电流放大倍数，r,be,为VT的发射结电阻，R,L,为集电极电阻R,C,等折合到VT管集电极与发射极之间的等效电阻。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.3 LC正弦波振荡电路识读,6、优缺点：,电容反馈式电路的优点是输出电压波形好，缺点是输出信号频率调节不方便。如通过C,1,或C,2,电容量调节的办法调节频率，调节时会影响起振条件，因此常用于固定频率或频率调节范围不大的场合。,16.2.3 电容反馈式正弦波振荡电路,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.4 石英晶体振荡电路识读,1、石英晶体的结构,石英晶体的全称是石英晶体谐振器，简称石英晶体。将二氧化硅晶体按照一定的方向切割成晶片，表面抛光并涂敷银层，封装，即为石英晶体，其结构示意图和电路符号如图所示。其中(a)为结构示意图，(b)电路符号。,16.4.1 石英晶体的等效电路和频率特性,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.4 石英晶体振荡电路识读,2、石英晶体的等效电路和频率特性,石英晶体的复杂性,石英晶体是绝缘体，因此不通直流电，但可以通过交流电。将交流电压加到石英晶体两端，一方面，晶片及两面涂银层构成一只电容，显然会起导电作用，其导电特性和普通电容器相同；另一方面，石英晶体有压电效应，施加交变电压后，会引起晶片的振动，这种振动反过来又会产生交变的电场，这种交变电场又影响晶体的导电，因此石英晶体的导电特性就变得十分复杂。,为了说明石英晶体的导电特性，通常采用等效电路和频率特性曲线。,16.4.1 石英晶体的等效电路和频率特性,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.4 石英晶体振荡电路识读,2、石英晶体的等效电路和频率特性,石英晶体的等效电路,石英晶体的等效电路如右图1所示。,图中C,0,为石英晶体不振动时的平板电容器的电容，一般几个pF到几十pF大小；电感L等效于机械振动的惯性，大约几毫亨到几十毫亨；电容C等效于晶片的弹性，大约0.10.01pF；R为晶片振动时的等效摩檫损耗电阻，约100。,16.4.1 石英晶体的等效电路和频率特性,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.4 石英晶体振荡电路识读,石英晶体的频率特性,频率特性如右图所示。其中纵坐标是晶体的电抗X，横坐标是频率f。上半平面X0，晶体表现为感性元件，下半平面X0，晶体表现为容性元件。图中f,S,是等效电路中R、L、C串联支路的谐振频率：,16.4.1 石英晶体的等效电路和频率特性,f,P,是C,0,和L、C、R支路组成的并联电路的谐振频率，等于：,2、石英晶体的等效电路和频率特性,由于CC,0,，比较上面两式，可得：f,S,f,P,。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.4 石英晶体振荡电路识读,16.4.1 石英晶体的等效电路和频率特性,2、石英晶体的等效电路和频率特性,从频率特性图可以看出：,f f,P,时，电抗主要决定于C,0,，晶体也呈现为容性；,f,S, f U,-,，保证输出端为高电平+V,CC,。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.5 非正弦波发生电路,第二个稳态：运放输出低电平V,CC,，A点电压等于稳压管电压U,Z,，经电阻R,1,、R,2,分压，运放同相输入端电压U,+,=U,T,，小于零：,图1,图2,因运放反相输入端接地，反相输入端电压U,-,=0，因此，反相端电压高于同相端电压，保证输出端为低电平。,16.5.1 矩形波发生电路,可见，如果电容,C,1,短路，则电路可以处于两个稳定的状态，这两个状态都是稳定的，彼此间不会转换。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.5 非正弦波发生电路,将电容C,1,接入，由于C,1,的充放电，两个状态不再保持稳定，而是定时地交替转换。,图1,图2,假设电路处于输出为高电平+V,CC,的状态，输出端电压U,Z,经R,3,向C,1,充电，使C,1,电压从U,T,开始不断上升（见图2），上升到U,T,之前，反相端电压低于同相端电压，运放维持高电平输出状态不变。当使C,1,电压高于U,T,之后，因反相端电压高于同相端电压，运放输出转为低电平V,CC,，即发生状态的转换。,类似地输出为低电平-V,CC,，电容C,1,经R,3,向输出端放电，运放输出，又转为第一种状态 +V,CC,，A点即形成矩形波输出,16.5.1 矩形波发生电路,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.5 非正弦波发生电路,3、矩形波主要参数,图1,图2,矩形波的周期T等于电容C,1,从U,T,充电至+U,T,，然后从+U,T,放电至U,T,的时间之和，它与电阻R,1,、R,2,、R,3,和电容C,1,有关，可以证明T等于：,16.5.1 矩形波发生电路,矩形波的宽度T,K,与周期T之比称为占空比，占空比等于1/2的矩形波称为方波。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.5 非正弦波发生电路,1、电路组成,三角波可由矩形波积分而来，因此三角波电路可以由矩形波电路加上积分电路而成。但在实用上，一般不采用上述波形变换的办法，而是采用如下图所示的电路。图中，运放A,1,工作于非线性状态，运放A,2,和电阻R,4,、电容C,1,组成积分电路，A,2,的输出同时作为A,1,同相端的输入信号。,16.5.2 三角波发生电路,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.5 非正弦波发生电路,2、工作原理,（1）A,1,工作状态分析,A,1,工作于开环状态，其输出电压要么是高电平，要么是低电平。,高电平时，输出电压u,01,等于U,Z,，低电平时，输出电压u,01,等于U,Z,。因此，u,01,的波形如右下图所示。,（2）如何确定A,1,所处的状态,A,1,所处的状态仅决定于同相输入端电压u,+,，由图可求出：,u,+,0时A,1,输出高电平， A,1,0时输出低电平。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.5 非正弦波发生电路,（3）,三角波u,0,的形成,设t=0时刻A,1,处于高电平,u,01,=U,Z,，见图2，该电压经积分，输出电压u,0,开始线性下降，形成三角波的下降支（图3）， u,0,的下降同时使A,1,同相输入端电压u,+,下降，当u,+,降为零时，A,1,转换为低电平输出状态，u,01,=U,Z,，相当于图中的,t=t,1,时刻。,进入u,01,=U,Z,状态后，该电压输入积分电路，积分的结果输出电压u,0,开始线性上升，形成三角波的上升支（图3）。u,0,的上升引起u,+,升高， u,+,大于零时，又使A,1,回到高电平状态。,u,01,u,0,图2,图3,图1,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.5 非正弦波发生电路,16.5.3 锯齿波发生电路,1、电路组成,使三角波的上升支所占的时间明显长于下降支，三角波即演变为锯齿波，如右图所示，其中T,1,为下降支所占的时间，T,2,为上升支所占的时间，T,2, T,1,时，三角波即演变为锯齿波。因此，锯齿波电路也可由三角波电路而来。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.5 非正弦波发生电路,16.5.3 锯齿波发生电路,1、电路组成,下图所示的锯齿波发生电路就是从三角波电路图演变而来。比较这两个电路图，可以看出，与三角波电路相比较，锯齿波电路增加了二只二极管VD,1,、VD,2,和电位器R,P1,组成的电路。,实用模拟电子技术教程第16章电子,2、工作原理,正电压U,Z,作正向积分时积分电流沿图中实线箭头所示的路径；加负电压U,Z,作反向积分时积分电流沿图中虚线箭头所示的路径。如果电位器活动端不在中心位置，则正、反向积分的时间常数不相等，如果将电位器活动端向上转到底，则正向积分时间常数为R,4,C,1,，而反向积分时间常数等于(R,4,+R,P1,)C,1,，反向积分时间常数将大于正向积分时间常数，因此，T,1,将小于T,2,，选择恰当的电位器阻值，可以获得理想的锯齿波。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.6 集成函数发生器ICL8038,1、ICL8038的封装和引脚功能,ICL8038是14脚单片集成电路，有PDIP和CERDIP两种封装，PDIP是塑料双列直插封装的简称，CERDIP是玻璃密封陶瓷双列直插封装的简称。引脚功能如图所示。,函数发生器是一种能同时输出方波、三角波和正弦波的单片集成电路，下面以ICL8038为例介绍集成函数发生器电路的特性和使用方法。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.6 集成函数发生器ICL8038,2、主要性能指标,电源电压：,使用单电源时，电压范围为10V30V；使用双电源时，电压范围为5V15V；,振荡频率调节范围：,0.001Hz300kHz；,振荡频率温度漂移：,ICL8038AC、ICL8038BC及ICL8038CC，在070范围内，振荡频率温漂为120ppm/；ICL8038AM、ICL8038BM，在55125范围内，振荡频率温漂为250ppm/,输出波形特性：,正弦波：振幅为0.22电源电压、谐波失真1.5%；三角波：振幅为0.33电源电压、线性0.05%；方波：上升时间180Ns、下降时间40nS、占空比可调范围2%98%。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.6 集成函数发生器ICL8038,3、典型应用电路,典型的应用电路如图所示，各外接元件的作用和数值计算公式如下：,（1）电阻R,L,矩形波输出端为集电极开路形式，使用时必须外接集电极电阻，图中R,L,即为外接的集电极电阻。,（2）电容C,为外接定时电容，和电阻R,A,、R,B,一起决定振荡频率。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.6 集成函数发生器ICL8038,3、典型应用电路,（3）电阻R,A,、R,B,为外接定时电阻，R,A,用来控制正弦波、三角波的波形上升部分以及矩形波的高电平部分的时间T,1,，它等于：,R,B,用来控制正弦波、三角波的波形下降部分以及矩形波的低电平部分的时间T,2,，T,2,等于：,R,A,不等于R,B,时，上升时间不等于下降时间，2脚输出的不再是正弦波；3脚输出的为锯齿波；9脚输出的是矩形波。只有R,A,=R,B,时，2脚、3脚和9脚输出的才是正弦波、三角波和方波。,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.6 集成函数发生器ICL8038,R,A,不等于R,B,时，上升时间不等于下降时间，2脚输出的不再是正弦波，如图2；3脚输出的为锯齿波；9脚输出的是矩形波。只有R,A,=R,B,时，2脚、3脚和9脚输出的才是正弦波、三角波和方波，见图1。,图1,图2,实用模拟电子技术教程第16章电子,16.6 集成函数发生器ICL8038,（4）调节12脚和负电源之间接入的100k的电位器，可使正弦波失真度达到1%。,为了得到占空比在50%左右小范围内可调的矩形波，可使用右图所示的电路，调节1k的电位器，9脚输出矩形波的占空比就可以随之变化。,实用模拟电子技术教程第16章电子,第16章讲授到此结束,谢谢大家！,实用模拟电子技术教程第16章电子,