电子技术基础刘继承第11章

第 11章 信 号 的 产 生 与 变 换 电 路 第 1节 电 压 比 较 器 第 2节 滞 回 比 较 器 （ 施 密 特 门 ） 第 3节 矩 形 波 发 生 电 路 （ 多 谐 振 荡 器 ） 第 4节 三 角 波 发 生 器 第 5节 单 脉 冲 发 生 电 路第 6节 正 弦 信 号 发 生 电 路第 7节 信 号 的 转 换 电 路 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 第 11章 信 号 的 发 生 与 变 换 电 路 开 始 作 ？ 业 11.1电 压 比 较 器 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？ 业 退 出开 始 电 压 比 较 器 是 对 输 入 信 号 进 行 鉴 幅 与比 较 的 电 路 ， 是 组 成 非 正 弦 波 发 生 电 路的 基 本 单 元 电 路 ， 在 测 量 和 控 制 系 统 中有 着 广 泛 的 应 用 。 电 压 比 较 器 的 输 出 电 压 u0与 输 入 电 压uI的 函 数 关 系 u0 = f (uI) 一 般 用 曲 线 来 描述 ， 称 为 电 压 传 输 特 性 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1电 压 比 较 器 由 集 成 运 放 器 构 成 的 电 压 比 较 器 ， 如 图11.1.1(a)(b)所 示 ； 图 (c)是 电 压 传 输 特 性 。 开 始 作 ？ 业 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1电 压 比 较 器 开 始 作 ？ 业 为 了 正 确 画 出 电 压 传 输 特 性 ， 必 须 确 定以 下 三 个 要 素 ： 输 出 电 压 高 电 平 的 数 值 UOH和 低 电 平 的数 值 UOL。 阈 值 电 压 的 数 值 UT。 当 uI 变 化 且 经 过 UT 时 ， uo跃 变 的 方 向 ， 即 是 从 UOH跃 变 为 UOL， 还 是 从 UOL跃 变 为 UOH。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1.1单 限 比 较 器1、 过 零 比 较 器 开 始 作 ？ 业 图 11.1.2(a)所 示 为 反 相 过 零 电 压 比 较 器 ，其 特 点 是 ： 输 入 uI接 反 相 输 入 端 ， uI称 比 较信 号 ； 阈 值 电 压 UT接 同 相 端 ， 且 UT=0V。 图 (b)是 电 压 传 输特 性 ， 其 输 出 电 压为 +UOM或 -UOM 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1.1单 限 比 较 器 为 了 限 制 集 成运 放 的 差 模 输 入电 压 ， 保 护 其 输入 级 三 极 管 可 加二 极 管 限 幅 电 路 ,如 图 11.1.3。 开 始 作 ？ 业 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1.1单 限 比 较 器 开 始 作 ？ 业 为 了 满 足 负 载 的 需 要 可 在 输 出 端 加 稳 压 二极 管 限 幅 电 路 从 而 获 得 适 合 的 UOL和 UOH， 如图 11.1.4(a)所 示 。 图 中 R为 限 流 电 阻 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1.1单 限 比 较 器 开 始 作 ？ 业 有 时 可 将 输出 限 幅 稳 压 二极 管 接 成 如 图11.1.5所 示 形 式 ，这 样 可 省 去 限流 电 阻 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1.1单 限 比 较 器 图 11.1.6一 般 单 限 比 较 器 及 其 电 压 传输 特 性 ， UREF为 外 加 参 考 电 压 。 开 始 作 ？ 业 2、 一 般 单 限 比 较 器 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1.1单 限 比 较 器 开 始 作 ？ 业 根 据 叠 加 原 理 ， 集 成 运 放 反 相 输 入 端的 电 位 u 为 REFURR RuRR Ru 21 2121 1 令 u u 0， 则 求 出 阈 值 电 压 REFT URRU 12 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1.1单 限 比 较 器 开 始 作 ？ 业 ZOOM UUUu ； 则0当 u1UT时 ， 即 u UT时 ， 即 u u ，电 压 传 输 特 性 图 11.1.6(b)所 示 。这 里 应 保 证 UOUZ。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1.2双 限 比 较 器在 实 际 工 作 中 ， 时 常 遇 到 需 要 检 测输 入 模 拟 信 号 的 电 平 是 否 处 在 给 定 的两 个 门 限 电 平 之 间 ， 这 就 要 求 比 较 器有 两 个 门 限 电 平 。 这 种 比 较 器 称 为 双限 比 较 器 。 开 始 作 ？ 业 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.1.2双 限 比 较 器 开 始 作 ？ 业 双 限 比 较 器 的 一 种 电 路 如 图 11.1.7(a)所 示 。 图 （ b） 为 电 压 传 输 特 性 。UI为 输 入 电 压 ；C1为 同 相 输 入 电 压 比 较 器 ；C2为 反 相 输 入电 压 比 较 器 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2滞 回 比 较 开 始 作 ？ 业 虽 然 单 限 比 较 器 很 灵 敏 ,但 是 抗 干 扰 能力 差 。 滞 回 比 较 器 具 有 滞 回 特 性 ,即 具 有惯 性 ,因 而 也 就 具 有 一 定 的 抗 干 扰 能 力 。图 11.2.1由 运 放 构 成 的 滞 回 比 较 器 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2滞 回 比 较 开 始 作 ？ 业 从 图 11.2.1的 输 出 端 的 限 幅 电 路 可 以看 出 , u0= UZ。 集 成 运 放 反 相 输 入 端电 位 u-=uI， 而 同 相 输 入 端 电 位ZURR Ru 21 1 令 u-=u+， 求 出 的 就 是 阈 值 电 压 ， 因此 得 出 ZT URR RU 21 1 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2滞 回 比 较 开 始 作 ？ 业 从 电 压 传 输 特 性 曲 线 上 可 以 看 出 ， 当 -UTuI+UT时 , 可 能 是 +UZ也 可 能 是 -UZ。 如 果 比 较 信 号 uI是 从 小 于 -UT的 值 逐 渐增 大 到 -UTuI+UT， 那 么 u0为 +UZ； 如 果 比 较 信 号 uI 是 从 大 于 +UT 的 值 逐渐 减 小 到 -UTuI0V时 ,图 11.2.2(a)所 示 电 路 的电 压 传 输 特 性 如 图 11.2.2 (b)所 示 。UT1:下 限 阈 值 电 压 ；UT2:上 限 阈 值 电 压 ；U: 回 差 电 压 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2滞 回 比 较 开 始 作 ？ 业 例 11.2.1在 图 11.2.1(a)所 示 电 路 中 ,已 知 稳压 管 的 稳 定 电 压 UZ= 9V,输 入 电 压 uI的波 形 如 图 11.2.3(a)所 示 ,试 画 出 u0的 波 形 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2滞 回 比 较 开 始 作 ？ 业 解 ： 输 出 高 电 平 和 低 电 平 分 别 为 UZ= 9V,阈 值 电 压 为 VVURR RU ZT 3910050 5021 1 画 出 电 压 传 输 特 性 如 图 11.2.3(c)所示 。 根 据 电 压 传 输 特 性 便 可 画 出 u0的波 形 ,如 图 11.2.3(b)所 示 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2滞 回 比 较 开 始 作 ？ 业 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 1、 555定 时 器 的 电 路 组 成 555定 时 器 是 一 种 多 用 途 的 中 规 模 集 成电 路 器 件 ,在 外 围 配 以 少 量 的 阻 容 元 件 就 可以 方 便 地 构 成 施 密 特 门 、 单 稳 态 触 发 器 和矩 形 波 发 生 器 等 应 用 电 路 。 由 555定 时 器构 成 的 施 密 特 门 具 有 滞 回 比 较 特 性 ， 因 此它 与 由 运 算 放 大 器 构 成 的 滞 回 比 较 器 具 有相 同 的 电 压 传 输 特 性 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 图 11.2.15 是 国 产 双 限 型 定 时 器 CB555的电 路 结 构 图 。 它 由 比 较 器 C1和 C2、 基 本 RS触 发 器 和集 成 开 路 的 放 电 晶 体 管 TD三 部 分 组 成 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 555定 时 器 工 作 原 理 分 析 ： 截 止 。， 输 出 为， 故， 时 ，当 保 持 不 变 ；， 故， 时 ，当 导 通 ；， 输 出 为， 故， 时 ，当 截 止 ；， 输 出 为， 故， 时 ，当 DOHCC CCICCI CC CCICCI DOLCC CCICC DOHCC ICCI TUuuu UuUu uuu UuUu TUuuu UuUu TUuuu uUu 100 3132 11 3132 010 3132 101 31,32 021 12 021 21 021 2I1 021 21 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 表 11.2.1 555定 时 器 的 符 号 和 功 能 表 开 始 作 ？ 业 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门2、 用 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 如 图 11.2.6所 示 ， 将 555定 时 器 的 两 个输 入 端 uI1和uI2连 在 一 起作 为 信 号 输入 端 ， 可 得到 施 密 特 门 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 由 于 比 较 器 C1和 C2的 参 考 电 压 不 同 ，因 而 基 本 RS触 发 器 的 置 0信 号 (UC1=0)和置 1信 号 (UC2=0)必 然 发 生 在 输 入 信 号 uI的 不 同 电 平 。 因 此 ， 输 出 电 压 u0由 高 电平 变 为 低 电 平 和 由 低 电 平 变 为 高 电 平 所对 应 的 uI值 也 不 相 同 ， 这 样 就 形 成 了 施密 特 触 发 特 性 （ 滞 回 特 性 ） 。 开 始 作 ？ 业 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 首 先 分 析 uI从 0逐 渐 升 高 的 过 程 ： 。， 故门 输 出 为 以 后 ，当 保 持 不 变 ；故 时 ，当 ；， 故门 输 出 为 时 ，当 OLCC CCI OHCC CCICC OHCC CCI UuG,u,u Uu Uu,uu UuU Uu,u,u Uu 0221 021 021 01032 1 3231 10131 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 CCTTT CCTCCT OHCC CCI OLCC CCICC CCI UUUU UUUU UuG,u,u Uu Uu,uu UuU Uu 313132 10131 1 3231 32 0221 021 为由 此 得 电 路 的 回 差 电 压 ；，因 此 ， 阈 值 电 压 。， 故门 输 出 为 以 后 ，当 不 变 ；故 时 ，当 开 始 下 降 的 过 程 ：从 高 于其 次 ， 再 看 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 图 11.2.7所 示 是 图 11.2.6所 示 电 路 的 电 压传 输 特 性 ,它 是 一 个 典 型 的 反 相 输 出 的 施密 特 触 发 特 性 ， 与 滞 回 特 性 相 同 。 通 过 改 变 uC0 可 以 调节 回 差 电 压的 大 小 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 3、 施 密 特 门 基 本 应 用（ 1） 波 形 转 换 图 11.2.8中 输出 脉 冲 宽 度 tPO可 通 过 改 变 回 差电 压 U 的 大 小加 以 调 节 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 （ 2） 波 形 整 形数 字 矩 形 波 信 号 在 传 输 过 程 中 受 到 干 扰 变成 了 图 11.2.9（ a） 所 示 的 不 规 则 波 形 。图 中 若 负 向 阈 值 取 为 U1-。若 负 向 阈 值 取 值 为 U2-, 输 入 信 号 顶 端的 干 扰 毛 刺 在 输 出 中 已 不 复 存 在 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 （ 3） 幅 度 鉴 别 施 密 特 门 的 翻 转 取 决 于 输 入 信 号 是否 高 于 UT+或 低 于 UT-， 利 用 这 个 特 性可 以 构 成 幅 度 鉴 别 器 ， 用 以 从 这 一 串脉 冲 中 检 出 符 合 幅 度 要 求 的 脉 冲 。 图11.2.10所 示 为 一 个 幅 度 鉴 别 器 的 工 作波 形 图 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.2由 555定 时 器 构 成 的 施 密 特 门 开 始 作 ？ 业 图 11.2.10 幅 度 鉴 别 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.3滞 回 比 较 器 应 用 举 例 开 始 作 ？ 业 图 11.2.11是 一 个 温 度 监 测 控 制 电 路 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.3滞 回 比 较 器 应 用 举 例 开 始 作 ？ 业 温 度 传 感 器 由 具 有 负 温 度 系 数 (阻 值随 温 度 的 增 加 而 减 小 )的 热 敏 电 阻 RT(放置 于 温 度 监 控 处 )、 固 定 电 阻 R1和 电 源 -UCC构 成 。 集 成 运 放 A1和 电 阻 R2、 R3构 成 跟 随器 ,起 隔 离 作 用 ,以 避 免 后 级 对 uT的 影 响 ,显 然 u01=uT。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.3滞 回 比 较 器 应 用 举 例 开 始 作 ？ 业 在 实 际 测 量 中 ,通 常 要 对 输 出 电 压 进 行变 换 和 定 标 ,使 被 测 温 度 与 输 出 电 压 相 对应 ,因 此 接 入 由 集 成 运 放 A2和 R4R6、 RP1及 RP2构 成 的 反 相 加 法 电 路 。 例 如 当 被 测温 度 为 下 限 值 时 ,u01=U01L0,若 要 求 此 时的 u02=U02L=0,则 应 使 RP2、 R6支 路 的 电 流为 0,因 此 可 得 即0 141 PCCLO RURU 4011 RUUR LCCP 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.3滞 回 比 较 器 应 用 举 例 开 始 作 ？ 业 上 式 即 确 定 了 RP1和 R4的 阻 值 关 系 。 图 中被 测 温 度 下 限 值 为 0 ,U01L=0.97V,则 RP1调至 约 154.6k即 可 。 而 当 被 测 温 度 为 上 限值 时 ,u01=U01H,若 要 求 此 时 的 u02=U02H,即 输入 电 压 变 化 量 u01=U01H-U01L,输 出 电 压 变化 量 u02=U02H-U02L,因 此 要 求 电 路 的 电 压放 大 倍 数 4 260101 020102 R RRUU UuuA PLH Hf 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.3滞 回 比 较 器 应 用 举 例 开 始 作 ？ 业 上 式 表 示 可 根 据 被 测 温 度 范 围 所 对 应 的 传感 器 输 出 电 压 变 化 量 和 定 标 电 压 确 定 反 馈 支路 电 阻 (R6+RP2) 和 R4的 阻 值 关 系 。 图 中 被 测温 度 上 限 值 为 100 ,U01H=-11.54V ,如 要 求 此时 U02H=10V,则 (R6+RP2) 9.46k。 集 成 运 放 A3和 R7、 R8构 成 跟 随 器 ,亦 起 隔 离作 用 。 显 然 u03=u02,其 电 压 标 的 读 数 按 温 度 标定 后 即 可 直 接 指 示 被 监 测 的 温 度 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.2.3滞 回 比 较 器 应 用 举 例 开 始 作 ？ 业 设 RP=RP3/RP3 同 相 输 入 端 电 压 041210 101210 124 uRRR RRURR Ru P PREF u-4与 u+4比 较 后 决 定 集 成 运 放 A4 构 成的 同 向 滞 回 比 较 器 的 输 出 电 平 。 图 中UREF可 通 过 电 位 器 RP3来 调 节 u+4， 达到 调 节 温 度 控 制 范 围 的 目 的 。 这 里R9R12的 阻 值 由 温 控 要 求 来 确 定 。 主 菜 单 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 11.3矩 形 波 发 生 电 路 （ 多 谐 振 荡 器 ） 开 始 作 ？ 业 矩 形 波 发 生 电 路 是 其 他 非 正 弦 波 发 生电 路 的 基 础 ， 当 矩 形 波 电 压 加 在 积 分 运放 电 路 的 输 入 端 时 ， 输 出 就 获 得 三 角 波电 压 ； 而 如 果 改 变 积 分 电 路 正 向 积 分 和反 相 积 分 的 时 间 常 数 ， 使 某 一 方 向 的 积分 常 数 趋 于 0， 就 能 获 得 锯 齿 波 。 1、 电 路 组 成 及 工 作 原 理11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器因 为 矩 形 波 电 压 只 有 两 种 状 态 ， 不 是高 电 平 ， 就 是 低 电 平 ， 所 以 电 压 比 较 器是 它 的 重 要 组 成 部 分 。 图 11.3.1所 示 为矩 形 波 发 生 电 路 ， 它 由 反 相 输 入 的 滞 回比 较 器 和 RC电 路 组 成 。 退 出作 ？ 业主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 图 11.3.1中 滞 回 比较 器 的 输 出 电 压ZUu 0阈 值 电 压 为 ZT URR RU 21 1 ZT URR RU 21 1 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 可 以 看 出 |UT+| = |-UT-|=UT。 因 而 电 压传 输 特 性 如 图 11.3.2所 示 。 设 某 一 时 刻 输 出 电压 u0=+UZ， 则 同 相 输入 端 电 位 u+=UT+。 如图 11.3.1中 实 线 箭 头 所示 ， uo通 过 R对 电 容 器正 向 充 电 。 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器 主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 2、 波 形 分 析 及 主 要 参 数 作 ？ 业 电 容 两 端 电 压uC(即 集 成 运 放 反相 输 入 端 电 位 u-)和 电 路 输 出 电 压u0波 形 如 图 11.3.3所 示 。 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器 主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 矩 形 波 的 宽 度 Tk与 周 期 T之 比 称 为占 空 比 ， 因 此 u0是 占 空 比 为 1/2的 矩形 波 。 根 据 电 容 上 的 电 压 波 形 可 知 ,在 1/2周 期 内 ， 电 容 充 电 的 起 始 值 为 -UT， 时 间 常 数 为 RC;时 间 t趋 于 无 穷时 ， uc趋 于 +UZ， 应 用 一 阶 RC电 路的 三 要 素 公 式 可 列 出 方 程 作 ？ 业 TRCTTZT UeUUU )1( 2 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器 主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 退 出 2121ln2 RRRCT 振 荡 周 期 作 ？ 业振 荡 频 率 Tf 1 由 以 上 分 析 可 知 ： 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器3、 占 空 比 可 调 电 路 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 利 用 二 极 管 的 单 向 导 电 性 可 以 引 导 电流 流 经 不 同 的 通 路 ， 从 而 改 变 充 放 电 时间 常 数 ， 实 现 占 空 比 可 调 。 电 路 及 电 压波 形 如 图 11.3.4所 示 。 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器3、 占 空 比 可 调 电 路 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 若 忽 略 二 极 管 导 通 时 的 等 效 电 阻 ，则 充 电 时 间 常 数 CRRP 311 若 忽 略 二 极 管 导 通 时 的 等 效 电 阻 ，则 放 电 时 间 常 数 CRR P 322 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器利 用 一 阶 RC电 路 的 三 要 素 公 式 可 得 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 2 1321 2 122 2 111 21ln221ln 21ln RRCRRTTT RRT RRT P 上 式 表 明 改 变 电 位 器 的 滑 动 端 可 以 改 变占 空 比 ， 但 不 能 改 变 周 期 。 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器 例 11.3.1 在 图 11.3.4(a)所 示 电 路 中 ， 已 知R1=R2=25k， R3=5k， RP=100k，C=0.1F， UZ= 8V。 试 求 : （ 1） 输 出 电 压 的 幅 值 和 振 荡 频 率 约 为 多 少 ? （ 2） 占 空 比 的 调 节 范 围 约 为 多 少 ? 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器解 （ 1） 输 出 电 压 u0= 8V 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 HzTf ms s sR RCRRT P 83/11.12 101.12 1025 102521ln101.01010100 21ln)2( 3 3 363 213 振 荡 频 率振 荡 周 期 11.3.1由 运 放 构 成 的 矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 95.0045.0/ 95.01.12 5.11105.11 1025 102521ln101.0101005 045.01.1255.0 1055.01025 102521ln101.0105 1000 21ln)( 2 1max13 3 363max11 min1 33 363min1 11 2131 TTTT s sTT TT ssT TkR RRCRRT PP故 占 空 比 调 节 范 围 为占 空 比 为的 最 大 值 为占 空 比 为 的 最 小 值 为， 所 以式 中 ，矩 形 波 的 宽 度 11.3.2 由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器1、 用 555定 时 器 构 成 的 多 谐 振 荡 器 由 555定 时器 接 成 的 矩形 波 发 生 器的 电 路 如 图11.3.5所 示 。 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 图 11.3.6矩 形 波 发 生 器 的 工 作 波 形 图 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 电 容 放 电 时 间 常 数 ， 即 uC由 2/3UCC降到 1/3UCC所 需 的 时 间 为 CRCRT 222 7.02ln 电 容 充 电 时 间 常 数 ， 即 uC由 1/3UCC升到 2/3UCC所 需 的 时 间 为 CRRCRRT ）21211 (7.02ln)( 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 所 以 在 输 出 端 得 到 方 波 的 频 率 为 CRRCRRTTf 212121 243.12ln2 11 输 出 脉 冲 的 占 空 比 为 21 211 2RR RRTTq 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 由 于 555定 时 器 内 部 的 比 较 器 灵 敏 度 较高 ， 而 且 采 用 差 分 电 路 形 式 ， 它 的 振 荡 频率 受 电 源 电 压 和 温 度 变 化 的 影 响 很 小 。 用 CB555组 成 的 矩 形 波 发 生 器 最 高 振 荡频 率 可 达 500kHz， 用 CB7555组 成 的 矩 形 波发 生 器 最 高 振 荡 频 率 可 达 1MHz。 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 2、 占 空 比 可 调 的 多 谐 振 荡 器 图 11.3.6所 示 电 路 输 出 波 形 ， 其 占 空 比始 终 大 于 50 。 如 果 要 得 到 占 空 比 小 于或 等 于 50 的 矩 形 波 ， 电 路 可 按 图 11.3.7的 形 式 连 接 。 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 由 图 可 知电 容 C的 充电 时 间 变 为T1=R1Cln2 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 而 放 电 时 间 为 T2=R2Cln2故 得 输 脉冲 的 占 空 比 为 若 取 R1=R2，则 q=50%。 图 11.3.7所 示 电 路 得 振 荡 周期 也 相 应 地 变 成 21 1 RR Rq T=T1+T2=(R1+R2)Cln2 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 例 11.3.2 试 用 555定 时 器 设 计 一 个 多谐 振 荡 器 ,要 求 振 荡 周 期 为 1s， 输 出 脉 冲幅 度 大 于 3V而 小 于 5V， 输 出 脉 冲 的 占空 比 q 2/3。 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 解 ： 由 CB555的 特 性 参 数 可 知 ， 当电 源 电 压 取 为 5V时 ， 在 100mA的 输 出电 流 下 输 出 电 压 的 典 型 值 为 3.3V， 所 以取 UCC 5V可 以 满 足 对 输 出 脉 冲 幅 度 的要 求 。 若 采 用 图 11.3.5电 路 ， 可 知 21 21 21 322 RR RR RRq 故 得 到 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 kCR CRFC CRRT 4869.0103 12ln3 1 12ln310 12ln)2( 51 121则 代 入 上 式 得 到，若 取根 据 题 目 要 求 可 得 ： 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 因 为 R1=R2,所 以 取 两 只 47k的 电 位 器串 联 ,即 得 到 图 11.3.8所 示 的 设 计 结 果 。 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 图 11.3.9所 示 为 一 个 由 555定 时 器 构成 得 占 空 比 可 调 的 多 谐 振 荡 器 EWB仿真 电 路 和 仿 真 输 出 波 形 。 电 路 中 的 参数 如 图 11.3.9（ a） 所 示 ， EWB仿 真 输出 uC、 u0的 波 形 如 图 11.3.9(b)所 示 。 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.3.2由 555定 时 器 构 成 的矩 形 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.3.3矩 形 波 发 生 器 应 用 举 例1、 模 拟 声 响 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 用 两 个 矩 形 波 发 生 器 按 图 11.3.10(a)所 示连 接 ， 可 构 成 模 拟 声 响 发 生 器 。 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.3.3矩 形 波 发 生 器 应 用 举 例 图 中 第 一 片 555定 时 器 的 输 出 u01接 至第 二 片 555定 时 器 的 复 位 输 入 端 (4脚 )，第 二 片 555定 时 器 的 输 出 u02驱 动 扬 声 器发 声 。 适 当 选 择 电 阻 、 电 容 的 参 数 值 ,使 第 一 片 555定 时 器 的 振 荡 频 率 为 1Hz,第 二 片 555定 时 器 的 振 荡 频 率 为 2kHz，如 图 11.3.10(b)所 示 。 11.3.3矩 形 波 发 生 器 应 用 举 例 2、 直 流 电 动 机 脉 冲 调 速 电 路 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 直 流 电 动 机 脉 冲 调 速 电 路 如 图 11.3.11所 示 。 11.3.3矩 形 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 图 中 用 555集 成 定 时 器 构 成 占 空 比 可 调的 多 谐 振 荡 器 ; R4、 DZ1和 C1使 多 谐 振 荡 获得 稳 定 的 12V电 源 电 压 ； 三 只 并 联 工 作 的功 率 场 效 应 晶 体 管 T1、 T2、 T3作 为 功 率 开关 管 ， 与 直 流 电 动 机 串 联 ； 改 变 555输 出电 压 占 空 比 ， 可 改 变 功 率 管 的 导 通 时 间 ，从 而 改 变 直 流 电 机 的 转 速 。 DZ2使 功 率 管栅 极 电 压 幅 值 限 制 在 10V。 11.4 三 角 波 发 生 电 路 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 在 方 波 发 生 器 电 路 中 ， 当 滞 回 比 较 器的 阈 值 电 压 的 数 值 较 小 时 ， 可 将 电 容 两端 的 电 压 看 成 为 近 似 三 角 波 。 但 是 一 方面 这 个 三 角 波 的 线 性 度 较 差 ， 另 一 方 面带 负 载 后 将 使 电 路 的 性 能 产 生 变 化 。由 运 放 构 成 的 三 角 波 发 生 器 11.4 .1 由 运 放 构 成 的 三 角 波 发 生 器 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 1、 工 作 原 理由 运 放 构 成 的 三 角 波 发 生 器 我 们 通 过 下 面 动 画 看 一 下 由 运 放构 成 的 三 角 波 发 生 器 的 电 路 及 波 形 。 11.4.1由 运 放 构 成 的 三 角 波 发 生 器 图 11.4.2三 角 波 发 生 电 路 图 11.4.3滞 回 比较 器 的 电 压 传 输 特 性 。 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.4.1由 运 放 构 成 的 三 角 波 发 生 器 2、 主 要 参 数 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 2 314 R CRRT 振 荡 周 期振 荡 频 率 CRRRf 31 24 11.4.2由 三 角 波 发 生 器 产 生 锯 齿 波 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 利 用 二 极 管 的 单 相 导 电 性 使 积 分 电 路两 个 方 向 的 积 分 通 路 不 同 ， 就 可 以 得 到锯 齿 波 发 生 电 路 ， 如 图 11.4.5（ a） 所 示 ，图 中 R3的 阻 值 远 小 于 RP。 图 （ b） 为 输出 电 压 波 形 。 11.4.2由 三 角 波 发 生 器 产 生 锯 齿 波 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 1、 锯 齿 波 发 生 电 路 11.4.2由 三 角 波 发 生 器 产 生 锯 齿 波 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 设 二 极 管 导 通 时 的 等 效 电 阻 可 忽 略 不 计 ,电 位 器 的 滑 动 端 移 到 最 上 端 。 当 u01=+UZ时 , D1导 通 , D2截 止 ,输 出 电 压 的 表 达 式 为)()(1 000130 tuttUCRu Z u0随 时 间 线 性 下 降 。 当 u01=-UZ时 , D2导通 D1, 截 止 ,输 出 电 压 的 表 达 式 为 )()()( 1 101230 tuttUCRRu ZP 11.4.2由 三 角 波 发 生 器 产 生 锯 齿 波 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 由 此 可 得 出 下 降 时 间上 升 时 间 CRRRttT 321011 2 CRRRRttT P )(2 321122 所 以 振 荡 周 期 23121 )2(2 R CRRRTTT P 由 于 R3的 阻 值 远 小 于 RP,所 以 可 以 认 为TT2。 11.4.2由 三 角 波 发 生 器 产 生 锯 齿 波 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 2、 波 形 变 换 电 路 11.4.2由 三 角 波 发 生 器 产 生 锯 齿 波 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 三 角 波 电 压 如 图 11.4.6（ a） 所 示 ， 经波 形 变 换 电 路 所 获 得 的 锯 齿 波 电 压 ， 如图 11.4.6（ b） 所 示 。 分 析 两 个 波 形 的 关系 可 知 ， 当 三 角 波 上 升 时 ， 锯 齿 波 与 之相 等 ， 即 1:1: 10 uu 当 三 角 波 下 降 时 ， 锯 齿 波 与 之 相 反 ， 即1:1: 10 uu 11.4.2由 三 角 波 发 生 器 产 生 锯 齿 波 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 因 此 ,波 形 变 换 电 路 应 为 比 例 运 算 电路 ， 当 三 角 波 上 升 时 ， 比 例 系 数 为 1；当 三 角 波 下 降 时 ， 比 例 系 数 为 -1； 利 用可 控 的 电 子 开 关 （ 如 图 11.4.8） ， 可 以实 现 比 例 系 数 的 变 化 。 11.4.2由 三 角 波 发 生 器 产 生 锯 齿 波 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 图 11.4.7三 角 波 锯 齿 波 电 路 图 11.4.8 可控 电 子 开 关 电 路 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 三 角 波 发 生 器 的 应 用 实 例 很 多 ， 在这 里 我 们 以 常 用 的 开 关 电 源 为 例 ， 介绍 一 下 三 角 波 的 应 用 。 开 关 电 源 的 方框 图 如 图 11.4.9(a)所 示 。 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 1、 电 路 组 成 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 电 路 是 由 开 关 脉 冲 发 生 器 (由 振 荡 器和 脉 宽 调 制 电 压 比 较 器 组 成 )、 开 关 调整 管 和 储 能 滤 波 电 路 三 部 分 组 成 。 这三 部 分 的 功 能 分 别 为 : 开 关 脉 冲 发 生 器 ： 它 一 般 由 振 荡 器和 脉 宽 调 制 电 压 比 较 器 组 成 ， 产 生开 关 脉 冲 。 脉 冲 的 宽 度 受 比 较 器 输出 电 压 的 控 制 。 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 开 关 调 整 管 ： 它 一 般 有 功 率 管 组 成 ,在开 关 脉 冲 的 作 用 下 ,使 其 导 通 或 截 止 ,工 作 在 开 关 状 态 。 开 关 脉 冲 的 宽 窄 控制 调 整 管 导 通 与 截 止 的 时 间 比 例 ， 从而 输 出 与 之 成 比 例 的 断 续 脉 冲 电 压 。 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 储 能 滤 波 电 路 ： 它 一 般 由 电 感 L、 电容 C和 二 极 管 D组 成 。 能 把 调 整 管 输出 的 断 续 脉 冲 电 压 变 成 连 续 的 平 滑 直流 电 压 。 当 调 整 管 导 通 时 间 长 ， 截 止时 间 短 时 ， 输 出 直 流 电 压 就 高 ， 反 之则 低 。 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 2、 工 作 原 理 和 稳 压 过 程 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 正 常 情 况 下 输 出 电 压 U0恒 定 不 变 ， 即为 该 稳 压 器 的 标 称 值 ， 此 时 UF与 UREF应 相 等 ， 则 u01=0， A2比 较 器 即 为 过零 比 较 器 ， 此 时 u02波 形 的 占 空 比q=50%， 波 形 如 图 11.4.11(a)所 示 ； 当 uo10时 ， 与 三 角 波 比 较 结 果 使 u02 波 型 的 占 空 比 q0时 ， 与 三 角 波 比 较 结 果 使 u02 波 形 的 占 空 比 q50%， 波 形 如 图 11.4.11(C)所 示 。 当 输 入 电 压 UI或 负 载 电 流 I0变 化 时 ，将 引 起 输 出 电 压 U0偏 离 标 称 值 。 由 于负 反 馈 的 作 用 ,电 路 将 自 动 调 整 而 使 U0基 本 上 维 持 在 标 称 值 不 变 。 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 2、 采 用 集 成 控 制 器 的 开 关 直 流 稳 压 电 源 图 11.4.12所 示 为 采 用 CW3524集 成 控 制 器的 单 端 输 出 降 压 型 开 关 稳 压 电 源 实 用 电 路 ，该 稳 压 电 源 U0=+5V， I0=1A。 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 CW3524集 成 电 路 共 有 16个 引 脚 。 其内 部 电 路 包 含 基 准 电 压 器 、 三 角 波 振 荡器 、 比 较 放 大 器 、 脉 宽 调 制 电 压 比 较 器 、限 流 保 护 等 主 要 部 分 。 振 荡 器 的 振 荡 频率 由 外 接 远 见 的 参 数 来 确 定 。 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 15、 8脚 接 入 电 压 UI的 正 负 端 ;12、 11脚 和 14、 13脚 为 驱 动 调 整 管 基 极 的 开关 信 号 的 两 个 输 出 端 (即 脉 宽 调 制 电 压比 较 器 的 输 出 信 号 ),两 个 输 出 端 可 单 独使 用 ,亦 可 并 联 实 用 ,连 接 时 一 端 接 开 关调 整 管 的 基 极 ,另 一 端 接 8脚 (即 地 端 ); 11.4.3三 角 波 发 生 器 应 用 举 例 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 1、 2脚 分 别 为 比 较 放 大 器 的 反 相和 同 相 输 入 端 ; 16脚 为 基 准 电 压 源 输出 端 ; 6、 7脚 分 别 为 三 角 波 振 荡 外 接振 荡 元 件 RT、 CT的 连 接 端 ;9脚 为 防止 自 激 的 相 位 矫 正 元 件 R 、 C 的 连接 端 。 11.5 单 脉 冲 发 生 电 路 （ 单 稳 态 触 发 器 ） 单 脉 冲 发 生 电 路 ， 通 常 称 单 稳 态触 发 器 。 顾 名 思 义 ， 电 路 的 输 出 为单 脉 冲 。 产 生 单 脉 冲 的 电 路 有 多 种形 式 ， 由 555定 时 器 构 成 的 单 稳 态触 发 器 是 经 常 被 采 用 一 种 。 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 图 11.5.1是 用 555定 时 器 接 成 的 单 稳态 触 发 器 电 路 原 理 图 。 11.5.1 由 555定 时 器 构 成 单 稳 态 触 发 器1、 结 构 及 工 作 原 理 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 假 定 接 通 电 源 后 ， uI处 于 高 电 平 ， 那么 这 时 电 路 一 定 处 于 uC1=uC2=1， Q=0, u0=0的 状 态 ， 我 们 称 电 路 处 于 稳 态 ； 11.5.1 由 555定 时 器 构 成 单 稳 态 触 发 器 当 触 发 脉 冲 的 下 降 沿 到 达 ,使 uI2跳 变到 1/3UCC以 下 时 ， 使 uC2=0(此 时 uC1=1),触 发 器 被 置 1， u0跳 变 为 高 电 平 ， 电 路进 入 暂 稳 态 ； 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.5.1 由 555定 时 器 构 成 单 稳 态 触 发 器 与 此 同 时 TD截 止 ， UCC经 开 始 R向电 容 C充 电 。 当 充 至 uC=2/3UCC时 ，uC1变 成 0。 注 意 ， 此 时 输 入 端 的 触 发脉 冲 已 消 失 ， uI 回 到 了 高 电 平 。 则 触发 器 将 被 置 0， 于 是 输 出 返 回 u0=0 的状 态 。 同 时 TD又 变 为 导 通 状 态 ， 电 路回 到 稳 态 。 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 11.5 单 脉 冲 发 生 电 路 （ 单 稳 态 触 发 器 ） 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 电 容 C经 TD迅 速 放电 ， 直 至 uC0， 电路 恢 复 到 稳 态 。 图11.5.2画 出 了 在 触发 信 号 作 用 下 uC和u0相 应 的 波 形 。 11.5 单 脉 冲 发 生 电 路 （ 单 稳 态 触 发 器 ） 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 输 出 脉 冲 的 宽 度 tW等 于 暂 稳 态 的 持 续时 间 ， 而 暂 稳 态 的 持 续 时 间 取 决 于 外 接电 阻 R和 电 容 C的 大 小 。 由 图 11.5.2 可知 ， tW等 于 电 容 电 压 在 充 电 过 程 中 从 0上 升 到 所 需 要 的 时 间 ， 因 此 得 到CCU32 RCRCUU URCt CCCC CCW 1.13ln32 0ln 11.5 单 脉 冲 发 生 电 路（ 单 稳 态 触 发 器 ）2、 应 用（ 1） 脉 冲 整 形 25 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 图 11.5.3（ a） 所 示为 不 规 则 输 入 波 形 ，经 单 稳 态 触 发 器 处 理后 ， 可 以 得 到 固 定 宽度 、 固 定 幅 度 ， 且 上升 沿 、 下 降 沿 陡 峭 的规 整 矩 形 波 输 出 ， 如图 11.5.3（ b） 所 示 。 11.5 单 脉 冲 发 生 电 路（ 单 稳 态 触 发 器 ） 作 ？ 业 退 出主 菜 单 开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 (2)脉 冲 定 时 单 稳 态 触发 器 用 于 脉冲 定 时 ， 可