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1、模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学常见的非正弦波常见的非正弦波8.5 8.5 矩形波发生电路矩形波发生电路8.6 8.6 三角波发生电路三角波发生电路8.7 8.7 锯齿波发生电路锯齿波发生电路清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学常见的非正弦波矩形波矩形波三角波三角波锯齿波锯齿波尖顶波尖顶波阶梯波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学8.5 8.5 矩形波发生电路矩形
2、波发生电路一、什么是矩形波一、什么是矩形波如图如图8-198-19所示波形，图中，所示波形，图中，T1T1为高电平的持续时间；为高电平的持续时间；T2T2为低电平的持续时间；为低电平的持续时间；T T为周期，即为周期，即 T=T1+T2 T=T1+T2 将高电平的时间与周期的比值定义为占空比，记为将高电平的时间与周期的比值定义为占空比，记为q q占空比为占空比为0.10.1至至0.90.9的波形定义为矩形波。其中占空比为的波形定义为矩形波。其中占空比为0.50.5的矩形波又称方波，是矩形波的特例。的矩形波又称方波，是矩形波的特例。清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线
3、路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、占空比可调的矩形波发生电路二、占空比可调的矩形波发生电路 基本上是由滞回比较器与基本上是由滞回比较器与RCRC积分电路构成。为了实积分电路构成。为了实现占空比可调，只需使现占空比可调，只需使T T1 1TT2 2，为此加了两个二极管与一，为此加了两个二极管与一个电位器，将个电位器，将RCRC充放电通路分开，并实现占空比可调。充放电通路分开，并实现占空比可调。限幅器由两个稳压管构成，起箝位作用，其限幅值为限幅器由两个稳压管构成，起箝位作用，其限幅值为UUZ Z，提供矩形波的幅值。根据求阈值的方法可求得滞回比较，提供矩形波的幅值。根据求阈值的方法可求得滞回比较器的
4、阈值为器的阈值为RR1 1U UZ Z/(R/(R1 1+R+R2 2) )，传输特性如图，传输特性如图(b)(b)所示所示 清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学工作原理工作原理设设V V1 1、V V2 2的内阻分别为的内阻分别为rdrd1 1、rdrd2 2，并且，并且rdrd1 1=rd=rd2 2。当。当U Uo o=U=UZ Z时，时，V V1 1导通，导通，V V2 2截止，使电容截止，使电容C C充电，充电时间常数充电，充电时间常数充充=(R+rd=(R+rd1 1+R+RW W)C)C；U UC C由小到大不断上升，极性
5、上正下负，由小到大不断上升，极性上正下负，当当U UC C升到升到U UTH1TH1=R=R1 1U UZ Z/(R/(R1 1+R+R2 2) )时，比较器发生负跳变，时，比较器发生负跳变，U Uo o由由+U+UZ Z变变为为U UZ Z；当；当U Uo o= =U UZ Z时，时，V V1 1截止，截止，V V2 2导通，又使电容导通，又使电容C C放电，其放电，其放电时间常数放电时间常数放放=(R+R=(R+RW W+rd+rd2 2)C)C，U UC C不断下降至不断下降至U UTH2TH2= =R R1 1U U2 2/(R/(R1 1+R+R2 2) )时，比较器发生正跳变，时，
6、比较器发生正跳变，U Uo o由由U UZ Z变为变为+U+UZ Z。上述过程重复进行，于是振荡发生了。上述过程重复进行，于是振荡发生了。 清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学n调节调节R RW W，只要，只要RRW WRRW W，就能产生矩形波。，就能产生矩形波。n当当RRW WRRW W时，则时，则充充放放，U Uo o波形中的波形中的T T1 1TRRW W时，则时，则充充放放，T T1 1TT2 2，U Uo o的波形也是矩形的波形也是矩形波，波形与图波，波形与图8-20(c)8-20(c)中相反；当中相反；当RRW W=R=R
7、W W时，则时，则充充=放放，T T1 1=T=T2 2, ,占空比占空比T T1 1/T=0.5,U/T=0.5,Uo o波形为方波。波形为方波。 清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、振荡周期与频率三、振荡周期与频率n根据充放电理论，由图根据充放电理论，由图(b)(b)看出，设看出，设UC=UC=R1UZ/(R1+R2)(R1UZ/(R1+R2)(即即UTH2)UTH2)，在，在UOH=+UZUOH=+UZ的作用下，电容的作用下，电容C C充电的关系式为充电的关系式为nUCUC由由UTH2=UTH2=R1UZ/(R1+R2)R1U
8、Z/(R1+R2)上升到上升到UTH1=R1UZ/(R1+R2)UTH1=R1UZ/(R1+R2)的时间为的时间为T1T1，由此得，由此得n解得解得n同理得同理得清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、振荡周期与频率三、振荡周期与频率n矩形波的振荡周期是矩形波的振荡周期是n振荡频率振荡频率 n占空比为占空比为n可见，调节可见，调节RWRW电位器可使占空比变化。电位器可使占空比变化。清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学四、方波发生电路四、方波发生电路n是由带限幅器滞回比较器和是由带
9、限幅器滞回比较器和RCRC充放电回路两部分构成。充放电回路两部分构成。与矩形波电路所不同的是充放电回路相同，与矩形波电路所不同的是充放电回路相同，充充=放放=RC=RC，故使，故使T1=T2T1=T2、q=0.5q=0.5，从而使，从而使UoUo产生方波，同时在电产生方波，同时在电容容C C上产生线性不好的三角波，如图上产生线性不好的三角波，如图 (b) (b)所示。方波的幅所示。方波的幅值由值由UZUZ决定，而三角波的幅值由滞回比较器的阈值决定，而三角波的幅值由滞回比较器的阈值R1UZ/(R1+R2)R1UZ/(R1+R2)决定。方波的重复周期为决定。方波的重复周期为n n振荡频率振荡频率n
10、 清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学8.6 8.6 三角波发生电路三角波发生电路 n如果把一个方波信号接到积分电路的输入端，那么，在积如果把一个方波信号接到积分电路的输入端，那么，在积分电路的输出端可得到三角波信号；而比较器输入三角波分电路的输出端可得到三角波信号；而比较器输入三角波信号，其输出端可获得方波信号。信号，其输出端可获得方波信号。n根据这一原则，采用抗干扰能力强的同相滞回比较器和反根据这一原则，采用抗干扰能力强的同相滞回比较器和反相积分器互相级联，构成三角波信号发生电路。相积分器互相级联，构成三角波信号发生电路。 清华模电
11、课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学n滞回比较器起开关作用，使滞回比较器起开关作用，使U Uo o形成对称方波，作为积分器的输入信形成对称方波，作为积分器的输入信号，号，U Uo o作为作为A A1 1的同相输入信号。反相积分器起延迟作用，或线性上的同相输入信号。反相积分器起延迟作用，或线性上升或线性下降，使升或线性下降，使U Uo o形成线性度高的三角波；由形成线性度高的三角波；由U Uo o至至R R1 1连线的作用连线的作用是使是使U Uo o三角形的幅值不受三角形的幅值不受U Uo1o1方波频率的影响。方波频率的影响。n设设t=0t=0
12、时时U Uo1o1=+U=+UZ Z，电容器初始值，电容器初始值U UC C(0)=0,U(0)=0,Uo o=0=0；n当当t=0t=0t t1 1时，时，U Uo1o1=+U=+UZ Z，电容，电容C C被充电，由反相积分，被充电，由反相积分，U Uo o线性下降；线性下降；当当t=tt=t1 1时，比较器状态翻转，时，比较器状态翻转，U Uo o达到负的最大值；当达到负的最大值；当t=tt=t1 1t t2 2时，时，U Uo1o1= =U UZ Z，电容，电容C C放电，放电，放放=RC=RC，经反相积分，经反相积分，U Uo o线性上升到线性上升到t t2 2时，时，比较器状态又翻转
13、，比较器状态又翻转，U Uo o达到正幅值。达到正幅值。n以上过程反复进行，于是电路振荡起来。由于以上过程反复进行，于是电路振荡起来。由于充充=放放=RC=RC，所以，所以U Uo o形成三角波。形成三角波。 清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学解出解出 所以所以 可见，只要可见，只要R R1 1、R R2 2、U UZ Z稳定不变，则稳定不变，则U Uomom就是一个稳定不就是一个稳定不变的值，而与变的值，而与U Uo1o1方波的频率无关。方波的频率无关。 方波的幅值由限幅值方波的幅值由限幅值UZUZ决定，而由波形图知当决定，而由波形
14、图知当Uo1Uo1发生发生翻转的时刻对应的输出电压就是最大值翻转的时刻对应的输出电压就是最大值UomUom，所以三角波的幅，所以三角波的幅值就是比较器的阈值。由叠加原理求出值就是比较器的阈值。由叠加原理求出 清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三角波的周期可由波形图求出，三角波的周期可由波形图求出，t t2 2t t1 1=T/2,=T/2,对应对应2U2Uomom，再由反相积分，再由反相积分即即 解出解出 振荡频率振荡频率 可见，先固定可见，先固定R R1 1、R R2 2，使满足，使满足U Uomom不变，再粗调电容不变，再粗调电容
15、C C，细，细调电阻调电阻R R，使满足振荡频率，使满足振荡频率f f0 0，使调幅与调频互不影响。，使调幅与调频互不影响。清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学8.7 8.7 锯齿波发生电路锯齿波发生电路一、电路组成一、电路组成n包括同相输入滞回比较器包括同相输入滞回比较器(A1)(A1)和充放电和充放电时间常数不等的积分器时间常数不等的积分器(A2)(A2)两部分，共两部分，共同组成锯齿波电压产生电路同组成锯齿波电压产生电路 . .清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、门限电
16、压的估算二、门限电压的估算 单独画出由单独画出由A A1 1组成的同相输入滞回比较器。图组成的同相输入滞回比较器。图(b)(b)中的中的U Ui i就就是原中的是原中的U Uo o，即，即U Ui i=U=Uo o。由图。由图(b)(b)有有考虑到电路翻转时，有考虑到电路翻转时，有U U+1+1=U=U1 1=0=0，代入上式，解出，代入上式，解出清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、门限电压的估算二、门限电压的估算 由于由于U Uo1o1=U=UZ Z, , 可分别求出上、下门限电压和门限宽度为可分别求出上、下门限电压和门限宽度为清
17、华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、工作原理三、工作原理（1 1）设）设t=0t=0时接通电源，有时接通电源，有U Uo1o1= =U UZ Z, ,则则U UZ Z经经R R6 6向向C C充电，使输出电压充电，使输出电压按线性规律增长。当按线性规律增长。当U Uo o上升到门限上升到门限电压电压U UT+T+使使U U+1+1=U=U1 1时，比较器输出时，比较器输出U Uo1o1由由U UZ Z上跳到上跳到+U+UZ Z，同时门限电压下，同时门限电压下跳到跳到U UT T值。值。（2 2）U Uo1o1=+U=+UZ Z经经R
18、R6 6和和V V1 1、R R5 5两支路向两支路向C C反向充电，由于时间常数减小，反向充电，由于时间常数减小，U Uo o迅速下降到负值。当迅速下降到负值。当U Uo o下降到下门下降到下门限电压限电压U UT T使使U U+1+1=U=U1 1时，比较器输出时，比较器输出U Uo1o1又由又由+U+UZ Z下跳到下跳到U UZ Z。（3 3）如此周而复始，产生振荡。）如此周而复始，产生振荡。由于电容由于电容C C的正向与反向充电时间的正向与反向充电时间常数不相等，输出波形常数不相等，输出波形U Uo o为锯齿波为锯齿波电压，电压，U Uo1o1为矩形波电压为矩形波电压清华模电课件第25
19、讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学可以证明，若忽略二极管的正向电阻，其振荡周期为可以证明，若忽略二极管的正向电阻，其振荡周期为 当当R5R5、V1V1支路开路，电容支路开路，电容C C的正、反向充电时间常数相等时，的正、反向充电时间常数相等时，此时，锯齿波就变成三角波。此时，锯齿波就变成三角波。 清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学波形变换电路波形变换电路1. 1. 利用基本电路实现波形变换利用基本电路实现波形变换 正弦波变方波、变矩形波，方波变三角波，正弦波变方波、变矩形波，方波变三角波， 三
20、角波变方波，固定频率的三角波变正弦波三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波利用利用电子电子开关开关改变改变比例比例系数系数2. 2. 三角波变锯齿波：二倍频三角波变锯齿波：二倍频清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)模拟电子线路模拟电子线路哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3. 3. 三角波变正弦波三角波变正弦波若输入信号的频率变化不大，则可用滤波法实现。若输入信号的频率变化不大，则可用滤波法实现。若输入信号的频率变化较大，则可用折线法实现。若输入信号的频率变化较大，则可用折线法实现。 三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有3 3次、次、5 5次次谐波。谐波。清华模电课件第25讲非正弦波发生电路(新)
