第8章信号的发生及信号的转换.ppt

8.2 非正弦波发生器 图8-12-(a) 方波、 (b) 矩形波、 (c) 三角波、 (d) 锯齿波波形示意 8.2.1 方波和矩形波发生器 1. 方波发生器 1) 电路组成与工作原理 由运放构成的方波发生电路如图8-13（a）所示，它是由反相型施密特触发器加RC反馈支路组成，比较两者，差别仅在于用电容器上的uC代替了输入电压ui。 图8-13 运放构成的方波发生器及其波形 根据反相型施密特触发器的分析可知， 上、 下门限电压分别为 (8-8) (8-9) 式中,UOH和UOL分别为运算放大器输出端正向和负向最大输出电压。  若设uo=UOH, 则运放同相端的电压uf为 (8-10) uo经R向C充电，一旦使uCUT+, 输出电压就由UOH跳变到UOL。 uo=UOL后, 运放同相端的电压uf为 (8-11) 此时RC支路中，电容器C经电阻R向UOL放电至0，并进而在UOL作用下向C反向充电（为便于理解，读者可假定UOL为一负电压）。一旦uCUT-, 输出电压即刻又由UOL回跳变到UOH。 这样，周而复始，形成自激振荡，其波形如图8-13（b）所示。实线为输出电压uo的波形，虚线为电容C上的电压uC的波形。 2) 主要参数 图8-13（b）中时间T1是电容器上的电压uC由UT-上升到UT+所需的时间，即C的充电时间，它对应输出高电平UOH的时间；图中T2是电容器上的电压uC由UT+下降到UT-所需的时间，即C的放电时间，它对应输出低电平UOL的时间。因此方波的周期T为 (8-12) 由RC电路理论可以知道，起始值为UT-，在阶跃电压UOH作用下的充电过程可以表述为 (8-13) 以uC=UT+代入式(8-13)，可以求得T1为 (8-14) 用同样的方法，可以求得T2为 (8-15) 如果|UOH|=|UOL|，则方波的周期T为 (8-16) 2. 矩形波发生器 在图8-13（a）的电路基础上，稍加改动就可以构成矩形波发生器， 如图8 -14所示。正如前面所提，矩形波（也称矩形脉冲）与方波的区别在于方波的高电平与低电平所占时间相等， 矩形波则不相等。通常用“占空系数”q来说明两种电位所占时间的差别。q的一般定义为 (8-17) 式中, T为脉冲的重复周期，td为所占时间小于T/2的那个电平时间。若高电平所占时间小于T/2，习惯上称之为正脉冲；反之，称为负脉冲。 图8-14 RC充放电支路分开的矩形波发生器 要得到T1≠T2的矩形波（脉冲），常用的方法有：  (1) 如图8-13（a）电路，输出端接两个钳位用的稳压管， 但两管的稳压值不等，使|UOH|≠|UOL|，代入式(8-14)和式(8-15)， 从而达到T1≠T2的目的。  (2) 如图8-13（a）电路，使R2不接地，而是接一个直流参考电压UR，从而使|UOH|≠|UOL|，也能达到T1≠T2的目的。 (3) 如图8-14所示的一种实用电路，该电路通过利用二极管VD1、VD2的单向导电性能，将充电与放电回路分开，从而获得不同的充放电时常数，而且图中电位器可以调节，以此得到占空系数可调的矩形波。  参照式(8-14)和式(8-15)，我们得到矩形波的高低电平时间分别为（忽略二极管导通电压UD）： 式(7-19)中K为R4的上半部与R4的比值，如果|UOH|=|UOL|，则占空系数Q为 (8-19) (8-18) (8-20) 8.2.2 三角波与锯齿波发生器 三角波和锯齿波都是一种数值随时间作线性变换的波形，两者的差别正如前面所述，仅仅在于上升时间T1与下降时间T2的不同， 三角波T1≈T2，锯齿波T1T2，如图8-12 所示。锯齿波在电视接收机、雷达、数控及测量等方面都得到了广泛的应用， 示波器荧光屏上的时间扫描，就是将锯齿波电压加到示波管的水平偏转板上， 使电子束在水平方向上作等速直线移动所造成的。因此，锯齿波往往又叫做扫描电压。  产生三角波和锯齿波的基本方法是用恒定的电流给电容器充电或放电。图8-15是用集成运算放大器组成的电容反馈电路（反相积分器），通过开关S轮流用恒定电流E/R给电容器充电或放电， 输出端电压uo是一个随时间线性变化的三角波。 图8-15 恒定电流充放电构成三角波发生器 1. 三角波发生器 对称的三角波发生电路如图8-16（a）所示。图中由A1构成同