關(guān)于非正弦波信號產(chǎn)生電路之淺析

一、單門限電壓比較器

電路組成

電壓比較器是用來比較兩個輸 入電壓的大小，據(jù)此決定其輸出是高電平還是低電平。以圖1所示的同相電壓比較器電路為例，參考電壓VREF加于運放的反相端，VREF可以是正值或負(fù)值。而輸入信號vI加于運放的同相端。

工作原理

傳輸特性

以圖1所示的同相電壓比較器電路為例分析可知，比較器輸出vo的臨界轉(zhuǎn)換條件是集成運放的差動輸入電壓 ，即 。由此可求出圖1a電路的電壓傳輸特性，如圖1b所示。當(dāng)vI由低變高經(jīng)過VREF時，vo由VOL變?yōu)閂OH;反之，當(dāng)vI由高變低經(jīng)過VREF時，vo由VOH變?yōu)閂OL。我們把比較器輸出電壓vo從一個電平跳變到另一個電平時相應(yīng)的輸入電壓vI值稱為門限電壓或閾值電壓Vth，對于圖1a所示電路， 。由于vI從同相輸入且只有一個門限電壓，故稱為同相輸入單門限電壓比較器。反之當(dāng)vI從反相端輸入，VREF改接到同相端，則稱為反相輸入單門限電壓比較器。其相應(yīng)傳輸特性如圖1b中的虛線所示。

過零比較器和限幅措施

對于圖1a所示電路，當(dāng)，則輸出電壓每次過零時，輸出電壓就產(chǎn)生跳變。這種比較器稱為過零比較器。

如果希望減小比較器的輸出電壓幅值，可外加雙向穩(wěn)壓管Dz，如圖2所示。這時，輸出電壓的幅值受Dz的穩(wěn)壓值VZ限制，電路的正向輸出幅度與負(fù)向輸出幅度基本相等。 或 。電阻R起限流作用，保護(hù)穩(wěn)壓管。

二、遲滯比較器

單門限電壓比較器雖然有電路簡單、靈敏度高等特點，但其抗干擾能力差。例如，在單門限電壓比較器輸入vI中含有噪聲或干擾電壓時，其輸入和輸出電壓波形如圖1所示，由于在vI=Vth=VREF附近出現(xiàn)干擾，vO將時而為VOH，時而為VOL，導(dǎo)致比較器輸出不穩(wěn)定。如果用這個輸出電壓vO去控制電機(jī)，將出現(xiàn)頻繁的起?，F(xiàn)象，這種情況是不允許的。提高抗干擾能力的一種方案是采用遲滯比較器。

電路組成

遲滯比較器是一個具有遲滯回環(huán)特性的比較器。以圖2a所示為反相輸入遲滯比較器原理電路，它是在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)，其傳輸特性如圖2b所示。如將vI與VREF位置互換，就可組成同相輸入遲滯比較器。

門限電壓的估算

以反相輸入遲滯比較器原理電路為例，由于比較器中的運放處于開環(huán)狀態(tài)或正反饋狀態(tài)，因此一般情況下，輸出電壓vO與輸入電壓vI不成線性關(guān)系，只有在輸出電壓發(fā)生跳變瞬間，集成運放兩個輸入端之間的電壓才可近似認(rèn)為等于零，即

門限寬度或回差電壓為

傳輸特性

由以上分析可以看出，遲滯比較器的門限電壓是隨輸出電壓vo的變化而改變的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高了。

三、方波產(chǎn)生電路

方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號發(fā)生電路。由于方波波包含極豐富的諧波，因此，這種電路又稱為多諧振蕩器。

電路組成

方波波產(chǎn)生電路如圖1所示，它是在遲滯比較器的基礎(chǔ)上，把輸出電壓經(jīng)Rf、C反饋集成運放的反相端。在運放的輸出端引入限流電阻R和兩個穩(wěn)壓管而組成的雙向限幅電路。

工作原理

振蕩周期

矩形波電路

通常將矩形波為高電平的持續(xù)時間與振蕩周期的比稱為占空比。對稱方波的占空比為50%。如需產(chǎn)生占空比小于或大于50%的矩形波，只需適當(dāng)改變電容C的正、反向充電時間常數(shù)即可。實現(xiàn)此目標(biāo)的一個方案是，將圖3所示網(wǎng)絡(luò)接入圖1中節(jié)點O、N間，代替電阻Rf。這樣，當(dāng)vO為正時，D1導(dǎo)通而D2截止，反向充電時間常數(shù)為Rf1C;當(dāng)vO為負(fù)時，D1截止而D2導(dǎo)通，正向充電時間常數(shù)為Rf2C。選取Rf1/ Rf2的比值不同，就改變了占空比。設(shè)忽略了二極管的正向電阻，此時的振蕩周期為

四、鋸齒波產(chǎn)生電路

鋸齒波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本測試信號。此外，如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運動，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時基電路。例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號波形，要求在水平偏轉(zhuǎn)板加上隨時間作線性變化的電壓——鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向勻速搜索熒光屏。而電視機(jī)中顯像管熒光屏上的光點，是靠磁場變化進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的，所以需要要用鋸齒波電流來控制。鋸齒波產(chǎn)生電路的種類很多，這里僅以圖1所示的鋸齒波電壓產(chǎn)生電路為例，討論其組成及工作原理。

電路組成

由圖1可見，它包括同相輸入遲滯比較器(A1)和充放電時間常數(shù)不等的積分器(A2)兩部分，共同組成鋸齒波電壓產(chǎn)生器電路。

門限電壓的估算

為便于討論，單獨畫出圖1中由A1組成的同相輸入遲滯比較器，如圖2所示。圖2中的vI就是圖1中的vO。由圖2有

工作原理

由于時間常數(shù)減小，vO迅速下降到負(fù)值。當(dāng)vO下降到下門限電壓VT–使 時，比較器輸出vO1又由+VZ下跳到–VZ。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。由于電容C的正向與反向充電時間常數(shù)不相等，輸出波形vO為鋸齒波電壓，vO1為矩形波電壓，如圖3所示。

可以證明，設(shè)忽略二極管的正向電阻，其振蕩周期為

顯然，圖1所示電路，當(dāng)R5、D支路開路，電容C的正、反向充電時間常數(shù)相等時，此時，鋸齒波就變成三角波，圖1所示電路就變成方波(vO1)-三角波(vO)產(chǎn)生電路，其振蕩周期為：