集成信號發(fā)生器裝置Ⅰ

第5章集成信號發(fā)生器

信號發(fā)生器廣泛用于電子工程、自動控制、遙測遙控、儀器儀表和計算機等技術(shù)領(lǐng)域。按產(chǎn)生信號的波形特點，信號發(fā)生器可分為：非正弦波信號發(fā)生器正弦波信號發(fā)生器5.1非正弦波發(fā)生器圖5.1-1-(a)方波、(b)矩形波、(c)三角波、(d)鋸齒波波形示意主要特點：振蕩條件比較簡單，只要反饋信號能使比較電路狀態(tài)發(fā)生變化，即能產(chǎn)生周期性的振蕩。主要組成：（1）具有開關(guān)特性的器件（如電壓比較器等）（2）反饋網(wǎng)絡(luò)（3）延時環(huán)節(jié)主要作用：產(chǎn)生高、低電平。主要作用：將輸出電壓適當?shù)胤答伣o開關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)。主要作用：實現(xiàn)延時，以獲得所需要的振蕩頻率。5.1非正弦波發(fā)生器5.1.1

方波發(fā)生器

（1）電路組成RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–延遲環(huán)節(jié)遲滯比較器RAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–（2）工作原理設(shè)t=0時uC(0+)=0uO=+Uz則=+FUzRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–uC按指數(shù)規(guī)律上升a.

當t>0時電容C充電uOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZicuO、uC波形圖uO=+UzRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–b.

當uC>FUZ時uOuCUR=-FUzuO=-Uz-FUZ+FUZ0tuO,uC+UZ-UZuO、uC波形圖icRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–uO、uC波形圖c.當uO=-Uz時UR=-FUzuOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波形圖uC按指數(shù)規(guī)律下降電容C放電icRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–uO、uC波形圖d.當uC<-FUZ時uOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波形圖UR=FUzuO=UzicRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–uO、uC波形圖e.當uO=+Uz時UR=FUzuOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波形圖uC又按指數(shù)規(guī)律上升電容C又充電icRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–uO、uC波形圖uOuC0tuO,uC+UZ-UZ-FUZ+FUZuO、uC波形圖uO為方波icRAURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–根據(jù)三要素法(3)主要參數(shù)計算如果選定時間起點為t2，那么電容兩端電壓的變化規(guī)律t0uOuCt1t2+UZ-UZ+FUZ-FUZ由此得電路的振蕩周期當t=T/2時即t0uOuCt1t2+UZ-UZ+FUZ-FUZ振蕩頻率：思考題RAuRCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–1.對上圖電路如何改進，可獲得矩形波信號？答：如果將方波信號發(fā)生器中的電容C的充電和放電回路分開,AURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–R+R-D1D2

使充電和放電的時間常數(shù)不相等，便可獲得矩形波信號。改進電路AURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uc+––++–R+R-D1D22、在上圖示電路中，如果電阻R+>R，輸出波形具有什么特點？答：如果電阻R+>R，那么，電容C的充電時間將大于放電時間，輸出波形的占空比增大。AURCR1R2R3uO±UZDZu+u–uC+––++–R+R-D1D2

三角波和鋸齒波發(fā)生器（1）電路組成遲滯比較器積分器uO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+圖中（2）工作原理uO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+a.當時輸出電壓電容C充電uO隨時間線性下降設(shè)uC(0+)=0波形圖tuO,uO10uOuO1UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+b.當時令得波形圖tuO,uO10uOuO1UZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+c.當uB<0時電容器放電輸出電壓uO隨時間線性上升-UZ波形圖tuO,uO10uOuO1UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+令d.當uB>0時tuO,uO10uOuO1UZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+uO輸出三角波uO1輸出方波tuO,uO10uOuO1UZ-UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+1）輸出電壓幅值(3)主要指標(a)三角波幅值(b)方波幅值tuO,uO10uOuO1UZ-UZ2）振蕩頻率三角波從零上升到UOm的時間T/4。由圖可知uO1t+UZ0uO0+Uomt-Uom-UZ而故電路的振蕩周期振蕩頻率R+R-D1D2uO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+如果用圖(a)示電路替代圖(b)示電路的電阻R，那么輸出電壓uo的波形有何特點？(a)(b)答：三角波兩邊斜率不同，即三角波變成為鋸齒波。t0u替代RuO1RCA1A2R1R2R3uODZB–+–+R+R-D1D22、在上圖示電路中，如果電阻R+>R，畫出輸出信號的波形。

5.1.3壓控振蕩器uO=+UZ時，開關(guān)S接通+UuO=-UZ時，開關(guān)S接通–UuO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+US（1）電路組成圖中uO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+US（2）工作原理(a)當時U通過R向C充電S接電源+UuO1隨時間線性下降設(shè)uC(0-)=0+–uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+US(b)當uB≤0時電容反向充電開關(guān)S接–UuO1隨時間線性上升uO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+US(c)當uB≥0時電容又正向充電S又接UCuO1又隨時間線性下降+–uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+USuO輸出方波uOuO1輸出三角波C+–uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB–+–+-U+US(3)振蕩波形圖(4)振蕩頻率tt0uO0+UZt1t2-UZuO1t1t2振蕩波形圖而由波形圖知當時故由得f0∝U，實現(xiàn)了電壓控制振蕩頻率的目的例1電路如圖所示，圖中運放A和二極管D1、D2都是理想器件,穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值為UZ。試證明調(diào)節(jié)電位器RW改變矩形波占空比時，周期T將保持不變。A+_?RCR1R2R3DZD2D1uORW++__uFuC練習題解由題意，畫出uO和uC的波形圖。其中波形圖A+_?RCR1R2R3DZD2D1uORW++__uFuCT1T2TUZ-UZUF-UFtuOuC0uO，uC當uO=UZ時，uO通過D1對電容充電當uO=-UZ時，電容通過D2放電

可見，在改變RW滑動端位置時，T保持不變。振蕩周期

為常數(shù)

A+_?RCR1R2R3DZD2D1uORW++__uFuC例2在圖所示矩形波發(fā)生電路中，理想運放的最大輸出電壓Uomax=12V，最小的輸出電壓Uomin=0V。uOCA+–R4R5100kW+12V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+–uC??UR（a）畫出輸出電壓uO和電容電壓uC的波形；（b）求出uC的最大值和最小值;（c）當UR的大小超出什么范圍時，電路將不再產(chǎn)生矩形波？解（a）方波發(fā)生器的輸出電壓只有高、低兩種電平，電容C隨輸出電壓的極性進行充電或放電。當uC大于運放同相端電位u+時，輸出為低電平；反之，輸出為高電平。uOCA+–R4R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+–uC??URt015012uO/VuC/Vt輸出電壓uO和電容電壓uC的波形圖uOCA+–R4R5100kW+12V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+–uC??UR=3V（b）由圖可知，運放同相端電位的最大值和最小值，即為uC的最大值和最小值。

對于運放同相端，由KCL得當時當時uOCA+–R4R5100kW+12V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+–uC??UR（c）如果Ucmax<U+max，或Ucmim>U+mim，電路不能產(chǎn)生方波。UCmax=UOmax/2=6VUCmim=UOmim/2=0V由圖可知由知即當UR>3U+max-UOmax=6V或UR<3U+mim-UOmim=0V時電路不能產(chǎn)生方波uOCA+–R4R5100kW+12V100kW0.01mF100k