波形变换电路在线视频

我们在非正弦波发生电路的前边

曾经讲到过实用的各种非正弦波

那么实际上当我们有了

一种波形的时候

可以通过一些简单的手段

把它变化成其它的波形

那下面我们就来看一看

波形变换电路

首先我们想利用基本的电路

来实现波形的变换

比如说把正弦波变成为方波

把正弦波变成为矩形波

把正弦波变成为二倍频的

把方波变成三角波

把三角波变成方波

把固定频率的三角波

变成为正弦波

这样的一些变换

我们可以利用前边我们所学过的

基本电路来实现

首先我们看第一个

正弦波变方波

用过零比较器就可以实现它

因为过零比较器本身

就是一过零点输出就产生跃变

从高电平变成低电平

或者从低电平变成为高电平

所以它所实现的这个方波

有一个特点

它和正弦波可以是同相位

或者是反相的

那么还可以变成为矩形波的手段呢

就是利用一般的单限比较器

或者是滞回比较器去实现

那这时候可能它们之间

要错一个相位

而正弦波变成二倍频的波形

就可以用乘方运算电路

首先二倍频

然后通过高通滤波

把它直流分量给它滤掉

方波变三角波

实际上我们在前边

三角波发生电路里边

已经看到了

它是用积分电路来实现的

而三角波变方波

是前一个的逆变化

所以它是用微分电路来实现的

另外假如有一个固定频率的三角波

我们让它变成为正弦波

和三角波同频率的正弦波

那么我们就可以滤掉它的

更高次的那些谐波

所以就可以利用低通滤波器

或者是带通滤波器来实现它们

所以这里我们还可以看到

比如说用正弦波变成三角波

那么你用过零比较器

变化成为方波之后

还可以通过积分器

再变成三角波

所以它可以有一个波形作为基础

可以得到多种的波形

但是有一些我们是用简单电路

没有办法实现这样一种波形变换的

比如下边就是三角波

变成二倍频的锯齿波

这个是用简单电路

没有办法实现的

我们首先来看

这样的一种变化

它应该具有什么样原理的

这么一个电路

才能够实现

首先我们看这是三角波

这是二倍频的锯齿波

那么在这我们看到

一个明显的现象是什么呢

就是当这个三角波在正方向

逐渐线性变化的时候

这个输出的波形和它一模一样

也就是说它们的传递关系

输入输出之间的传递关系是什么呢

是1 : 1的传递关系

就是“入”是什么样 “出”就是什么样

但是如果三角波

在逐渐下降的这一部分里边

我们就可以看到它不一样了

它是把下降的这一部分反一个相

反相意味着什么呢

就是输出是负的输入

所以三角波变二倍频的锯齿波的

基本的指导思想

就是能够在三角波正向的线性变化的时候

输出和输入是跟随的

而三角波负方向线性变化的时候

输出是负的输入

那么这里就是要控制它的比例系数

正向变化的时候比例系数是1

反方向变化的时候比例系数是-1

如果我们能够做到这一点

我们就能够完成这样的一种变换

我们能不能做到这一点呢

当然能够

那么在这里就需要有电子开关

来实现这样的一种功能

这个就是它实际的这么一个电路

就是这种样子的

我们看这有一个开关

它是用一个u_C 一个控制电压

来控制这个开关闭合还是断开

那从这个电路里边

实际上它外接的都是电阻网络

所以我们就可以用节点电流的办法

求解输出和输入之间的关系了

我在这不详细地去讲

它求解这关系的过程

因为大家都会列节点电流的方程

然后这个是负反馈

那么它的反相输入端的电位

和同相输入端的电位是相等的

这是虚短而且它们又有虚断的

这样的特点

列方程去解它就得了

那么我告诉大家的结果就是

当开关断开的时候

u_O和u_I是相等的

也就是跟随的关系

而当着开关闭合的时候

u_O是负的u_I

完成了我们刚才所说的

就利用电子开关来改变比例系数的

这样的一种功能

那么电子开关

通常就是一个三极管

或者是由三极管组成的

更复杂一点的电子开关电路

那么在这里比如说u_C

我们一定给的是一个

这样的一个方波

那么这个方波呢

对应的就是那三角波

上升的部分和下降的部分

所以我们需要的是方波

而我们现在已有的

就是这输入信号的样子

那我怎么得到这控制电压呢

我们回想前面我们刚刚讲过的

利用基本电路来进行波形的变换

那也就是说我要把这个三角波

转换成为控制电压的这个方波

我们的办法就是用微分电路来实现

所以是用输入电压自己来控制这个

可控的电子开关来决定这个电路

u_O和u_I它的比例系数
的关系

所以从这样我们就可以看到

这种实现 尽管电路看起来是复杂的

但是从基本的实现

都和我们前面所学过的

基本的电路紧密相关的

再一种就是三角波变成为正弦波

那么通常呢

三角波变成为正弦波

一般的要求就是这个正弦波

应该是和三角波的频率是一样的

首先我们先看一看

说三角波如果用傅里叶级数把它展开

除了它的基波之外

它还含有哪些谐波呢

它含的都是奇（数）次的谐波

三次谐波 五次 七次 等等 等等

我们知道了这个

实际上对于我们如何把三角波

变成为正弦波是有指导意义的

首先我们看说如果输入信号

频率变化不大

我们就可以用滤波电路

来实现这种变换

那么什么变化不大呢

你怎么就可以认为说它变化不大呢

我们看这

如果它变化的比较大

大到什么程度呢

就是超出了三倍了

比如说它是100Hz的

那么它有300Hz的谐波

写你输入信号

它的那个三角波的基波

比如说是从100到400

那就叫变化大了

因为正好100的时候

你会把三次谐波

也让它通过了滤波电路

这时候出来的就不是正弦了

因为它含有了三次谐波

所以这个正弦一定是有所失真的

因此我们就不难得出了一个结论

这个结论的变化不大

就是说它的频率变化

应该是在三倍以下

比如说100Hz到250Hz

1000Hz到2000Hz

那么我们都可以用滤波器

滤波法来实现这样的一种变换

但是实际上它有可能不是这样的

说这个三角波是从0

或者接近0频率

特别特别低的频率

一直到1kHz

那这时候你用这样的一种方法

肯定是不行的

那通常人们用这么个方法

就是用折线法来实现

我在这只讲折线法它的基本的思路

那么这个是三角波的一个四分之一周期

在这四分之一周期里边

我们要把它变成为正弦波

就要把这一部分变成

分成若干若干段

每一段呢它们的比例系数

都是不一样的

每一段有不同的比例系数

让这样的这个时间段里边

去逼近那个正弦波

这个在分立元件的时候很难做到

因为我这你看才分了几段

四段

这显然出来的哪像正弦波

不像正弦波的1/4

但是有的集成电路之后

集成电路它有一个特点

就是电路的复杂性

并不带来它工艺的复杂性

所以它可以做一个比较复杂的电路

把这个1/4周期的三角波

分成很多很多段

每一段让它和一个标准的正弦波

它们之间的比例系数

把它算出来

然后利用电子开关

来控制在每一段里边的那个

按照那样一个比例系数去转换

所以是可以转换成非常非常好的

正弦波的

那么有了1/4我们就可以再去变换

那3/4

因为那3/4跟它的这种关系

都是相关的

它们的那种各个不同的时间段的

比例系数也都是相关的

所以你只要能做出来1/4周期

那么其它3/4的周期

就不难做出来了

所以这样的一种折线的方法

对于分立元件来讲

是非常麻烦的一种方法

里边有很多很多电子开关

而对一个集成的电路来讲

它只不过是从电路上复杂了

而在制作的过程里边

它和简单电路的工艺

没有什么区别

这一点大家只要知道了

它这种转换的原理就可以了

所以实际上我们在运用的时候

我们没有必要自己去设计

这样的电路

那下面我们就来讨论一个题目

说设计一个电路让它的峰值

是1V的时候

频率为100Hz的这样的正弦输入电压

变换成为峰值是5V

频率是200Hz的锯齿波电路

这个是一个很典型的

因为实际上比如说函数发生器

它就是一个以矩形波为基础的

然后我们看函数发生器

它可以输出不同样子的波形

那它是在这个基础上来变化的

我们现在是一个以正弦波作为基础

而出去的我们希望它是一个锯齿波

而且是二倍频

好 下面我们就来看一看

怎么组成这样的电路

它的方框图就是这样的

首先经过过零比较器

这样它就可以变成一个方波

方波经过积分运算电路

就可以变成为三角波

变成为三角波之后

再利用我们前面所讲过的

三角波变二倍频锯齿波的那个电路

这样就可以得到了

200Hz的锯齿波信号

要注意的是这里边

那些参数要选择合理

才可能由峰值为1V的正弦

转化成为峰值为5V的

这样的一个锯齿波信号

这个就是我在Multisim的环境里边

搭建的电路

前面是过零比较器

这是积分电路

注意为了避免它对于直流开路的

这样一种现象

所以在这加了一个2兆欧的电阻

然后后边这一部分电路

就是我们刚才所讲的

三角波变二倍频

锯齿波的那个电路

注意这里边这个电子的开关

是来源于前边来控制它的

所以这个前面就是这个过零比较器

来控制这个开关

那最后变换的结果

我们用示波器去看就是这样的

底下就是三角波

上边就是我们变换之后的

就是三角波变成为的二倍频的锯齿波

我现在是看的两路信号

当然你也可以看三路信号

看三路信号的时候

你就可以看到说过零比较器

和这两个波形的关系

你要看四路信号呢

就可以看到正弦波和它们

三部分电路输出的这样的关系

所以从这个例子上我们可以看到

我们在进行波形变换的时候

首先要有一个合理的思路

就是要出这个方框图

这就是我设计的方案

我是通过这样的一个信号的流通

满足设计的要求

而只是功能上头的要求

如果你要求它从参数上

是合理的

那么对于每一部分电路

还要去合理的求得

这里边各个元件的参数