当前课程知识点：模拟电子技术基础(应用部分) > 第五周 > 8.20 波形变换电路 > 波形变换电路
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uC 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
uO和uI是相等的
也就是跟随的关系
而当着开关闭合的时候
uO是负的uI
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uC
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
uO和uI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
-7.1模拟电子技术基础（应用部分）概述
-7.2 由集成运放组成的运算电路概述
-7.3 反相输入比例运算电路
-7.4 同相输入比例运算电路
-7.5 反相求和运算电路
--反相求和运算电路
-7.6 同相求和运算电路
--同相求和运算电路
-实验一：单端输入双端输出电路
-7.7 加减运算电路
--加减运算电路
-7.8 关于比例及加减运算电路的讨论
-7.9 积分运算电路
--积分运算电路
-7.10 微分运算电路
--微分运算电路
-第一周作业
--第一周作业题
-EDA1 解一元多次方程
--解一元多次方程
-7.11 对数运算电路和指数运算电路
-7.12 模拟乘法器简介
--模拟乘法器简介
-7.13 模拟乘法器在运算电路中的应用
-实验二 正弦波电压倍频电路
-7.14 关于运算电路的讨论
-7.15 有源滤波器概述
--有源滤波器概述
-7.16 一阶低通滤波器
--一阶低通滤波器
-7.17 二阶低通滤波器
--二阶低通滤波器
-7.18 其它滤波器
--其它滤波器
-实验三 滤波电路的应用
--滤波电路的应用
-第二周作业
--第二周作业题
-8.1 正弦波振荡的条件
--正弦波振荡的条件
-8.2 正弦波振荡的组成及分类
-EDA2 正弦波振荡电路的起振和稳幅过程
-8.3 RC串并联选频网
--RC串并联选频网
-8.4 RC桥式正弦波振荡电路
-8.5 RC正弦波振荡电路的讨论
-实验四 正弦波振荡电路的测试
-8.6 变压器反馈式正弦波振荡电路
-8.7 电感反馈和电容反馈式正弦波振荡电路
-8.8 LC正弦波振荡电路的讨论
-第三周作业
--第三周作业题
-8.9 石英晶体正弦波振荡电路
-8.10 电压比较器概述
--电压比较器概述
-8.11 过零比较器
--过零比较器
-8.12 一般单限比较器
--一般单限比较器
-8.13 滞回比较器
--滞回比较器
-8.14 窗口比较器与集成比较器
-8.15 关于电压比较器的讨论
-8.16 常见非正弦波和矩形波发生电路的组成
-第四周作业题
-8.17 矩形波发生电路
--矩形波发生电路
-8.18 三角波-方波发生电路
-8.19 锯齿波发生电路和压控振荡电路
-EDA3 三角波发生电路->锯齿波发生电路->压控振荡电路的结构变化
-实验五 非正弦波发生电路的测试
-8.20 波形变换电路
--波形变换电路
-EDA4 波形变换电路的设计与实现
-8.21 信号转换电路
--信号转换电路
-8.22 关于信号转换电路的讨论
-9.1 概述
--概述
-9.2 变压器耦合功率放大电路
-第五周作业
--第五周作业题
-实验六 压控振荡电路的参数选择与调试
-9.3 OTL电路
--OTL电路
-9.4 OCL电路和BTL电路
-9.5 OCL电路最大输出功率及效率的估算
-9.6 OCL电路中晶体管的选择
-实验七 功放管及其散热器展示
-9.7 功率放大电路的讨论一（读图练习）
-9.8 功率放大电路的讨论二（电路的识别和故障分析）
-10.1 直流稳压电源的组成及各部分的作用
-10.2 单相半波整流电路
--单相半波整流电路
-第六周作业
--第六周作业题
-EDA5 数字式仪表的设计与仿真
--数字式仪表的设计
-10.3 单相桥式整流电路
--单相桥式整流电路
-10.4 电容滤波电路
--电容滤波电路
-10.5 其它滤波电路
--其他滤波电路
-10.6 稳压电路的性能指标及稳压二极管
-10.7 稳压管稳压电路的工作原理和主要性能指标
-10.8 稳压管稳压电路的设计
-实验八 稳压管稳压电路的设计及实现
-10.9 串联型稳压电路的组成
-10.10 串联型稳压电路中调整管的选择
-第七周作业
--第七周作业题
-10.11 关于串联型稳压电路的讨论
-10.12 集成三端稳压器及其基本用法
-10.13 基准电压源三端稳压器及其基本用法
-实验九 稳压电源性能指标的测试
-10.14 关于线性稳压电源的讨论
-10.15 开关型稳压电路的特点和基本原理
-10.16 串联开关型稳压电路
-10.17 并联开关型稳压电路
-第八周作业
--第八周作业题
-调查问卷
-期末考试
