当前课程知识点:电工电子技术 > 7 集成运算放大器及其应用 > 7.4 集成运算放大器的非线性应用 > 69-矩形波信号产生电路
今天我们来学习矩形波产生电路
前面我们已经讲了
正弦波如何产生的
正弦波是所有波形当中非常基础
最基础的一种模型
除此之外
我们在电子线路里面还可以见到
这样一些常见的波形
矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯
波
其中矩形波也是一种基础波形
我们都知道数字电路里面工作的
波形信号就是矩形波非常简单
高低高低电平周期性的变化
其次三角波锯齿波这两个信号
非常的相似
三角波上下的上升下降沿是对称
的锯齿波上升下降沿它是不对称
锯齿波在CRT显示器里面是
作为扫描信号来用的
而尖顶波它在数字电路里面通常
作为触发信号来用阶梯波它可以
作为技术脉冲来使用
今天我们就讲讲矩形波如何产生
我们看到矩形波的特点就是高
电平低电平高电平
低电平
非常简单
我们前面讲到过一个电路电压
比较器
不管输入是什么电压
比较器的输出总是高低高低电平
这样的一个变化
下面我们就看矩形波电路如何
产生
矩形波电路肯定是有一个电压
比较器的
刚才我们讲到
因为电压比较器它可以输出高低
高低电平这样周期性变化的一个
波形
所以我们看这个电路用到了一个
迟滞电压比较器
这个输出端我们加了一个限幅
电路
使得输出的uo不是正的UZ负
UZ这是一个限幅典型的电子
线路里面的一个应用
R3和一个双向稳压管串联在稳压
管端做输出
那么这个uo不是正UZ就是复
UZ了
那么也就是说我们用了这样的
一个限幅输出的话
就使得矩形波的高低电平为UZ
输入端怎么办
同样的波形产生电路无中生有
我没有输入信号
但是它要出来高低高低电平
怎么办
我们可以借助于电容
电容
电容C它在电路当中可以有一个
充电放电充电放电这样的一个
状态转换
它相当于一个电磁一样的特性
所以我们加了这样一个C以后R
C构成一个冲放电回路
那么运放的反相端U负就等于
uc了
u负等于UC而运放的同相端
通过正反馈
它引了一个阈值
电压这个阈值电压是为U正H和
U正L当这个输出是正UZ的
时候
很明显阈值
电压等于U正H当输出为负uZ
的时候
阈值电压等于U正L那么
这样一来又C它就会跟这两个
阈值电压去比较
我们先来看一下
假设输出为正
UZ是什么情形
如果是输出为正UZ的话
这个时候同向端对应的阈值
电压为U正H而同时C电路有
一个充电电流
UC是增大的
C正向充电UC上升
那么他就要跟U正H阈值电压
进行去比较
如果说没有这样一个比较的话
UC可以一直冲到正UZ可是
不行再迟滞电压比较器里面它是
有一个阈值电压的UC上
U正A去比较
当UC等于U正H的时候输出正
UZ它会翻转翻转为负UZ那
输出负UZ了
那么这个时候C就不再是原来正
向充电的过程阈值电压也发生了
变化
负U对应的阈值电压应该是又
正LC的充电就变成反向过程
那么也就是说原来的uc减小
然后再反向充电
如果没有限制的话
一直这么冲下去
它也能冲到负Uc
可是不行阈值电压U正L在那
等着时时刻刻给你比当UC减小
反向充电充到U正L的时候
输出的负UZ它就要翻转
翻转为正UZ了
下面我们通过一个波形形象地来
表述一下矩形波发生电路它的
工作过程
最开始的时候这个电路一合闸
由于电扰动这个输出端有可能
得到一个随机的输出信号
这个输出信号不是正UZ就是负
UZ开始的时候它是随机得到的
假如说我假设UO在某一损失
得到了一个正UZ扰动
使得两个端的输入信号不一样
所以输出就得到了一个值
假设为正UZ那么这个时候RC
是正向充电纵向充电
我们把uCDO作为运放的
反相输入端的电位的话
这个时候uc他就有一个充电
充电充到右正H为什么从右正H
因为正UZ对应的又是电压就是
U正H所以UC充电正像充电充
到右正H的时候输出正UZ就
翻转为负UZ当它是负UZ的
时候
阈值电压就不再是U正H了
而是又正L而且uc它又反过来
放店
并且充电反向充电到达右正L的
时候输出会翻转
复又Z变为正UZ那么同样的依
此循环
正向充电
然后到达右正H3转
低电平对应的反向充电
那么一是这样周期性的往复
我们就得到了最后输出来的矩形
波
下面我们来看一下矩形波它的
参数
对于这个波形来说
我们要标明的参数一个是幅值很
明显
因为我加了一个限幅
所以它的幅值就是UZ另外一个
就是周期或者说是它的频率
我们看频率如何去求
这个周期高低电平所占的宽度
就是为他的周期周期一倒就是它
的频率
如果我要去求这个周期的话
我们来看一下低电平
高电平分别对应的是一个什么
过程
低电平的时候是反向充电
高电平的时候是正向充电
因为我这个电路通放电回路是
同一个回路
所以我看到低电平高电平正向
反向充电它是各占一半的
我们把高电平所占的宽度称之为
矩形波的脉冲宽度
如果是脉冲宽度去比上整个周期
的话
我们把它定义为一个新的物理量
叫做占空比
这是一个比较重要的物理量
占空比为50
这样的波形
我们把它称之为是方波
如果说占空比不是50的话
也就是高低电平不对称的话
那么这个就是任意的矩形波拉
站控比以及它的周期我们都是
可以把它求出来的
怎么求
看看低电平
高电平维持的时间就与RC
充放电回路所需要的时间是一致
的
我们可以求出来
比如说以充电为例
又正L通道又正H这个时间我们
可以通过三要素法把UC的函数
写出来
初始值就为U正L终止值为U正
H我可以把这个T求出来
T乘以二就得整个周期了
T如果是说你的充放电时间不
一样的话
我们可以把高电平的时间和低
电平的时间分别求出来
再相加就得这个周期
这样的话我们就得到了矩形波
如果说这个电路我要去改占空比
我们知道占空比50是方波
如果是占空比不是50
是20
80怎么办
这个电路如何去调整呢
刚才我们讲了
T是取决于充放电回路的时间
占空比取决于什么
占空比取决于充电回路占整个
周期的这样一个比例
如果说我让C充电和放电的时间
常数不一样的话
很显然占空比就不是50了
怎么办
我们可以把电路改进一下
怎么改进
把变成一个这样的电路
这个电路当中有一个电位器
电位器的电阻是可以调整的
而我们可以看到输出为正UZ的
时候
第一导通负U这的时候第二导通
那么这样的话通过二极管就分别
引导正向充电和反向充电过程
W位置不同
那么从放电回路的时间常数就不
一样
这样的话我们就可以得到占空比
随意调节的这样的一个矩形波
好
今天就讲到这里
再见
-1.1 电路的基本概念
-1.2 基尔霍夫定律
-1.3 电路的分析方法
--9-支路电流法
--10-节点电压法
--12-叠加原理
--14-电位的计算
-1 电路的基本定律与分析方法
-2.1 换路定则及初始值的确定
-2.2 RC电路的暂态过程
-2.3 一阶线性电路暂态分析的三要素法
-2.4 RL电路的暂态过程
-2.5 一阶电路的脉冲响应
-2 电路的暂态分析
-3.1 正弦交流电的基本概念
-3.2 单一参数的正弦交流电路
-3.3 简单正弦交流电路的分析
-3.4 电路的谐振
-3 交流电路
-4.1 三相电源
--36-三相电源
-4.2 三相电路中负载的连接
-4.3 三相电路的功率
-4.4 安全用电技术
-4 三相电路
-5.1 半导体基础知识
-5.2 半导体二极管
-5.3 稳压二极管
--44-稳压二极管
-5.4 半导体三极管
-5.5 场效应管
--46-场效应管
-5.6 光电器件
--47-光电器件
-5 常用半导体器件
-6.1 基本放大电路的组成及工作原理
-6.2 基本放大电路的分析
--54-图解法
-6.3 常用基本放大电路的类型及特点
--6 基本放大电路--6.3 常用基本放大电路的类型及特点
-6.4 实用放大电路
-6 基本放大电路
-7.1 集成运算放大器
-7.2 放大电路中的负反馈
--61-反馈的概念
-7.3 集成运算放大器的线性应用
--7 集成运算放大器及其应用--7.3 集成运放的线性应用
-7.4 集成运算放大器的非线性应用
-7.5 集成运算放大器的应用举例
--7 集成运算放大器及其应用--7.5 集成运放的应用举例
-7 集成运算放大器及其应用
-8.1 整流电路
-8.2 滤波电路
-8.3 稳压电路
-8 半导体直流稳压电源
-9.1 数字电路概述
-9.2 逻辑代数与逻辑函数
--79-逻辑代数
-9.3 逻辑门电路
-9.4 组合逻辑电路的分析与设计
-9.5 常用的组合逻辑模块
--87-加法器
--88-编码器
--89-译码器
--90-显示译码器
-9.6 设计应用举例
-9 门电路与组合逻辑电路
-10.1 双稳态触发器
--93-RS触发器
-10.2 寄存器
-10.3 计数器
--97-异步计数器
--98-同步计数器
-10.4 中规模集成计数器组件及其应用
--10 触发器与时序逻辑电路--10.4 中规模集成计数器组件及其应用
-10 触发器与时序逻辑电路