2022-2023学年高二物理竞赛课件：三角波-方波发生电路的振荡原理

三角波-方波发生电路的振荡原理 2 合闸通电，通常C 上电压为0。设uO1↑→ uP1↑→ uO1↑↑，直至uO1 ＝ UZ（第一暂态）；积分电路反向积分，t↑→ uO↓，一旦uO过－ UT ，uO1从＋ UZ跃变为－ UZ （第二暂态） 。 积分电路正向积分，t↑→ uO↑， 一旦uO过＋ UT ， uO1从 － UZ跃变为＋ UZ ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。 电路状态翻转时，uP1=? 三角波-方波发生电路的振荡原理 3 三、波形分析及振荡频率 　　积分电路正向积分时， uO1 = -UZ ，起始值为-UT ，终了值为+UT ，积分时间为二分之一周期， T/2 4 如何调整三角波的幅值和频率？ 怎样修改获得锯齿波？ “理性地调试”：哪些参数与幅值有关？哪些参数与频率有关？先调哪个参数？ 5 1. R3应大些？小些？ 2. RW的滑动端在最上端和最下端时的波形？ ≈T 3. R3短路时的波形？ 7.3.3 锯齿波发生电路 6 A1 － ＋ uO1 DZ ±UZ R1 R2 R4 A2 － ＋ R uO C RW R3 D1 D2 uO1 t uo t 0 +UZ -UZ -UT +UT t1 t2 T2 t0 T1 　　设二极管导通时的等效电阻可忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。 当uO1=+UZ时， D1导通， D2截止，输出电压的表达式 当uO1=-UZ时， D2导通， D1截止，输出电压的表达式 7 7.3.4 波形变换电路 1. 利用基本电路实现波形变换 正弦波 → 方波、矩形波 正弦波 → 二倍频 方波 → 三角波 三角波 → 方波 电压比较器 积分电路 微分电路、电压比较器 模拟乘法器 2. 三角波变锯齿波：二倍频 3. 三角波变正弦波：滤波法、折线法 8 uI t uo t 0 +UIM -UIM 0 Au=1 Au=-1 2、三角波变锯齿波电路--二倍频 A － ＋ R5 = R uo Rf = R R3 = R/2 uI uC R2 = R/2 R1 = R R4 = R/2 N P M 　　当开关断开， uI同时作用于集成运放的反相输入端和同相输入端，根据虚短和虚断的概念 　　当开关闭合时，集成运放的反相输入端和同相输入端为虚地， uN = uP =0，电阻R2中电流为零，等效电路是反相比例运算电路，因此 如何得到？ 利用电子开关改变比例系数 9 uI t uo t 0 0 低通(带通)滤波电路 uo uI 低通滤波器的通带截止频率应大于基波频率小于三次谐波频率。 3. 三角波变正弦波 若输入信号的频率固定或变化不大，则可用滤波法实现。 三角波用傅立叶级数展开，除基波外， 还含有3次、5次……谐波。 范围是什么？ 10 若输入信号的频率变化较大，则可用折线法实现。 应采用比例系数可以自动调节的运算电路 uI A － ＋ R7 uo R Rf D1 D2 D3 D1’ D2’ D3’ R1 R2 R3 R1’ R2’ R3’ R4 R5 R6 R4’ R5’ R6’ -VCC (-15V) +VCC (+15V) u1 u2 u3 u1’ u2’ u3’ 不受频率限制，但反馈网络中电阻的匹配比较困难。 11 7.3.5 函数发生器 一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路。 1 2 3 4 14 7 6 8 正弦波 失真度调整 正弦波输出 三角波输出 占空比及 频率调整 矩形波输出 5 9 13 12 11 10 { +VCC 调频偏置 电压 调频电压 输入端 外接电容 -VEE或地 正弦波 失真度调整 ICL8038 性能特点： 可单电源、双电源供电； f：0.001 Hz ~ 300 kHz 矩形波q：2% ~ 98% 三角波非线性 < 0.05% 正弦波失真度 < 1% 12 讨论： 现有频率为1kHz的正弦波ui，实现下列变换： 1kHz的正弦波ui ↓ 2kHz的正弦波 ↓ 2kHz的方波 ↓ 2kHz的三角波 ↓ 4kHz的锯齿波 $