矩形波發(fā)生電路課件

一、矩形波發(fā)生電路二、三角波發(fā)生電路三、鋸齒波發(fā)生電路四、波形變換電路五、函數(shù)發(fā)生器一、矩形波發(fā)生電路1一、矩形波發(fā)生電路1、電路組成和工作原理矩形波發(fā)生電路如下圖所示。它由一個(gè)反相輸入的單端滯回比較器和RC電路組成。滯回比較器的輸出由于只有高低二個(gè)電平，起開關(guān)作用；R3和電容C組成有延遲的反饋網(wǎng)絡(luò)。一、矩形波發(fā)生電路1、電路組成和工作原理它由一個(gè)反相輸入的單2

比較器的輸出電壓uO=±UZ，閾值電壓和電壓傳輸特性為：比較器的輸出電壓uO=±UZ，閾值電壓和電壓3⑴設(shè)某一時(shí)刻uO=+UZ，

uO通過R3向C充電，一旦uN=UT，

uO就躍變?yōu)?UZ。⑵uO=-UZ，這時(shí)電容C通過R3放電，一旦uN=-UT，uO就躍變?yōu)閁Z。于是在輸出端得到矩形波輸出。波形如下：⑴設(shè)某一時(shí)刻uO=+UZ，

uO通過R3向C充電，一4矩形波發(fā)生電路課件52、波形周期的確定

電容充放電時(shí)間常數(shù)都是R3C，因此輸出波形正負(fù)半周時(shí)間相同，從波形圖中可以看出，在二分之一周期內(nèi)，電容充電的起始值為-UT；時(shí)間常數(shù)為R3C；時(shí)間t趨于無(wú)窮時(shí)，電容電壓趨于UZ；當(dāng)t=T/2時(shí)，uC=UT。根據(jù)一階電路的三要素法寫出電容上的電壓的表達(dá)式。2、波形周期的確定寫出電容上的電壓的表達(dá)式。6矩形波發(fā)生電路課件7

可見，調(diào)節(jié)UZ可以改變矩形波的輸出幅度；調(diào)節(jié)R3、C和R1/R2的比值可以改變矩形波的周期或頻率?？梢?，調(diào)節(jié)UZ可以改變矩形波的輸出幅度；調(diào)節(jié)R38我們總能選擇R1/R2的值，使我們總能選擇R1/R2的值，使93、占空比可調(diào)電路當(dāng)uO=+UZ時(shí)，C充電，1（RW1+R3)C

當(dāng)uO=-UZ時(shí)，C放電，2（RW2+R3)C3、占空比可調(diào)電路當(dāng)uO=+UZ時(shí)，C充電，10波形如下：波形如下：11利用一階RC電路的三要素法可以解出改變電位器的滑動(dòng)端可以改變占空比，但不改變周期。利用一階RC電路的三要素法可以解出改變電位器的滑動(dòng)端可以改變12例1、電路如圖，已知R1=R2=25K，R3=5K，RW=100K，C=0.1F，±UZ=8V。試求：

⑴輸出電壓的幅值和振蕩頻率是多少？

⑵占空比的調(diào)節(jié)范圍約為多少？例1、電路如圖，已知R1=R2=25K，R3=13解：⑴輸出電壓uO=8V振蕩頻率f=1/T83Hz解：⑴輸出電壓uO=8V振蕩頻率f=1/T83Hz14⑵矩形波的寬度⑵矩形波的寬度15二、三角波發(fā)生電路1、電路組成在方波發(fā)生器中，運(yùn)放反相輸入端的波形近似三角波，在要求不高時(shí)，可作為三角波信號(hào)，但線性度差。二、三角波發(fā)生電路1、電路組成16

為了產(chǎn)生線性度好的三角波可以用積分器，如下圖所示：運(yùn)放A1是同相輸入的滯回比較器，運(yùn)放A2為積分器。比較器的輸出uO1作為積分器的輸入信號(hào)，而積分器的輸出uO又反饋回去作為比較器的輸入信號(hào)，它們共同組成閉合回路。為了產(chǎn)生線性度好的三角波可以用積分器，如下圖所示17

2、工作原理

圖中滯回比較器的輸出電壓uO1=UZ，它的輸入電壓是積分器的輸出電壓uO，根據(jù)疊加原理：2、工作原理

圖中滯回比較器的輸出電壓uO118滯回比較器的電壓傳輸特性如下所示：滯回比較器的電壓傳輸特性如下所示：19⑴假定接通電源后uO1=+UZ，uO=0，使電容充電，uO按指數(shù)規(guī)律逐漸下降當(dāng)uO=-UT時(shí)，使uP1=uN1=0,uO1從+UZ躍變到-UZ。⑴假定接通電源后uO1=+UZ，uO=0，使電容充電，uO20⑵由于uO1變成了-UZ，電容正向積分uO按指數(shù)規(guī)律逐漸上升，當(dāng)uO=+UT，使uP1=uN1=0,uO1從-UZ躍變到+UZ。電路又回到第一種狀態(tài)。這樣，周而復(fù)始形成振蕩。⑵由于uO1變成了-UZ，電容正向積分uO按指數(shù)規(guī)律逐漸21

從以上分析可知，uO1是方波，幅值為UZ，

uO是三角波，幅值為波形如右圖。因此，該電路又叫三角波——方波發(fā)生電路。從以上分析可知，uO1是方波，幅值為UZ223、振蕩頻率

從波形看出，積分電路的輸出從-UT上升到+UT所需的時(shí)間就是振蕩周期的一半。3、振蕩頻率23從以上分析可以看出：（1）改變UZ可以改變方波的輸出幅度；（2）改變R1、R2的值可以改變?nèi)遣ǖ妮敵龇龋?）改變R1、R2、R3和C的值可以改變振蕩的頻率從以上分析可以看出：（3）改變R1、R2、R3和C的值可以改24三、鋸齒波發(fā)生電路鋸齒波與三角波的區(qū)別是：

三角波上升和下降的斜率相等；

而鋸齒波上升和下降的斜率不相等。

因此只要使三角波——方波發(fā)生器中積分器的充放電時(shí)間常數(shù)不同，就構(gòu)成了鋸齒波發(fā)生器。如下圖所示：三、鋸齒波發(fā)生電路鋸齒波與三角波的區(qū)別是：

25圖中RW>>R3,電位器滑動(dòng)到最上端時(shí)的波形如下圖所示：圖中RW>>R3,電位器滑動(dòng)到最上端時(shí)的波形如下圖所示：26

根據(jù)三角波發(fā)生電路振蕩周期的計(jì)算方法，可得出下降和上升時(shí)間分別為：根據(jù)三角波發(fā)生電路振蕩周期的計(jì)算方法，可得出27（1）、調(diào)整R1和R2的阻值，可以改變鋸齒波的幅值（3）、調(diào)整電位器滑動(dòng)端的位置，可以改變uO1的占空比，以及鋸齒波上升和下降的斜率（2）、調(diào)整R1、R2和RW的阻值以及C的容量，可以改變振蕩周期（1）、調(diào)整R1和R2的阻值，可以改變鋸齒波的幅值（28四、波形變換電路前面已經(jīng)介紹過一些波形變換電路，例如利用積分電路將方波變?yōu)槿遣ǎ梦⒎蛛娐穼⑷遣ㄗ優(yōu)榉讲?，利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榫匦尾?，利用模擬乘法器將正弦波變?yōu)槎额l，等等。下面介紹三角波變鋸齒波和三角波變正弦波電路。四、波形變換電路前面已經(jīng)介紹過一些波形變換電路，291、三角波變鋸齒波電路三角波電壓和經(jīng)波形變換后的鋸齒波電壓如下圖所示：1、三角波變鋸齒波電路30分析兩個(gè)波形可知，三角波上升時(shí)，兩個(gè)波形相同，由此可見，波形變換電路應(yīng)為比例電路，三角波上升時(shí)，比例系數(shù)為1，三角波下降時(shí)，比例系數(shù)為-1。三角波下降時(shí)，兩個(gè)波形相反，分析兩個(gè)波形可知，三角波上升時(shí)，兩個(gè)波形相同，由此可見，波形31三角波變鋸齒波的電路如圖所示。uC為電子開關(guān)，uC為低電平時(shí)，開關(guān)斷開；uC為高電平時(shí)，開關(guān)閉合。三角波變鋸齒波的電路如圖所示。uC為電子開關(guān)，32（1）、當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)（1）、當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)33（2）、當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，uN=uP=0，電阻R2中的電流為零，等效電路為反相比例運(yùn)算電路，uO=uI。（2）、當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，uN=uP=0，電阻R2中34（3）、電子開關(guān)可用下圖實(shí)現(xiàn)：可以把輸入信號(hào)uI加到一個(gè)微分運(yùn)算電路，將它變成方波，作為uC控制開關(guān)的動(dòng)作。（3）、電子開關(guān)可用下圖實(shí)現(xiàn)：可以把輸入信號(hào)uI加到一個(gè)微分352、三角波變正弦波電路

⑴濾波法

適用范圍：固定頻率或頻率變化范圍很小的情況。

電路框圖和輸入輸出波形如圖所示：2、三角波變正弦波電路36將三角波按傅立葉級(jí)數(shù)展開例如，若三角波的頻率范圍為100~200Hz，低通濾波器的截止頻率可取250Hz；帶通濾波器的通帶可取50~250Hz。低通濾波器的通帶截止頻率應(yīng)大于t而小于3t。

也可以用帶通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)上述變換。其中Um是三角波的幅值。將三角波按傅立葉級(jí)數(shù)展開例如，若三37⑵折線法

比較三角波和正弦波的波形，可以發(fā)現(xiàn)，在正弦波從零逐漸增大到峰值的過程中，與三角波的差別越來(lái)越大。峰值附近的差別最大，而其余部分相差不多。因此，根據(jù)正弦波與三角波的差別，將三角波分成若干段，按不同的比例衰減，就可以得到近似于正弦波的折線化波形，如下圖所示。⑵折線法38

根據(jù)上述思路，應(yīng)采用比例系數(shù)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)的運(yùn)算電路。利用二極管和電阻構(gòu)成的反饋通路，可以隨著輸入電壓的數(shù)值不同而改變電路的比例系數(shù)，如圖所示。根據(jù)上述思路，應(yīng)采用比例系數(shù)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)的運(yùn)39

由于反饋通路中有電阻Rf，即使電路中所有二極管均截止，負(fù)反饋仍然存在，故集成運(yùn)放的反相輸入端為虛地，up=uN=0。（1）、當(dāng)uI=0時(shí)，uO=0；由于+VCC和-VCC的作用，所有二極管均截止；電阻阻值的選擇應(yīng)保證

u1＜u2<u3，u′1＜u′2<u′3。由于反饋通路中有電阻Rf，即使電路中所有二極40（2）、當(dāng)uI從零逐漸降低且|uI|<0.3Um時(shí)，uO從零逐漸升高，從而u1、u2、u3也隨之逐漸升高，但各二極管仍處于截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)：（2）、當(dāng)uI從零逐漸降低且|uI|<0.341（3）、當(dāng)uI繼續(xù)降低且0.3|uI

|＜0.56Um時(shí)，D1導(dǎo)通，此時(shí)的等效電路如下圖所示。若忽略二極管的正向電阻，則N點(diǎn)的電流方程為（3）、當(dāng)uI繼續(xù)降低且0.3|uI|＜042根據(jù)曲線圖，uO=0.89uI。合理選擇R4，使上式變?yōu)椋焊鶕?jù)曲線圖，uO=0.89uI。合理選擇R4，使上式變?yōu)椋?3（4）隨著uI逐漸降低，uO逐漸升高，D2、D3依次導(dǎo)通，等效反饋電阻逐漸減小，比例系數(shù)的數(shù)值依次約為0.77、0.63。當(dāng)uI從負(fù)的峰值逐漸增大時(shí)，D3、D2、D1依次截止，比例系數(shù)的數(shù)值依次約為0.63、0.77、0.89、1。（4）隨著uI逐漸降低，uO逐漸升高，D44

同理，當(dāng)uI從零逐漸升高，uO逐漸降低，D1、D2、D3依次導(dǎo)通，等效反饋電阻逐漸減小，比例系數(shù)的數(shù)值依次約為1、0.89、0.77、0.63；當(dāng)uI從正的峰值逐漸減小時(shí)，D1、D2、D3依次截止，比例系數(shù)的數(shù)值依次約為0.63、0.77、0.89、1；使輸出電壓接近正弦波的變化規(guī)律，波形與輸入三角波反相。

同理，當(dāng)uI從零逐漸升高，uO逐漸降低，D1、D45為了使輸出電壓波形更接近于正弦波，應(yīng)當(dāng)將三角波的四分之一區(qū)域分成更多的線段，尤其是在三角波和正弦波差別明顯的部分，然后再按正弦波的規(guī)律控制比例系數(shù)，逐段衰減。折線法的優(yōu)點(diǎn)是不受輸入電壓頻率范圍的限制，便于集成化，缺點(diǎn)是反饋網(wǎng)絡(luò)中電阻的匹配比較困難。為了使輸出電壓波形更接近于正弦波，應(yīng)當(dāng)將三角46五、函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的專用集成電路。當(dāng)調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)時(shí)，還可以獲得占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。因此，廣泛用于儀器儀表之中。下面以型號(hào)為ICL8038的函數(shù)發(fā)生器為例，介紹電路結(jié)構(gòu)、工作原理、參數(shù)特點(diǎn)和使用方法。五、函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方471、電路結(jié)構(gòu)函數(shù)發(fā)生器ICL8038的電路結(jié)構(gòu)如下圖虛線框內(nèi)所示，共有五個(gè)組成部分。1、電路結(jié)構(gòu)48⑴兩個(gè)電流源的電流分別為Is1和Is2，且Is1＝I，Is2＝2I；⑵兩個(gè)電壓比較器1和2的閾值電壓分別為各2/3VCC和1/3VCC，它們的輸入電壓等于電容兩端電壓Uc，輸出電壓分別控制RS觸發(fā)器的S端和R端；⑶RS觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端Q和Q用來(lái)控制開關(guān)S，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容C的充、放電；⑷兩個(gè)緩沖放大器用于隔離波形發(fā)生電路和負(fù)載，使三角波和矩形波輸出端的輸出電阻足夠低，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力；⑸三角波變正弦波電路用于獲得正弦波電壓。⑴兩個(gè)電流源的電流分別為Is1和Is2，且Is1＝I49除了RS觸發(fā)器外，其余部分均可由前面所介紹的電路實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示。除了RS觸發(fā)器外，其余部分均可由前面所介紹的電路實(shí)502、工作原理

當(dāng)給函數(shù)發(fā)生器ICL8038合閘通電時(shí)，電容C的電壓為0V，根據(jù)電壓比較器的電壓傳輸特性，電壓比較器1和2的輸出電壓均為低電平；因而RS觸發(fā)器的輸出Q為低電平，Q為高電平；使開關(guān)S斷開，電流源Is1對(duì)電容充電，充電電流為I。因充電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時(shí)間的增長(zhǎng)而線性上升。

2、工作原理51

當(dāng)uC上升到1/3VCC時(shí)，雖然RS觸發(fā)器的R端從低電平躍變?yōu)楦唠娖?，但其輸出不變。一直到uC上升到2/3VCC，使電壓比較器I的輸出電壓躍變?yōu)楦唠娖剑琎才變?yōu)楦唠娖剑ㄍ瑫r(shí)Q變?yōu)榈碗娖剑?，?dǎo)致開關(guān)S閉合，電容C開始放電，放電電流為Is1-Is2=I，因放電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時(shí)間的增長(zhǎng)而線性下降。當(dāng)uC上升到1/3VCC時(shí)，雖然RS觸發(fā)器的R端從低52起初，uC的下降雖然使RS觸發(fā)器的S端從高電平躍變?yōu)榈碗娖?，但其輸出不變。一直到uC下降到1/3VCC，使電壓比較器2的輸出電壓躍變?yōu)榈碗娖剑琎才變?yōu)榈碗娖剑ㄍ瑫r(shí)Q為高電平），使得開關(guān)S斷開，電容C又開始充電，重復(fù)上述過程，周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。起初，uC的下降雖然使RS觸發(fā)器的S端從高53由于充電電流與放電電流數(shù)值相等，因而電容上電壓為三角波，Q為方波，經(jīng)緩沖放大器輸出。三角波電壓通過三角波變正弦波電路輸出正弦波電壓。通過以上分析可知，改變電容充放電電流，可以輸出占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。但是，當(dāng)輸出不是方波時(shí)，輸出也得不到正弦波了。由于充電電流與放電電流數(shù)值相等，因而電容上電543、性能特點(diǎn)

（1）ICL8038是性能優(yōu)良的集成函數(shù)發(fā)生器。可用單電源供電(10~30V)，也可雙電源供電(5~15V)。(2)頻率的可調(diào)范圍為0.001Hz～300kHz。（3）輸出矩形波的占空比可謂范圍為2％～98％，上升時(shí)間為180s，下降時(shí)間為40ns。（4）輸出三角波的非線性小于0.05％。（5）輸出正弦波的失真度小于1％。3、性能特點(diǎn)554、常用接法下圖為ICL8038的引腳圖，其中引腳8為頻率調(diào)節(jié)（簡(jiǎn)稱調(diào)頻）電壓輸入端，電路的振蕩頻率與調(diào)頻電壓成正比。引腳7輸出調(diào)頻偏置電壓，數(shù)值是引腳7與電源+VCC之差，它可作為引腳8的輸入電壓。4、常用接法56下圖8ICL8038最常見的兩種基本接法。矩形波輸出端為集電極開路形式，需外接負(fù)載電阻。在圖（a）所示電路中，RA和RB可分別獨(dú)立調(diào)整（占空比及頻率調(diào)整）。在圖（b）所示電路中，通過改變電位器RW滑動(dòng)端的位置來(lái)調(diào)整RA和RB的數(shù)值。下圖8ICL8038最常見的兩種基本接法。矩形波57當(dāng)RA=RB時(shí)，各輸出端的波形如下圖所示，矩形波的占空比為50％，因而為方波。當(dāng)RA=RB時(shí)，各輸出端的波形如下圖所示，矩形波58

當(dāng)RARB時(shí)，矩形波不再是方波，引腳2輸出也就不再是正弦波了，下圖為矩形波占空比是15％時(shí)各輸出端的波形圖。

當(dāng)RARB時(shí)，矩形波不再是方波，引腳2輸出也就59

在電路圖（b）中用100k的電位器取代了圖（a）中的82k電阻，調(diào)節(jié)電位器可減小正弦波的失真度。在電路圖（b）中用100k的電位器取代60

①如果要進(jìn)一步減小正弦波的失真度，可采用下圖所示電路中兩個(gè)100K的電位器和兩個(gè)10K電阻所組成的電路，調(diào)整它們可使正弦波的失真度減小到0.5％。②在RA和RB不變的情況下，調(diào)整RW2可使電路振蕩頻率最大值與最小值之比達(dá)到100：1。③也可在引腳8與引腳6（即調(diào)額電壓輸入端和正電源）之間直接加輸入電壓調(diào)節(jié)振蕩頻率，最高頻率與最低頻率之差可達(dá)1000:1。①如果要進(jìn)一步減小正弦波的失真度，可采用下圖61一、矩形波發(fā)生電路二、三角波發(fā)生電路三、鋸齒波發(fā)生電路四、波形變換電路五、函數(shù)發(fā)生器一、矩形波發(fā)生電路62一、矩形波發(fā)生電路1、電路組成和工作原理矩形波發(fā)生電路如下圖所示。它由一個(gè)反相輸入的單端滯回比較器和RC電路組成。滯回比較器的輸出由于只有高低二個(gè)電平，起開關(guān)作用；R3和電容C組成有延遲的反饋網(wǎng)絡(luò)。一、矩形波發(fā)生電路1、電路組成和工作原理它由一個(gè)反相輸入的單63

比較器的輸出電壓uO=±UZ，閾值電壓和電壓傳輸特性為：比較器的輸出電壓uO=±UZ，閾值電壓和電壓64⑴設(shè)某一時(shí)刻uO=+UZ，

uO通過R3向C充電，一旦uN=UT，

uO就躍變?yōu)?UZ。⑵uO=-UZ，這時(shí)電容C通過R3放電，一旦uN=-UT，uO就躍變?yōu)閁Z。于是在輸出端得到矩形波輸出。波形如下：⑴設(shè)某一時(shí)刻uO=+UZ，

uO通過R3向C充電，一65矩形波發(fā)生電路課件662、波形周期的確定

電容充放電時(shí)間常數(shù)都是R3C，因此輸出波形正負(fù)半周時(shí)間相同，從波形圖中可以看出，在二分之一周期內(nèi)，電容充電的起始值為-UT；時(shí)間常數(shù)為R3C；時(shí)間t趨于無(wú)窮時(shí)，電容電壓趨于UZ；當(dāng)t=T/2時(shí)，uC=UT。根據(jù)一階電路的三要素法寫出電容上的電壓的表達(dá)式。2、波形周期的確定寫出電容上的電壓的表達(dá)式。67矩形波發(fā)生電路課件68

可見，調(diào)節(jié)UZ可以改變矩形波的輸出幅度；調(diào)節(jié)R3、C和R1/R2的比值可以改變矩形波的周期或頻率?？梢姡{(diào)節(jié)UZ可以改變矩形波的輸出幅度；調(diào)節(jié)R369我們總能選擇R1/R2的值，使我們總能選擇R1/R2的值，使703、占空比可調(diào)電路當(dāng)uO=+UZ時(shí)，C充電，1（RW1+R3)C

當(dāng)uO=-UZ時(shí)，C放電，2（RW2+R3)C3、占空比可調(diào)電路當(dāng)uO=+UZ時(shí)，C充電，71波形如下：波形如下：72利用一階RC電路的三要素法可以解出改變電位器的滑動(dòng)端可以改變占空比，但不改變周期。利用一階RC電路的三要素法可以解出改變電位器的滑動(dòng)端可以改變73例1、電路如圖，已知R1=R2=25K，R3=5K，RW=100K，C=0.1F，±UZ=8V。試求：

⑴輸出電壓的幅值和振蕩頻率是多少？

⑵占空比的調(diào)節(jié)范圍約為多少？例1、電路如圖，已知R1=R2=25K，R3=74解：⑴輸出電壓uO=8V振蕩頻率f=1/T83Hz解：⑴輸出電壓uO=8V振蕩頻率f=1/T83Hz75⑵矩形波的寬度⑵矩形波的寬度76二、三角波發(fā)生電路1、電路組成在方波發(fā)生器中，運(yùn)放反相輸入端的波形近似三角波，在要求不高時(shí)，可作為三角波信號(hào)，但線性度差。二、三角波發(fā)生電路1、電路組成77

為了產(chǎn)生線性度好的三角波可以用積分器，如下圖所示：運(yùn)放A1是同相輸入的滯回比較器，運(yùn)放A2為積分器。比較器的輸出uO1作為積分器的輸入信號(hào)，而積分器的輸出uO又反饋回去作為比較器的輸入信號(hào)，它們共同組成閉合回路。為了產(chǎn)生線性度好的三角波可以用積分器，如下圖所示78

2、工作原理

圖中滯回比較器的輸出電壓uO1=UZ，它的輸入電壓是積分器的輸出電壓uO，根據(jù)疊加原理：2、工作原理

圖中滯回比較器的輸出電壓uO179滯回比較器的電壓傳輸特性如下所示：滯回比較器的電壓傳輸特性如下所示：80⑴假定接通電源后uO1=+UZ，uO=0，使電容充電，uO按指數(shù)規(guī)律逐漸下降當(dāng)uO=-UT時(shí)，使uP1=uN1=0,uO1從+UZ躍變到-UZ。⑴假定接通電源后uO1=+UZ，uO=0，使電容充電，uO81⑵由于uO1變成了-UZ，電容正向積分uO按指數(shù)規(guī)律逐漸上升，當(dāng)uO=+UT，使uP1=uN1=0,uO1從-UZ躍變到+UZ。電路又回到第一種狀態(tài)。這樣，周而復(fù)始形成振蕩。⑵由于uO1變成了-UZ，電容正向積分uO按指數(shù)規(guī)律逐漸82

從以上分析可知，uO1是方波，幅值為UZ，

uO是三角波，幅值為波形如右圖。因此，該電路又叫三角波——方波發(fā)生電路。從以上分析可知，uO1是方波，幅值為UZ833、振蕩頻率

從波形看出，積分電路的輸出從-UT上升到+UT所需的時(shí)間就是振蕩周期的一半。3、振蕩頻率84從以上分析可以看出：（1）改變UZ可以改變方波的輸出幅度；（2）改變R1、R2的值可以改變?nèi)遣ǖ妮敵龇龋?）改變R1、R2、R3和C的值可以改變振蕩的頻率從以上分析可以看出：（3）改變R1、R2、R3和C的值可以改85三、鋸齒波發(fā)生電路鋸齒波與三角波的區(qū)別是：

三角波上升和下降的斜率相等；

而鋸齒波上升和下降的斜率不相等。

因此只要使三角波——方波發(fā)生器中積分器的充放電時(shí)間常數(shù)不同，就構(gòu)成了鋸齒波發(fā)生器。如下圖所示：三、鋸齒波發(fā)生電路鋸齒波與三角波的區(qū)別是：

86圖中RW>>R3,電位器滑動(dòng)到最上端時(shí)的波形如下圖所示：圖中RW>>R3,電位器滑動(dòng)到最上端時(shí)的波形如下圖所示：87

根據(jù)三角波發(fā)生電路振蕩周期的計(jì)算方法，可得出下降和上升時(shí)間分別為：根據(jù)三角波發(fā)生電路振蕩周期的計(jì)算方法，可得出88（1）、調(diào)整R1和R2的阻值，可以改變鋸齒波的幅值（3）、調(diào)整電位器滑動(dòng)端的位置，可以改變uO1的占空比，以及鋸齒波上升和下降的斜率（2）、調(diào)整R1、R2和RW的阻值以及C的容量，可以改變振蕩周期（1）、調(diào)整R1和R2的阻值，可以改變鋸齒波的幅值（89四、波形變換電路前面已經(jīng)介紹過一些波形變換電路，例如利用積分電路將方波變?yōu)槿遣?，利用微分電路將三角波變?yōu)榉讲?，利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榫匦尾?，利用模擬乘法器將正弦波變?yōu)槎额l，等等。下面介紹三角波變鋸齒波和三角波變正弦波電路。四、波形變換電路前面已經(jīng)介紹過一些波形變換電路，901、三角波變鋸齒波電路三角波電壓和經(jīng)波形變換后的鋸齒波電壓如下圖所示：1、三角波變鋸齒波電路91分析兩個(gè)波形可知，三角波上升時(shí)，兩個(gè)波形相同，由此可見，波形變換電路應(yīng)為比例電路，三角波上升時(shí)，比例系數(shù)為1，三角波下降時(shí)，比例系數(shù)為-1。三角波下降時(shí)，兩個(gè)波形相反，分析兩個(gè)波形可知，三角波上升時(shí)，兩個(gè)波形相同，由此可見，波形92三角波變鋸齒波的電路如圖所示。uC為電子開關(guān)，uC為低電平時(shí)，開關(guān)斷開；uC為高電平時(shí)，開關(guān)閉合。三角波變鋸齒波的電路如圖所示。uC為電子開關(guān)，93（1）、當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)（1）、當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)94（2）、當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，uN=uP=0，電阻R2中的電流為零，等效電路為反相比例運(yùn)算電路，uO=uI。（2）、當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，uN=uP=0，電阻R2中95（3）、電子開關(guān)可用下圖實(shí)現(xiàn)：可以把輸入信號(hào)uI加到一個(gè)微分運(yùn)算電路，將它變成方波，作為uC控制開關(guān)的動(dòng)作。（3）、電子開關(guān)可用下圖實(shí)現(xiàn)：可以把輸入信號(hào)uI加到一個(gè)微分962、三角波變正弦波電路

⑴濾波法

適用范圍：固定頻率或頻率變化范圍很小的情況。

電路框圖和輸入輸出波形如圖所示：2、三角波變正弦波電路97將三角波按傅立葉級(jí)數(shù)展開例如，若三角波的頻率范圍為100~200Hz，低通濾波器的截止頻率可取250Hz；帶通濾波器的通帶可取50~250Hz。低通濾波器的通帶截止頻率應(yīng)大于t而小于3t。

也可以用帶通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)上述變換。其中Um是三角波的幅值。將三角波按傅立葉級(jí)數(shù)展開例如，若三98⑵折線法

比較三角波和正弦波的波形，可以發(fā)現(xiàn)，在正弦波從零逐漸增大到峰值的過程中，與三角波的差別越來(lái)越大。峰值附近的差別最大，而其余部分相差不多。因此，根據(jù)正弦波與三角波的差別，將三角波分成若干段，按不同的比例衰減，就可以得到近似于正弦波的折線化波形，如下圖所示。⑵折線法99

根據(jù)上述思路，應(yīng)采用比例系數(shù)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)的運(yùn)算電路。利用二極管和電阻構(gòu)成的反饋通路，可以隨著輸入電壓的數(shù)值不同而改變電路的比例系數(shù)，如圖所示。根據(jù)上述思路，應(yīng)采用比例系數(shù)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)的運(yùn)100

由于反饋通路中有電阻Rf，即使電路中所有二極管均截止，負(fù)反饋仍然存在，故集成運(yùn)放的反相輸入端為虛地，up=uN=0。（1）、當(dāng)uI=0時(shí)，uO=0；由于+VCC和-VCC的作用，所有二極管均截止；電阻阻值的選擇應(yīng)保證

u1＜u2<u3，u′1＜u′2<u′3。由于反饋通路中有電阻Rf，即使電路中所有二極101（2）、當(dāng)uI從零逐漸降低且|uI|<0.3Um時(shí)，uO從零逐漸升高，從而u1、u2、u3也隨之逐漸升高，但各二極管仍處于截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)：（2）、當(dāng)uI從零逐漸降低且|uI|<0.3102（3）、當(dāng)uI繼續(xù)降低且0.3|uI

|＜0.56Um時(shí)，D1導(dǎo)通，此時(shí)的等效電路如下圖所示。若忽略二極管的正向電阻，則N點(diǎn)的電流方程為（3）、當(dāng)uI繼續(xù)降低且0.3|uI|＜0103根據(jù)曲線圖，uO=0.89uI。合理選擇R4，使上式變?yōu)椋焊鶕?jù)曲線圖，uO=0.89uI。合理選擇R4，使上式變?yōu)椋?04（4）隨著uI逐漸降低，uO逐漸升高，D2、D3依次導(dǎo)通，等效反饋電阻逐漸減小，比例系數(shù)的數(shù)值依次約為0.77、0.63。當(dāng)uI從負(fù)的峰值逐漸增大時(shí)，D3、D2、D1依次截止，比例系數(shù)的數(shù)值依次約為0.63、0.77、0.89、1。（4）隨著uI逐漸降低，uO逐漸升高，D105

同理，當(dāng)uI從零逐漸升高，uO逐漸降低，D1、D2、D3依次導(dǎo)通，等效反饋電阻逐漸減小，比例系數(shù)的數(shù)值依次約為1、0.89、0.77、0.63；當(dāng)uI從正的峰值逐漸減小時(shí)，D1、D2、D3依次截止，比例系數(shù)的數(shù)值依次約為0.63、0.77、0.89、1；使輸出電壓接近正弦波的變化規(guī)律，波形與輸入三角波反相。

同理，當(dāng)uI從零逐漸升高，uO逐漸降低，D1、D106為了使輸出電壓波形更接近于正弦波，應(yīng)當(dāng)將三角波的四分之一區(qū)域分成更多的線段，尤其是在三角波和正弦波差別明顯的部分，然后再按正弦波的規(guī)律控制比例系數(shù)，逐段衰減。折線法的優(yōu)點(diǎn)是不受輸入電壓頻率范圍的限制，便于集成化，缺點(diǎn)是反饋網(wǎng)絡(luò)中電阻的匹配比較困難。為了使輸出電壓波形更接近于正弦波，應(yīng)當(dāng)將三角107五、函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的專用集成電路。當(dāng)調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)時(shí)，還可以獲得占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。因此，廣泛用于儀器儀表之中。下面以型號(hào)為ICL8038的函數(shù)發(fā)生器為例，介紹電路結(jié)構(gòu)、工作原理、參數(shù)特點(diǎn)和使用方法。五、函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方1081、電路結(jié)構(gòu)函數(shù)發(fā)生器ICL8038的電路結(jié)構(gòu)如下圖虛線框內(nèi)所示，共有五個(gè)組成部分。1、電路結(jié)構(gòu)109⑴兩個(gè)電流源的電流分別為Is1和Is2，且Is1＝I，Is2＝2I；⑵兩個(gè)電壓比較器1和2的閾值電壓分別為各2/3VCC和1/3VCC，它們的輸入電壓等于電容兩端電壓Uc，輸出電壓分別控制RS觸發(fā)器的S端和R端；⑶RS觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端Q和Q用來(lái)控制開關(guān)S，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容C的充、放電；⑷兩個(gè)緩沖放大器用于隔離波形發(fā)生電路和負(fù)載，使三角波和矩形波輸出端的輸出電阻足夠低，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力；⑸三角波變正弦波電路用于獲得正弦波電壓。⑴兩個(gè)電流源的電流分別為Is1和Is2，且Is1＝I110除了RS觸發(fā)器外，其余部分均可由前面所介紹的電路實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示。除了RS觸發(fā)器外，其余部分均可由前面所介紹的電路實(shí)1112、工作原理

當(dāng)給函數(shù)發(fā)生器ICL8038合閘通電時(shí)，電容C的電壓為0V，根據(jù)電壓比較器的電壓傳輸特性，電壓比較器1和2的輸出電壓均為低電平；因而RS觸發(fā)器的輸出Q為低電平，Q為高電平；使開關(guān)S斷開，電流源Is1對(duì)電容充電，充電電流為I。因充電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時(shí)間的增長(zhǎng)而線性上升。

2、工作原理112

當(dāng)uC上升到1/3VCC時(shí)，雖然RS觸發(fā)器的R端從低電平躍變?yōu)楦唠娖?，但其輸出不變。一直到uC上升到2/3VCC，使電壓比較器I的輸出電壓躍變?yōu)楦唠娖?，Q才變?yōu)楦唠娖剑ㄍ瑫r(shí)Q變?yōu)榈碗娖剑?，?dǎo)致開關(guān)S閉合，電容C開始