第11章 信号的产生与变换电路,第1节 电压比较器 第2节 滞回比较器（施密特门） 第3节 矩形波发生电路（多谐振荡器） 第4节 三角波发生器 第5节 单脉冲发生电路 第6节 正弦信号发生电路 第7节 信号的转换电路,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,第11章 信号的发生与变换电路,信号发生电路包括正弦信号发生电路和非正弦信号发生电路两大类，它们无需输入信号激励就能产生各种周期性的波形。信号发生电路也称为振荡电路。 信号变换电路是将某种信号波形变换成另一种波形，或对某种信号波形进行整形、延迟使之满足系统的要求。,开 始,作 ？业,11.1电压比较器,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,作 ？业,退 出,开 始,电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制系统中有着广泛的应用。 电压比较器的输出电压u0与输入电压uI的函数关系u0 = f (uI) 一般用曲线来描述，称为电压传输特性。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.1电压比较器,开 始,作 ？业,为了正确画出电压传输特性，必须确定以下三个要素：,输出电压高电平的数值UOH和低电平的数值UOL。,阈值电压的数值UT。,当uI 变化且经过UT 时，uo跃变的方向， 即是从UOH跃变为UOL，还是从UOL跃变 为UOH。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.1.1单限比较器,1、过零比较器,开 始,作 ？业,图11.1.2(a)所示为反相过零电压比较器，其特点是：输入uI接反相输入端， uI称比较信号；阈值电压UT接同相端，且UT=0V。,图(b)是电压传输特性，其输出电压为+UOM或 -UOM 。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.1.1单限比较器,为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级三极管可加二极管限幅电路,如图11.1.3。,开 始,作 ？业,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.1.1单限比较器,开 始,作 ？业,为了满足负载的需要可在输出端加稳压二极管限幅电路从而获得适合的UOL和UOH，如图11.1.4(a)所示。图中R为限流电阻。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.1.1单限比较器,开 始,作 ？业,有时可将输出限幅稳压二极管接成如图11.1.5所示形式，这样可省去限流电阻。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.1.1单限比较器,图11.1.6一般单限比较器及其电压传输特性， UREF为外加参考电压。,开 始,作 ？业,2、一般单限比较器,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.1.1单限比较器,开 始,作 ？业,根据叠加原理，集成运放反相输入端的电位u为,令uu0，则求出阈值电压,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.1.1单限比较器,开 始,作 ？业,当u1UT时，即uu，,当u1UT时，即uu，,电压传输特性图11.1.6(b)所示。,这里应保证UOUZ。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.1.2双限比较器,在实际工作中，时常遇到需要检测输入模拟信号的电平是否处在给定的两个门限电平之间，这就要求比较器有两个门限电平。这种比较器称为双限比较器。,开 始,作 ？业,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.1.2双限比较器,开 始,作 ？业,双限比较器的一种电路如图11.1.7(a)所示。图（b）为电压传输特性。,UI为输入电压； C1为同相输入 电压比较器 ； C2为反相输入 电压比较器。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2滞回比较,开 始,作 ？业,虽然单限比较器很灵敏,但是抗干扰能力差。滞回比较器具有滞回特性,即具有惯性,因而也就具有一定的抗干扰能力。,图11.2.1由运放构成的滞回比较器。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2滞回比较,开 始,作 ？业,从图11.2.1的输出端的限幅电路可以看出, u0=UZ。集成运放反相输入端电位u-=uI，而同相输入端电位,令u-=u+，求出的就是阈值电压，因此得出,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2滞回比较,开 始,作 ？业,从电压传输特性曲线上可以看出，当 -UTuI+UT时, 可能是+UZ也可能是-UZ。,如果比较信号uI是从小于-UT的值逐渐增大到 -UTuI+UT，那么u0为+UZ；,如果 比较信号uI 是从大于 +UT 的值逐渐减小到-UTuI+UT，那么u0应为-UZ；曲线具有方向性，如图11.2.1(b)所标注。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2滞回比较,开 始,作 ？业,例如,当 u0= +UZ 、u+=+UT时,只要 uI略大于+UT足以引起u0的下降,就会产生如下的正反馈过程:,即u0的下降导致u+下降；而u+的下降又使得u0进一步下降，反馈的结果使u0迅速变为 -UZ，从而获得较为理想的电压传输特性。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2滞回比较,开 始,作 ？业,若将电阻R1的接地端接参考电压UREF，如图11.2.2(a)所示，则同相输入端的电位,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2滞回比较,开 始,作 ？业,令u-=u+,求出的uI就是阈值电压,因此得出,当UREF0V时,图11.2.2(a)所示电路的电压传输特性如图11.2.2 (b)所示。,UT1:下限阈值电压； UT2:上限阈值电压； U: 回差电压。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2滞回比较,开 始,作 ？业,例11.2.1在图11.2.1(a)所示电路中,已知稳压管的稳定电压UZ=9V,输入电压uI的波形如图11.2.3(a)所示,试画出u0的波形。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2滞回比较,开 始,作 ？业,解：输出高电平和低电平分别为 UZ=9V,阈值电压为,画出电压传输特性如图11.2.3(c)所示。根据电压传输特性便可画出u0的波形,如图11.2.3(b)所示。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2滞回比较,开 始,作 ？业,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,1、555定时器的电路组成,555定时器是一种多用途的中规模集成电路器件,在外围配以少量的阻容元件就可以方便地构成施密特门、单稳态触发器和矩形波发生器等应用电路。由555定时器构成的施密特门具有滞回比较特性，因此它与由运算放大器构成的滞回比较器具有相同的电压传输特性。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,图11.2.15 是国产双限型定时器CB555的电路结构图。,它由比较器C1和C2、基本RS触发器和集成开路的放电晶体管TD三部分组成。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,555定时器工作原理分析：,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,表11.2.1 555定时器的符号和功能表,开 始,作 ？业,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,2、 用555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,如图11.2.6所示，将555定时器的两个,输入端uI1和uI2连在一起作为信号输入端，可得到施密特门。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,由于比较器C1和C2的参考电压不同，因而基本RS触发器的置0信号(UC1=0)和置1信号(UC2=0)必然发生在输入信号uI的不同电平。因此，输出电压u0由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的uI值也不相同，这样就形成了施密特触发特性（滞回特性）。,开 始,作 ？业,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,首先分析uI从0逐渐升高的过程：,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,图11.2.7所示是图11.2.6所示电路的电压传输特性,它是一个典型的反相输出的施密特触发特性，与滞回特性相同。,通过改变 uC0 可以调节回差电压的大小。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,3、施密特门基本应用,（1）波形转换,图11.2.8中输出脉冲宽度 tPO可通过改变回差电压U 的大小加以调节。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,（2）波形整形,数字矩形波信号在传输过程中受到干扰变成了图11.2.9（a）所示的不规则波形。,图中若负向阈值取为U1-。,若负向阈值取值为U2-, 输入信号顶端的干扰毛刺在输出中已不复存在。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,（3）幅度鉴别,施密特门的翻转取决于输入信号是否高于UT+或低于UT-，利用这个特性可以构成幅度鉴别器，用以从这一串脉冲中检出符合幅度要求的脉冲。图11.2.10所示为一个幅度鉴别器的工作波形图。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.2由555定时器构成的施密特门,开 始,作 ？业,图11.2.10 幅度鉴别,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.3滞回比较器应用举例,开 始,作 ？业,图11.2.11是一个温度监测控制电路,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.3滞回比较器应用举例,开 始,作 ？业,温度传感器由具有负温度系数(阻值随温度的增加而减小)的热敏电阻RT(放置于温度监控处)、固定电阻R1和电源-UCC构成。,集成运放A1和电阻R2、R3构成跟随器,起隔离作用,以避免后级对uT的影响,显然u01=uT。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.3滞回比较器应用举例,开 始,作 ？业,在实际测量中,通常要对输出电压进行变换和定标,使被测温度与输出电压相对应,因此接入由集成运放A2和R4R6、RP1及RP2构成的反相加法电路。例如当被测温度为下限值时,u01=U01L0,若要求此时的u02=U02L=0,则应使RP2、R6支路的电流为0,因此可得 即,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,11.2.3滞回比较器应用举例,开 始,作 ？业,上式即确定了RP1和R4的阻值关系。图中被测温度下限值为0,U01L=0.97V,则RP1调至约154.6k即可。而当被测温度为上限值时,u01=U01H,若要求此时的u02=U02H,即输入电压变化量u01=U01H-U01L,输出电压变化量u02=U0