用运放产生多种波形

基础电路1.积分电路

静茹我女神哟

8801人浏览 · 2021-06-06 19:35:34

静茹我女神哟 · 2021-06-06 19:35:34 发布

对于波形电路的设计，主要考虑两点一个是输出什么样的波形，另一个就是该电路的振荡频率。10kHZ以下的电路对运放的性能要求不高，当要产生高频时则需要查看器件的性能。

当确定了振荡频率时，应先选择积分电容的大小，一般在0.01~0.33uf，之后选择电阻的大小，一般在几千欧到100k欧

基础电路

1.积分电路

电路如上图所示，上图中R2电阻为平衡电阻大小和R3相等，作用是减少静态误差。R3的在这里可以抑制积分漂移，在选择R3时应使 R3*C2>>输入信号的周期。拿输入信号为方波来说，若R3*C2不够大则积分后得出的三角波线性度差。为防止电容充电使得运放的输出饱和，在输入端增加了电阻R1，此时也应该使 R1*C1>>输入信号的周期。

$R1*C2=\frac{Vin}{2fVout}$

输入输出有如上关系，其中Vin为输入信号的幅值，Vout为输出信号的幅值，f为输入信号的频率。

由于运放最大输出电压的限制，R1、C2值太小积分电路会在达不到要求时便发生饱和；但R1、C2值太大，输出幅度会很小，所以时间常数还应该满足

$R1*C2\geq \frac{1}{Vcc}\int_{0}^{t}Vidt$

2.微分电路

电路如图所示

$Vout=-R7*C3\frac{\mathrm{d} Vin}{\mathrm{d} t}$

微分电路的反馈网络具有一定的滞后相移(0°~-90°)，它和运放本身的滞后相移(0°~-90°)合在一起，容易满足自激振荡的相位条件，采取一定的相位补偿措施，电路性能会稳定下来。

电路中R6<1/wC3,在低频区域，R6的作用不明显，到了高频区域，C3的容抗小，R6的存在限制了闭环增益的继续增大，起到抑制高频噪声和干扰的作用。R6的取值不能过大，否则会影响微分运算，一般去几百欧到1k。小电容C4的可以加强高频区域的负反馈，降低高频的噪声。

方波产生电路

该电路由迟滞比较器和积分电路组成。

振荡周期为

$T=2*R4*C5*ln(1+\frac{2*R10}{R9})$

下面进行简单的分析

同相端的电压大小为 $Vout*\frac{R10}{R9+R10}$ ,假定某个时刻Vout输出高电平，则电容C5通过电阻R4进行充电，当充电电压大于同相输入端的电压时，Vout输出低电平，电容C5放电，当电压低于同相输入端电压时Vout输出高电平，如此往复。输出端接有两个稳压二极管作用是为了输出钳位。

矩形波产生电路

振荡周期为

$T=(2*R12+Rp)*C6*ln(1+\frac{2*R15}{R11})$

占空比为

$N=\frac{TH}{T}=\frac{R12+Rp1}{2*R12+Rp}$

其中Rp1为滑动变阻器下半部分接入的电阻。

矩形波与方波的不同之处在于占空比，为此我们可以在上述的方波电路上稍作修改。

只需要修改电容充放电的时间就行了，而充放电的时间和时间常数T（t=RC）有关，为此可以设计以上的二极管通路，当Vout为正则下面的电路导通，接入下半部分的电阻，为负则接入上半部分的电阻,通过改变接入的电阻值来改变时间常数。

三角波产生电路

振荡周期为

$T=4*R20*C7\frac{R19}{R17}$

此电路前一级Vout1输出方波信号，后一级输出Vout2三角波信号。

下面分析其工作原理

电路工作时同相端的电压大小为

$V3=Vout1*\frac{R19}{R17+R19}+Vout2*\frac{R17}{R17+R19}$ ，

假定某个时刻Vout1为高电平，电容C7通过电阻R20充电，Vout2端的电压下降并反馈到同相端上，使得同相端的电压逐步降低，当低于反相端的电压，Vout1为低电平，则电容C7，开始放电，Vout2端的电压逐步上升，作用到同相端，又使得同相端电压大于反相端电压，Vout1输出为正如此往复。

上述电路中反相端接电阻到地，若想改变三角波的输出电压可以改变反相端的电压大小。

锯齿波产生电路

振荡周期为

$T=2*(2*R25+Rp)*\frac{R28}{R22}*C8$

此电路前一级输出矩形波信号，后一级输出方波信号。

矩形波的输出占空比

$N=\frac{TH}{T}=\frac{R25+Rp1}{2*R25+Rp}$

其中Rp1为滑动变阻器上半部分接入电路的大小

同前面矩形波产生电路思路类似，锯齿波是在上述三角波产生的基础上，通过改变电容充放电的时间来改变波形。如上图所示在第一级和第二级之间接了一个二极管通路，当Vout1输出为高电平时，滑动变阻器上半部分接入，反之则下半部分接入。通过改变电阻的大小从而改变时间常数，进而改变输出波形。

对于波形电路的设计，主要考虑两点一个是输出什么样的波形，另一个就是该电路的振荡频率。10kHZ以下的电路对运放的性能要求不高，当要产生高频时则需要查看器件的性能。

当确定了振荡频率时，应先选择积分电容的大小，一般在0.01~0.33uf，之后选择电阻的大小，一般在几千欧到100k欧

参考书籍《电子线路设计与应用》

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