運(yùn)放組成鋸齒波發(fā)生器

當(dāng)傳統(tǒng)的示波器鋸齒波掃描電路輸出電壓為士60 V 時(shí)，非線性度約1%。發(fā)展的集成運(yùn)放組成的鋸齒波發(fā)生器線性度好，但輸出電壓低。鋸齒波發(fā)生器可采用密勒掃描電路和恒流掃描電路，但密勒掃描電路的慢掃描性能優(yōu)于恒流掃描。它們的工作原理歸根到底就是如何維持電容器充電電流的恒定。

鋸齒波非線性誤差分析

通過分析及參數(shù)測(cè)試，影響線性度的原因?yàn)椋夯鶞?zhǔn)充電電源、積分器、高壓放大器帶寬、( 積分器在充放電過程中，除積分電阻外還存在運(yùn)放的輸入電阻，積分電容及其它分布電容的吸收效應(yīng)引起的漏電阻)、線性度測(cè)量裝置。 2100433B

由于研究課題中所需的鋸齒波電壓頻率在10 ~ IK H Z 內(nèi)要連續(xù)可調(diào)，電壓幅度又特別大。為了克服常規(guī)密勒掃描電路的局限性，提高放大器的增益，采用了由集成運(yùn)放組成的積分器，產(chǎn)生高線性度鋸齒波。充電電源通過電阻R 給電容C 充電時(shí)，運(yùn)放輸出端電位U 線性下降，當(dāng)U 達(dá)到門限電路的下限電平時(shí)，門限電路控制開關(guān)電路使之閉合，積分器快速放電，U 急速上升。當(dāng)U 達(dá)到門限電路的上限電平時(shí)，開關(guān)打開，充電電源又給積分器充電，重復(fù)以上過程，就形成鋸齒波電壓。為了進(jìn)一步減小鋸齒波的非線性誤差，還采用了穩(wěn)定的充電電源和電平移動(dòng)電路等措施。電平移動(dòng)電路的作用是采取等電位法來減小開關(guān)漏電帶來的誤差。

又稱掃描電路或時(shí)基發(fā)生器。與時(shí)間成比例地上升、下降的電壓或電流波形稱鋸齒波，也稱掃描波。對(duì)周期確定的脈沖進(jìn)行積分，即可產(chǎn)生鋸齒波。為了在示波器上顯示各種波形，需在Y軸上加上信號(hào)電壓，X軸上加上鋸齒波，對(duì)電子束進(jìn)行掃描，因此常應(yīng)用于雷達(dá)、電視和數(shù)據(jù)通信方面。鋸齒波可用密勒積分電路和自舉電路來發(fā)生。圖1a是鋸齒波發(fā)生器的基本原理圖。當(dāng)電路中的開關(guān)(S)打開時(shí)，輸出uC的波形就是RC積分器的階躍響應(yīng)：uC=E(1－e?t/τ?)式中τ=RC。當(dāng)τ&t，，因此uC變小，為了彌補(bǔ)此缺點(diǎn)，可考慮圖1b的形式，在該圖中附加一個(gè)電壓源V－VC，因此電路中的電流：為恒定值。圖1b的電路中必須有一個(gè)接地點(diǎn)，可在A點(diǎn)也可在B點(diǎn)接地，兩個(gè)不同接地點(diǎn)的結(jié)果形成兩個(gè)不同的電路，前者是密勒積分鋸齒波電路，后者為自舉電路。實(shí)際電路中常插入運(yùn)算放大器。由于運(yùn)算放大器的存在，密勒電路中的C實(shí)際增大了(1－G)倍，G為運(yùn)算放大器的增益。與RC積分電路相比，盡管τ增為(1－G)倍，但輸出u0并不會(huì)變小。圖2是密勒積分的鋸齒波發(fā)生器的實(shí)用電路與輸出波形。密勒電路和自舉電路還可構(gòu)成階梯波發(fā)生器，為了得到恒定的階躍幅度Δu0的階梯波，必須有復(fù)位電路。復(fù)位電路可以用比較器，比較輸出發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生復(fù)位脈沖；也可以用計(jì)數(shù)器，對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，達(dá)到一定數(shù)值時(shí)產(chǎn)生復(fù)位。 2100433B

能周期地產(chǎn)生鋸齒形信號(hào)的電路，又稱掃描電路或時(shí)基發(fā)生器。鋸齒電壓或電流的波形如圖1,T為掃描周期,T1為掃描時(shí)間,T2為回掃時(shí)間。鋸齒電壓波主要用作示波管電路中的掃描電壓，鋸齒電流波主要用作顯像管電路中的偏轉(zhuǎn)電流。

鋸齒波發(fā)生器可分為自激式和他激式兩種。前一種的穩(wěn)定性較差，現(xiàn)代的時(shí)基發(fā)生器多采用后一種。

鋸齒電壓發(fā)生器　圖2a是一種用RC充放電電路構(gòu)成的他激式鋸齒電壓波發(fā)生電路。當(dāng)輸入端為圖2b所示的脈沖電壓u_i所控制時(shí), 晶體管等效為一電子開關(guān)。當(dāng)u_i處于T₁期間,晶體管截止,電源電壓E_c通過電阻R向電容C充電，C兩端的輸出電壓u₀按指數(shù)規(guī)律上升。在T₂期間,晶體管導(dǎo)通，C上電荷通過它放電,u₀迅速下降。如果

T₁/RC<<1即T₁只占指數(shù)曲線起始段的一小部分，則可以近似地認(rèn)為在T期間u₀是線性增長的。在E_c為定值的條件下，u_m越大，則掃描正程的線性程度越差。通常，圖2a電路對(duì)C的充電電流是按指數(shù)規(guī)律變化的，所以非線性系數(shù)較大。如果設(shè)法使充電電流保持為常數(shù)，則C兩端的電壓u₀將按線性規(guī)律增長。恒流源充電或電容負(fù)反饋的鋸齒波發(fā)生器可達(dá)到這一要求 。

一種用運(yùn)算放大器構(gòu)成的鋸齒電壓發(fā)生器。在0～T₁的時(shí)間內(nèi)電子開關(guān)K斷開，

輸出電壓u₀隨時(shí)間呈線性變化。當(dāng)K閉合時(shí)，u₀即隨C的放電而迅速下降。只要開關(guān)K周期地啟閉,u₀便依鋸齒形的規(guī)律而變化。

鋸齒電流發(fā)生器　在顯像管掃描電路中，鋸齒電流發(fā)生器的負(fù)載是電感線圈。當(dāng)工作頻率較低，且線圈的分布電容可以忽略時(shí)，電感線圈的作用可以用集總電感L_y和集總電阻R_y來代表（圖4）。晶體管T構(gòu)成一個(gè)線性電流放大器,激勵(lì)信號(hào)電壓u_i是鋸齒電壓波,流過L_y的電流i_y是鋸齒電流波（圖5a），相應(yīng)的u_L和u_R上的電壓波形則分別如圖5b和c。u_L和u_R的合成電壓波形u_y如圖5d，這個(gè)波形稱為鋸齒脈沖波。在實(shí)際電路中,由于晶體管非線性特性和扼流圈L_C分流的影響,掃描波形的線性較差。2100433B

集成運(yùn)放品種很多，不同品種的參數(shù)有的相差甚遠(yuǎn)，但從總體上講可將集成運(yùn)放分為通用型和專用型兩大類。通用型集成運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)一般化，但價(jià)格便宜，常應(yīng)用于無特殊要求的場(chǎng)合，如μA741就屬此類。專用型集成運(yùn)放是一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)特殊，在某一方面電路性能突出。根據(jù)技術(shù)參數(shù)特點(diǎn)，專用型集成運(yùn)放又可分為高壓型、高阻型、低功耗型、高速寬帶型、高精度型和低漂移型等。

在實(shí)際應(yīng)用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)電路時(shí)，要想從紛繁的集成運(yùn)放產(chǎn)品中準(zhǔn)確選擇出適合工作要求的產(chǎn)品，必須要遵循相關(guān)原則。