LC测量小工具-----一，原理篇

tagetage

LC测量小工具-----一，原理篇 [复制链接]

6.4.1  矩形波振荡电路

1.用电压比较器构成的矩形波振荡电路

用电压比较器构成的矩形波振荡电路如图6.4.1所示，它是在迟滞比较器（施密特触发

器）的基础上加上R_T、C_T定时电路所组成。

图6.4.1  电压比较器构成的矩形波振荡电路

（1）工作原理

当接通电源时，运放输出级工作在饱和限幅状态，输出电压u₀等于+U_Z或-U_Z纯属偶然。为了便于分析，假设u₀=+U_Z，在此条件下，可写出运放同相输入端电压u₊的数值并记为U₊，

                                     （6.4.1）

由于u₀为正电压，于是将经R_T对电容C_T进行充电，使C_T两端电压按指数规律上升。忽略运放反向输入端电流，可写出充电时间常数t₁»R_T·C_T。

当电容电压u_c升高并经过同相端参考电压U₊时，比较器发生翻转，输出u₀产生负跳变，使u₀=-U_Z。受输出电压的影响，此时u₊也将产生负跳变，其值记作U_-，即

                                     （6.4.2）

在u₀跳变瞬间，由于电容C_T两端电压不能突变，u_c将保持原有数值，此后C_T经R_T放电并反向充电，u_c按指数规律下降，时间常数 。当u_C下降并经过同相端参考电压U_-时，比较器又一次发生翻转，回到u₀=+U_Z状态，至此电路完成一个周期的振荡，并在此后周而复始地重复这一过程，产生出稳定的振荡波形。振荡过程中输出电压u₀和电容两端电压u_c的波形如图6.4.2所示，由于电容充放电时间常数相同，故输出电压u₀为方波。

图6.4.2  u0、uc输出波形

（2）振荡频率

上列电路的振荡频率与电容C_T的充放电过程密切相关，而u_C的变化规律仍由（6.3.5）式描述，代入u_c(0₊)=U_-，u_c(¥)=+U_Z， ，可得

                       （6.4.3）

从图6.4.2波形上可知，当 时，应有 ，于是可得

由此解出：                      （6.4.4）

振荡频率为

                               （6.4.5）

改变充放电回路的时间常数C_TR_T以及迟滞比较器的电阻R₁和R₂，就可调节矩形波的振荡频率。一般用改变电容来进行频率粗调，改变电阻进行频率细调。稳压管U_Z的大小决定矩形波的输出幅度。

通常将矩形波输出高电平的持续时间与振荡周期的比定义为占空比，而图6.4.2中输出电压u₀的波形是正负半周对称，因此占空比等于50%。如果希望产生占空比能够调节的矩形波，则可以通过改变图6.4.1中充放电的时间常数来实现，具体电路如图6.4.3所示，充电回路u₀®R'_W®D₁® R_T ®C_T®地；放电回路地®C_T®R_T®D₂®R"_W®u₀，改变R_W滑动端的位置就可方便地调节矩形波的占空比。

图6.4.3  占空比可调的矩形波振荡电路

上述矩形波电路的频率取值范围，在高端主要受运放上升速率SR的限制，低端则主要受运放偏置电流和噪声的限制，一般为几赫～几百千赫，允许输出波形失真较大时可达1MHz左右。电容C_T取值范围一般为100mF～10PF，振荡频率较低时，C_T可采用电解电容或钽电容，考虑到电解电容极性制约，可将C_T的接地端改接负电源。面向低频振荡的运放有mA741、LM301、LF356等，振荡频率较高时，宜采用专用集成比较器。

图6.4.4是采用集成比较器LM311组成的单电源矩形波产生电路。其输出波形幅度与所用电源电压相同。与以往电路不同之处在于加了电阻R₃，其作用是将原来以零电平为基线的振荡波形移到以 V_CC为基线。由于电路采用单电源供电，为与数字器件使用同一电源创造了条件。

图6.4.4  集成比较器组成的单电源矩形波发生器

    2．用555定时器构成的矩形波振荡电路

如图6.4.5(a)所示，555定时器被连接成一个矩形波产生电路。

（1）工作原理

   当输出是高电平时，电容C通过R₁和R₂电阻充电，充电时间常数t₁=（R₁+R₂）C，此时u_c上升到 时，定时器内A₁比较器动作，使触发器翻转，输出u₀由高电平跳变为低电平，电容C停止充电；然后，电容C通过R₂和放电管T开始放电，忽略放电管的饱和电阻，放电时间常数t₂»R₂·C，电容电压u_c按指数规律下降，趋向0V，当u_c下降到 时，A₂比较器动作，使触发器再次翻转，输出u₀由低又跳变为高电

平，电容中止放电，T截止，C又开始充电。以后，电路重复上述过程，来回振荡，其输出波形如图6.4.5(b)所示。

图6.4.5  555定时器构成的矩形波振荡电路

（2）振荡频率

根据以上分析可知，u_c从 充电到 的时间仍根据（6.3.5）式确定，代入t=T₁，t=t₁，u_c(¥)=V_CC、u_c(0₊)= ，u_c（T₁）= 各值，可得：

T₁=0.69(R₁+R₂)C

同理，u_c放电从 到 的时间T₂，仍通过代入t=T₂，t=t₂，u_c(¥)=0、u_c(0₊)= ，u_c（T₂）= 各值，可得：

T₂=0.69R₂C

因此信号的振荡周期T=T₁+T₂=0.69(R₁+R₂)C，由此振荡频率

                                    （6.4.6）

改变R₁R₂和C的数值，即可改变矩形波的频率。该波形的占空比为 ，调节R₁、R₂参数即可调整波形的占空比。由于输出矩形波中除基波外，还包括许多高次谐波分量，因此该振荡器又被称为多谐振荡器。

来源：http://edept.seu.edu.cn/Ecircuit/textbook/0604.htm

辛昕

我可真是看晕了...
这是振荡器的资料 ，还是什么？

ssawee

用单片机的pwm就行了吧

anqi90

貌似是测量电路的原理吧，测量电路不是不同的电容/电感对应不同的频率么

确实有点多，晚上慢慢看

鑫海宝贝

心昕这是什么情况啊，和你的是一起的吗？？？

tagetage

当然是啦。。

辛昕

额，是这样。
LZ呢，为了激励大家的热情，之前跟我还有琳子姐说了，说他自己一个人先做，然后呢他会逐步逐步展示他的DIY过程，这也是对我们的启迪和鼓舞作用。
总要有人开个好头是吧。
就是麻烦了他，他工作挺忙的。我们都得谢谢了他。

不过他发的这个资料，我是有点儿看不太懂。
上边那个还跟那个LM311有点像，是一个LC振荡器。
但后面那个555，就有点看不懂了。
还真没试过用电感加在555里，用的很少，主要是阻容。
大概是没怎么用过电感，所以我们期待 LZ给我们带来新的启迪——
要是能用555，那就更简便了，而且成本更低了。
一块LM311我买要2，3快，555最多5毛到一块，而且更容易操作，不用像LM311一样虚地.......

辛昕

耶，难得看见你，LZ你回来了？需要聊聊么？

tagetage

还有公式那部分。。

鑫海宝贝

啊是这样啊，明白了，哈哈哈那就一起顶顶楼主吧哈哈哈

鑫海宝贝

开始把我弄糊涂了楼主哈哈哈，现在清晰了哈哈哈，别介意啊

soso

呵呵 这个可能是我中间人的作用没有说明：
tagetage看到论坛里的活动，是期望参与进来的。
考虑到咱们的群组里大多数是初学者，也在摸索一些DIY活动的组织方法，tagetage说自己可以先做个，于是我们就商量好：由tagetage分享自己的制作过程，现场直播，即他每行动一部分，就在网上讲相关的信息发布出来，这样咱们可以围绕tagetage的制作进行原理分析与讨论，等到tagetage做完，咱们的分析与讨论也基本做完，围绕咱们最终的分析与讨论，咱们再开始动手制作。
不知道大家觉得这样好不好？

辛昕

都怪我，没说。
昨天已经跟 灰太郎同学打过招呼了。

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