锯齿波电路的介绍与锯齿波产生的过程
什么机器需要用到锯齿波?
近十几年来,无线电事业在阴极射线管的应用方面日益广泛,如示波器、雷达、电视机等。在这一类无线电机中都必须具备一种专门的电子管线路,通过它来控制电子注的运动,才能使荧光幕上显示出我们所需要的图象。例如电视接收机与普通收音机的差别,也就是电视接收机多这样一种专门用来显象的电子管线路(当然还有一些其他线路)。
但是这种线路是怎样工作的呢?它怎样才会使荧光屏上显示出所需要的图象呢?这种线路叫“扫描线路”。它能产生需要的扫描电压(电流),这种电压(电流)的变化是与时间成直线关系的。有了这种直线变化的电压(电流),才能使光点在萤光幕上均匀地移动,描绘出我们所要的图象。这种电压(电流)的波形与锯齿的形状相似,所以我们叫它做锯齿波电压(电流)。
RC回路是锯齿波的发源地
锯齿波的产生方法,都是利用电容器的充电与放电作用。如果我们熟悉了电容器的充放电性能,那就不难理解锯齿波的由来了。
1.有一电池、电阻、电容器和开关串联的回路,如图1所示。当开关闭合时,回路接通,电容器被充电,在电容器两端就获得一个电压。必须明确,虽然电容器从开始充电到充足的时间极短,但由于回路内电阻的限制,电容器两端的电压不可能从某一数值突变到另一数值。而是如图2形状逐渐上升的。图2中曲线初斜率是ER,RC是时间常数。
由此可见,当时间t为零时,充电电压也为零,以后则根据RC串联回路内电阻阻值的大小按指数曲线逐渐上升。直到电容器两端的充电电荷等于电源电压为止,也即达到充电的饱和值。图3表示RC数值不同的回路,用相同的电源电压充电时,电阻越大,上升越慢,曲线也越平坦;电阻越小,上升越快,曲线也就越弯曲。
2.如果把充电后的电容器经电阻放电,电容器两端放电时的电流方向与充电时恰好相反。如果把电压与时间的关系用座标纸绘出,得曲线如图4。
图4中电容器两端的电压初值等于电源电压,放电时根据串联电阻阻值大小,按指数曲线逐渐下降而至零值。
如果我们变更RC串联回路的电阻值,电阻越小,下降越快,曲线也越陡;电阻越大,下降越慢,曲线也越平坦。如图5。
3.如果我们先使电容器经过一高电阻充电,然后使这个电容器经过一低电阻迅速放电,如此连续作用,就可获得如图6所示的锯齿波。
理想的锯齿波也正是这样,起初要求电压与时间成正比的上升(直线型),上升到一定程度,突然急剧下降,恢复到原来的数值,然后再与时间成正比上升,再急剧下降。这样周而复始,成周期性的变化。
两种简单的锯齿波发生器
1.充气管弛张振荡器这种振荡器不需要激励信号,它由一牛可变电阻、电容器、充气管和所需电源组成,如图7。
开始时,电容器经过电阻被充电,它两端的电压按指数曲线由零逐渐趋向电源电压。充气管是和电容器并联的,所以电容器两端电压的变化,也就是充气管两端电压的变化。当电容器两端的电压没有达到充气管放电电压时,管内气体不起电离作用,阻抗几乎是无穷大,充气管就像一只断路开关;当电压上升到充气管放电电压时,管内气体电离,阻抗变得很低,充气管开始导电,只要有很低的电压,就能够继续维持管内气体的电离作用。因此,它就成了电容器放电的一条捷径,使电容器很快地放电。当放电电压降低到不足维持管内气体的电离状态时,充气管停止电离,又变成了一只断路开关,电流不能通过,也就是停止了电容器的继续放电。于是电容器又被电源电压充电。这样循环地充电放电,就得到了如图8的锯齿波电压的输出。
2.最简单的电子管线路这种线路需要外加一矩形波信号电压(图9)。因为电子管V的栅偏压很高,所以加接的矩形波电压必须增强到超过栅偏压,才能使电子管导电。反之,电子管内阻相当于无穷大不导电。这样,我们就可以把电子管的乙电回路看成普通的RC串联回路,在电子管不导电时,屏极电容器C2经过电阻R2被乙电充电,它两端的电压按指数曲线逐渐上升,趋向乙电电压值。当输入的矩形波电压达到使电子管导电的数值时,电子管内阻变得很低,成了电容器放电的一条捷径。当输入的矩形波电压不足使电子管继续导电时,屏流截止,C2就停止放电,于是C2又被乙电充电。这样循环地充放电,就获得了锯齿波输出电压。
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