第八章波形的发生和信号的转换
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波形的发生和信号的变换
LM339介绍
8.3 非正弦波振荡电路
矩形波
三角波
锯齿波
尖顶波
阶梯波
非正弦波主要是指三角波和矩形波
8.3.1 矩形波发生电路
电路是一个滞回比较器。
UT R1R 1R2UZ UTR1R 1R2UZ
给电路增加一个RC定时电路。
uC
电路分析：
设：初始时，uC＝0，uO＝UZ 。
1. R3对C充电。
uO
波形的发生和信号的变换
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8.1 正弦波振荡电路
一. 概 述
正弦振荡器：不需要任何输入信号，能产生稳定输出、 有一定幅度和频率正弦波的电路。
方法1.热敏电阻(负温度系数〕替换Rf 方法2. Au1Rf rd
热敏电阻(正温度系数〕替换R1
R1
频率可调振荡电路：
R2
K：双联波段开关，
切换R，用于粗调 振荡频率。
R1
R3
Rf
振荡频率：
f0
1
2 RC
R2
R1
K
K
R C
R3 C
_
uo
+
+
R1
C：双联可调电容，改变C， 用于细调振荡频率。
1
电子琴的振荡电路：
〔此时虚短成立！〕
电压传输特性
单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否到达 某一给定电平。 缺点：抗干扰能力差。
解决方法： 采用具有滞回传输特性的比 较器。
电子技术基础第八章 波形发生和信号转换
8.2.4 窗口比较器
图8.2.13
8.2.5 集成电压比较器 一、集成电压比较器的特点和分类
1、特点 响应速度快，传输延迟时间短，一般不需要外 加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等数 字电路；有些芯片带负载能力强，可直接驱动继电 器和指示灯。 2、分类 单、双和四电压比较器； 通用、高速、低功耗、低电压和高精度型电压 比较器； 普通输出、集电极（漏极）开路输出或互补输 出型。 此外，还有的集成电压比较器带有选通端。
例8.2.2 在图6.2.9电路 中， R1=50KΩ, R2=100KΩ, ±UZ=±9V， 已知uI波形，试画出 uO的波形。
图8.2.11
例8.2.3 设计一个电压比较器，使其具有如图8.2.12（a） 所示的电压传输特性。要求电阻在20～100KΩ 之间。
图8.2.12
解：
若R1取为25KΩ，则R2应取为50 KΩ ；或各取为 50 KΩ和100 KΩ 。
由于C<<C0，所以fp≈fs。
二、石英晶体正弦波振荡电路 1、并联型石英晶体正弦波振荡电路 电路如图8.1.29所示，石英晶体等效为电感，和 C1、C2组成电容反馈式正弦波振荡电路。振荡频率 为 f p。 2、串联型石英晶体正弦波振荡电路 电路如图8.1.30所示，石英晶体等效为电阻，振荡 频率为fs。
，即
，φF=0o。
二、桥式正弦波振荡电路 f=f0时， ，所以 图8.1.6 在图8.1.7中
采用非线性环节， 例如热敏电阻以稳定 输出电压。
图8.1.7
三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路
图8.1.9
8.1.3 LC正弦波振荡电路 一、 LC谐振回路的频率特性
图8.1.10
谐振频率
图8.2.13
8.2.5 集成电压比较器 一、集成电压比较器的特点和分类
1、特点 响应速度快，传输延迟时间短，一般不需要外 加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等数 字电路；有些芯片带负载能力强，可直接驱动继电 器和指示灯。 2、分类 单、双和四电压比较器； 通用、高速、低功耗、低电压和高精度型电压 比较器； 普通输出、集电极（漏极）开路输出或互补输 出型。 此外，还有的集成电压比较器带有选通端。
例8.2.2 在图6.2.9电路 中， R1=50KΩ, R2=100KΩ, ±UZ=±9V， 已知uI波形，试画出 uO的波形。
图8.2.11
例8.2.3 设计一个电压比较器，使其具有如图8.2.12（a） 所示的电压传输特性。要求电阻在20～100KΩ 之间。
图8.2.12
解：
若R1取为25KΩ，则R2应取为50 KΩ ；或各取为 50 KΩ和100 KΩ 。
由于C<<C0，所以fp≈fs。
二、石英晶体正弦波振荡电路 1、并联型石英晶体正弦波振荡电路 电路如图8.1.29所示，石英晶体等效为电感，和 C1、C2组成电容反馈式正弦波振荡电路。振荡频率 为 f p。 2、串联型石英晶体正弦波振荡电路 电路如图8.1.30所示，石英晶体等效为电阻，振荡 频率为fs。
，即
，φF=0o。
二、桥式正弦波振荡电路 f=f0时， ，所以 图8.1.6 在图8.1.7中
采用非线性环节， 例如热敏电阻以稳定 输出电压。
图8.1.7
三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路
图8.1.9
8.1.3 LC正弦波振荡电路 一、 LC谐振回路的频率特性
图8.1.10
谐振频率
电子科大模电 第8章-波形的发生和信号的转换
2. 电路组成
不符合相位条件 不符合幅值条件
1)是否可用共射放大电路？ 2)是否可用共集放大电路？ 3)是否可用共基放大电路？ 4)是否可用两级共射放大电路？
输入电阻小、输出 电阻大，影响f0
可引入电压串联负反馈，使 电压放大倍数大于3，且Ri大、 Ro小，对f0影响小
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
若C C1且C C2，则
U i
U f
f0
2π
1 LC
C
与放大电路参数无关
若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减 小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和C2上，影 响振荡频率。 特点：波形好，噪声特性也不错; 是分立元件LC振荡器 最为常用的电路(包括其改进型)。
回差电压： U UT1 UT2
（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
4、集成运放的非线性工作区
电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈
无源网络
理想运放工作在非线性区的特点： 1) 净输入电流为0 2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM
第八章 波形的发生和信号的转换
第八章 波形的发生和信号的转换
§8.1 正弦波振荡电路 §8.2 电压比较器 §8.3 非正弦波发生电路 §8.4 信号的转换
§8.1 正弦波振荡电路
一、正弦波振荡的条件和电路的组成 二、RC正弦波振荡电路 三、LC正弦波振荡电路 四、石英晶体正弦波振荡电路
一、正弦波振荡的条件和电路的组成
必要吗？
波形产生电路与变换电路
波。 如果|UOH|=|UOL|, 但τ充≠τ放, T1≠T2, 那么输出也为矩形波。
通常定义矩形波为高电平的时间T2与周期T之比为占空 比D, 即
D T2 T
第八章 波形产生电路与变换电路
R
RW
RW′
图
VD2
8–5
△
uC
－ ∞ Ro
＋
占
C
＋
uo
空 比
可
调
R3 VDz3
R2
VDz4
±Uz
电 路
D T2 RW' rd1 R T RW rd1 rd2 2R
第八章 波形产生电路与变换电路
8.1.3 锯齿波产生电路
R3
△ △
R2
－ ∞ Ro A1 ＋
uo1
＋
VDz3
C VD1
RW′
RW VD2
－∞
A2 ＋ ＋
uo
R′
VDz4
±Uz
R″
图 8 – 8 锯齿波产生电路
第八章 波形产生电路与变换电路
uo uo1
Uz
R2 R3
U
z
O
R2 R3
Uz
－Uz
T1
T2
第八章 波形产生电路与变换电路
8.1.2 三角波产生电路
R3
R2
C
△ △
－ ∞ Ro A1 ＋
uo1 R
－∞
＋ VDz1
A2 ＋ ＋
uo
R′
±Uz
VDz2
R″
图 8 – 6 三角波产生电路
第八章 波形产生电路与变换电路
1. 工作原理
uo1
＋Uz
O
t
－Uz
通常定义矩形波为高电平的时间T2与周期T之比为占空 比D, 即
D T2 T
第八章 波形产生电路与变换电路
R
RW
RW′
图
VD2
8–5
△
uC
－ ∞ Ro
＋
占
C
＋
uo
空 比
可
调
R3 VDz3
R2
VDz4
±Uz
电 路
D T2 RW' rd1 R T RW rd1 rd2 2R
第八章 波形产生电路与变换电路
8.1.3 锯齿波产生电路
R3
△ △
R2
－ ∞ Ro A1 ＋
uo1
＋
VDz3
C VD1
RW′
RW VD2
－∞
A2 ＋ ＋
uo
R′
VDz4
±Uz
R″
图 8 – 8 锯齿波产生电路
第八章 波形产生电路与变换电路
uo uo1
Uz
R2 R3
U
z
O
R2 R3
Uz
－Uz
T1
T2
第八章 波形产生电路与变换电路
8.1.2 三角波产生电路
R3
R2
C
△ △
－ ∞ Ro A1 ＋
uo1 R
－∞
＋ VDz1
A2 ＋ ＋
uo
R′
±Uz
VDz2
R″
图 8 – 6 三角波产生电路
第八章 波形产生电路与变换电路
1. 工作原理
uo1
＋Uz
O
t
－Uz
脉冲波形的产生和变换试题及答案
第八章脉冲波形的产生和变换一、填空题1.(10-1中)矩形脉冲的获取方法通常有两种：一种是________________；另一种是________________________。
2.（10-1易）占空比是_________与_______的比值。
3．（10-4中）555定时器的最后数码为555的是（a.T T L,b.C M O S）产品，为7555的是（a.T T L, b.C M O S）产品。
4．（10-3中）施密特触发器具有现象；单稳触发器只有个稳定状态。
5．（易，中）常见的脉冲产生电路有，常见的脉冲整形电路有、。
6．（中）为了实现高的频率稳定度，常采用振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入。
7.（10-3易）在数字系统中，单稳态触发器一般用于______、______、______等。
8.（10-3中）施密特触发器除了可作矩形脉冲整形电路外，还可以作为________、_________。
9.（10-2易）多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态，故又称为________。
10.（10-2中）由门电路组成的多谐振荡器有多种电路形式，但它们均具有如下共同特点: 首先，电路中含有________，如门电路、电压比较器、BJT 等。
这些器件主要用来产生________；其次，具有________, 将输出电压器恰当的反馈给开关器件使之改变输出状态；另外，还有，利用RC电路的充、放电特性可实现_______，以获得所需要的振荡频率。
在许多实用电路中，反馈网络兼有_____作用。
11.（10-3易）单稳态触发器的工作原理是：没有触发信号时，电路处于一种_______。
外加触发信号，电路由_____翻转到_____。
电容充电时，电路由______自动返回至______。
二、选择题1．（10-2中）下面是脉冲整形电路的是（）。
A.多谐振荡器B.J K触发器C.施密特触发器D.D触发器2．（10-2中）多谐振荡器可产生（）。
模拟电子技术基础第四版童诗白课后答案第八章
模拟电子技术基础第四版童诗白课后答案第八章Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】第8章波形的发生和信号的转换自测题一、改错：改正图所示各电路中的错误，使电路可能产生正弦波振荡。
要求不能改变放大电路的基本接法（共射、共基、共集）。
(a) (b)图解：(a)加集电极电阻R c及放大电路输入端的耦合电容。
(b)变压器副边与放大电路之间加耦合电容，改同名端。
二、试将图所示电路合理连线，组成RC桥式正弦波振荡电路。
图解：④、⑤与⑨相连，③与⑧相连，①与⑥相连，②与⑦相连。
如解图所示。
解图三、已知图(a)所示方框图各点的波形如图(b)所示，填写各电路的名称。
电路1为正弦波振荡电路，电路2为同相输入过零比较器，电路3为反相输入积分运算电路，电路4 为同相输入滞回比较器。
(a)(b)图四、试分别求出图所示各电路的电压传输特性。
(a) (b)图解：图(a)所示电路为同相输入的过零比较器；图(b)所示电路为同相输入的滞回比较器，两个阈值电压为±U T =±U Z。
两个电路的电压传输特性如解图所示。
解图五、电路如图所示。
图(1)分别说明A 1和A 2各构成哪种基本电路；(2)求出u O1与u O 的关系曲线u O1=f (u O )；(3)求出u O 与u O1的运算关系式u O =f (u O1)；(4)定性画出u O1与u O 的波形；(5)说明若要提高振荡频率，则可以改变哪些电路参数，如何改变解:(1)A 1：滞回比较器；A 2：积分运算电路。
(2)根据12111112121()02P O O O O N R R u u u u u u R R R R =⋅+⋅=+==++ 可得：8T U V ±=±u O1与u O 的关系曲线如解图 (a)所示。
(3) u O 与u O1的运算关系式(4) u O1与u O 的波形如解图(b)所示。
波形产生电路与变换电路
F
可分解为： A F 1
称为振幅平衡条件。 （n = 0 , 1, 2, …)
A F 2n
称为相位平衡条件。
第八章 波形产生电路与变换电路
说明：对相位平衡条件：
A F (o i ) (F o ) F i
FU 即有： Z U Z U Z [F 1]e
1 F 2R 2 T 2T1 2 ln 2RC ln(1 ) 1 F R3
第八章 波形产生电路与变换电路
1 F 2R 2 T 2T1 2 ln 2RC ln(1 ) 1 F R3 1 1 则： f T 2R 2 2RC ln(1 ) R3
即：反馈电压与原输入电压的相位差，也就是信号通过基本放 大器、反馈网络的总相移。所以相位平衡条件就是反馈电压和原输 入电压要同相位，即为正反馈。判断的方法就是瞬时极性法。只有 这两个条件同时满足时，电路才能维持自激振荡。振幅平衡条件可 以通过对电路参数的调节容易满足，所以相位平衡条件是电路能否 产生振荡的关键。 3、自激振荡的建立和起振条件： （1）自激振荡的建立：实际上，振荡器在开始起振时不需要信 号源，靠电路中电路接通时的电扰动，这种电扰动中存在着丰富的 成份，包含频率为fo 正弦信号。 （2）选频网络：为了使频率为fo 正弦信号放大—反馈—再放 大——输出，振荡器中还必须有一个选频网络。
图 8 - 12ICL8038管脚图(顶视图)
第八章 波形产生电路与变换电路
§8.3 正弦波产生电路
一、正弦波振荡器的基本原理
1、自激振荡的基本原理及框图：
如下图：输入信号通过基本放大器得 到输出信号，引入负反馈，调节电路参 数，使之反馈信号等于原输入信号，这 样反馈信号就能代替原输入信号，我们 把这样一个没有输入就有输出的闭环系 统称为自激振荡器。
8章 波形的发生和信号的转换图
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图8.1.27 石英晶体谐振器的 结构示意图及符号
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图8.1.28 石英晶体的等效电路 及其频率特性
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图8.1.29 并联型石英晶体振荡电路
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图8.1.30 串联型石英晶体振荡电路
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8.2 电压比较器
• • • • • • • • • • • • • • • • 图8.2.1 集成运放工作在非线性区的电路特点及其电压传输特性 图8.2.2 电压比较器电压传输特性举例 图8.2.3 过零比较器及其电压传输特性 图8.2.4 电压比较器输入级的保护电路 图8.2.5 电压比较器的输出限幅电路 图8.2.6 将稳压管接在反馈电路中 图8.2.7 一般单限比较器及其电压传输特性 图8.2.8 例8.2.1 波形图 图8.2.9 滞回比较器及其电压传输特性 图8.2.10 加了参考电压的滞回比较器 图8.2.11 例8.2.2 波形图 图8.2.12 例8.2.3 图 图8.2.13 双限比较器及其电压传输特性 图8.2.14 AD790及其基本接法 图8.2.15 LM119管脚图 返回 图8.2.16 由LM119构成的双限比较器及其电压传输特性
例8.4.1 电路图
返回
图8.4.9 数字式测量仪表
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图8.4.10 电荷平衡式电压－频率转换 电路的原理框图及波形分析
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图8.4.11 电荷平衡式电压－频率转换电路
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图8.4.12
例8.4.11 所示电路中滞回 比较器的电压传输特性
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图8.4.13 复位式电压－频率转换 电路的原理框图
图8.2.1 集成运放工作在非线性区的 电路特点及其电压传输特性
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图8.2.2 电压比较器电压传输特性举例
模拟电子技术
Z2
Z1
取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ， 令
1 f0 = 2πRC
F=
1 f0 f 3 + j( ) f0 f
1 ω0 = RC
则：
第八章 波形的发生和信号的转换
得 RC 串并联电路的幅 频特性为： 频特性为：
F
1/3
F=
1 f0 2 f 2 3 +( ) f0 f
第八章 波形的发生和信号的转换
由此知放大电路产生自激振荡的条件是： 由此知放大电路产生自激振荡的条件是：
即：
Uf = Ui U f = FU o = FAU i = U i
所以产生正弦波振荡的条件是： 所以产生正弦波振荡的条件是： AF = 1
AF = 1
——幅度平衡条件 幅度平衡条件
第八章 波形的发生和信号的转换
一、 电压比较器的传输特性
1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系 电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系
u = f (uI )
O
2.阈值电压： UT 阈值电压： 阈值电压 当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所 对应的输入电压。 对应的输入电压。 3.电压传输特性的三要素 电压传输特性的三要素 (1)输出电压的高电平 OH和低电平 OL的数值。 输出电压的高电平U 和低电平U 的数值。 输出电压的高电平 (2)阈值电压的数值 T。 阈值电压的数值U 。 阈值电压的数值 (3)当uI变化且经过 T时， uO跃变的方向。 当 变化且经过U 跃变的方向。
O uI
uO +UOM
过零比较器的传输特性为 过零比较器的传输特性为： 传输特性
-UOM
第八章 波形的发生和信号的转换
Z1
取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ， 令
1 f0 = 2πRC
F=
1 f0 f 3 + j( ) f0 f
1 ω0 = RC
则：
第八章 波形的发生和信号的转换
得 RC 串并联电路的幅 频特性为： 频特性为：
F
1/3
F=
1 f0 2 f 2 3 +( ) f0 f
第八章 波形的发生和信号的转换
由此知放大电路产生自激振荡的条件是： 由此知放大电路产生自激振荡的条件是：
即：
Uf = Ui U f = FU o = FAU i = U i
所以产生正弦波振荡的条件是： 所以产生正弦波振荡的条件是： AF = 1
AF = 1
——幅度平衡条件 幅度平衡条件
第八章 波形的发生和信号的转换
一、 电压比较器的传输特性
1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系 电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系
u = f (uI )
O
2.阈值电压： UT 阈值电压： 阈值电压 当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所 对应的输入电压。 对应的输入电压。 3.电压传输特性的三要素 电压传输特性的三要素 (1)输出电压的高电平 OH和低电平 OL的数值。 输出电压的高电平U 和低电平U 的数值。 输出电压的高电平 (2)阈值电压的数值 T。 阈值电压的数值U 。 阈值电压的数值 (3)当uI变化且经过 T时， uO跃变的方向。 当 变化且经过U 跃变的方向。
O uI
uO +UOM
过零比较器的传输特性为 过零比较器的传输特性为： 传输特性
-UOM
第八章 波形的发生和信号的转换
第8章 脉冲波形的产生与变换(5)
5 6 2 7
VC C 8 R
+ -
RD 4 A1 A2 T R Q S Q 3
管脚图
电 放 阈 电控 源 电 值 压制
VCC
8
R
R 1
+
v’O vI1
7
6
vIC
5
4
电源电压范围: 4.5V ~ 18V
555
1
2 3
GND vI2
Uo
RD
地 触 输 复 发 出 位
7
第八章 脉冲波形的产生与变换
二、 555定时器的应用 555定时器应用广泛，可以做
多谐振荡器: 简易电子琴电路 首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器:
u
VCC R1 R2
C
v’O 4 8 7 vI1 555 3 uo vI2 6
2 1 5 C
2VCC /3 VCC /3
0
t
uo
0
u
C
t
输出波形
12
第八章 脉冲波形的产生与变换
u
VCC
C
R1 R2
v’O 4 8 7 uo vI1 555 3 vI2 6
u
VCC
C
R1 R2
v’O 4 8 7 uo vI1 555 3 vI2 6
2 1 5 C
2VCC /3 VCC /3
0
t
u
o
u
C
如何改变方波的占空比？
0
t T1 T2
改变充放电回路的时间常数即可。 充电时间常数：（R1+R2）C 放电时间常数：R2C
14
第八章 脉冲波形的产生与变换
简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变 输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音 调。 VCC
波形的发生和信号的转换课后习题解答
（5）若 Rf 断路，则电路将产生什么现象？
解: 若 Rf 断路，则集成运放处于开环工作状态，差模增益很大，使输出严重失真，
几乎为方波。 8.11 分析图中所示电路是否满足正弦波振荡的相位条件。
解：因放大电路输入端无耦合电容与反馈网络隔离而是晶体管截止，所以不可能产 生正弦波振荡。
解：电路中放大电路为共基接法，组成三点电容式电路，所以可以产生正弦波振荡 电路。 8.14 试分别求解个电路的电压传输特性。
⑶当信号频率 f = fo 时，RC串并联网络呈B。
8.8 电路如图所示 （1）为使电路产生正弦波振荡，标出集成运放的“+”“—”;并说明电路时那种正 弦波电路。 解：极性如图所示。是 RC 桥式正弦波电路。
（2）若 R1 短路，则电路将产生什么现象？ 解：若 R1 短路则集成运放处于开环工作状态，差模增益很大，使输出严重失真，几
波形的发生和信号的转换课后习题解答
8.1 判断下列说法是否正确。
.
.
⑴在图所示方框中，只要 A 和 F 同号，就有可能产生正弦波震荡。
（T）
.
A
.
F
⑵ 因 为 Ｒ Ｃ 串 并 联 选 频 网 络 作 为 反 馈 网 络 时 ϕ f = 00 ， 单 管 共 集 放 大 电 路的
ϕA = 00 ，满足正弦波震荡的相位条件ϕA + ϕF = 2nπ （ｎ为整数），故合理连接他
乎为方波。
（3）若 R1 断路，则电路将产生什么现象？ 解：若 R1 断路，则集成运放构成电压跟随器，电压放大倍数为一不满足正弦波震荡
的幅值条件电路不震荡，输出为零。
（4）若 Rf 短路，则电路将产生什么现象？ 解：若 Rf 短路，则集成运放构成电压跟随器，电压放大倍数为一不满足正弦波震荡
解: 若 Rf 断路，则集成运放处于开环工作状态，差模增益很大，使输出严重失真，
几乎为方波。 8.11 分析图中所示电路是否满足正弦波振荡的相位条件。
解：因放大电路输入端无耦合电容与反馈网络隔离而是晶体管截止，所以不可能产 生正弦波振荡。
解：电路中放大电路为共基接法，组成三点电容式电路，所以可以产生正弦波振荡 电路。 8.14 试分别求解个电路的电压传输特性。
⑶当信号频率 f = fo 时，RC串并联网络呈B。
8.8 电路如图所示 （1）为使电路产生正弦波振荡，标出集成运放的“+”“—”;并说明电路时那种正 弦波电路。 解：极性如图所示。是 RC 桥式正弦波电路。
（2）若 R1 短路，则电路将产生什么现象？ 解：若 R1 短路则集成运放处于开环工作状态，差模增益很大，使输出严重失真，几
波形的发生和信号的转换课后习题解答
8.1 判断下列说法是否正确。
.
.
⑴在图所示方框中，只要 A 和 F 同号，就有可能产生正弦波震荡。
（T）
.
A
.
F
⑵ 因 为 Ｒ Ｃ 串 并 联 选 频 网 络 作 为 反 馈 网 络 时 ϕ f = 00 ， 单 管 共 集 放 大 电 路的
ϕA = 00 ，满足正弦波震荡的相位条件ϕA + ϕF = 2nπ （ｎ为整数），故合理连接他
乎为方波。
（3）若 R1 断路，则电路将产生什么现象？ 解：若 R1 断路，则集成运放构成电压跟随器，电压放大倍数为一不满足正弦波震荡
的幅值条件电路不震荡，输出为零。
（4）若 Rf 短路，则电路将产生什么现象？ 解：若 Rf 短路，则集成运放构成电压跟随器，电压放大倍数为一不满足正弦波震荡
波形的发生和信号的转换.
9.1K
－ D2 A R 10K
＋
o U
R2 R3 // rD | Au | 1 R1 使uo幅值趋于稳定。
1 2RC
1 2 10 10 0.015 10
3 6
p U
R
C
（2） f o
C 0.015μF
1061 Hz
1 uN uP uOM 3
电源接通瞬间，产生冲击干扰、电磁波干扰、人体干扰等； 非正弦量的起始信号含一系列频率不同的正弦分量，一个正 弦波振荡电路只在一个频率下满足相位平衡，故振荡电路必 F 环路 具有选频性，该振荡频率由相位平衡条件决定。即 A 中有选频特性网络。 或 F 选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成，存在于 A
AV FV 1 稳幅
4. RC移相式振荡电路
（1） 一级RC移相网络
V 1 o 1 Vi 1- j RC
1 arctg RC
（2） 二级RC移相网络
＝0，＝900； ，＝00
一级 RC网络可产 生 0~90° 的 相 移 ， 二 级 RC 网 络 可 产 生 0~180°的相移，三级 RC 网 络 可 产 生 0~270°的相移。依此 类推。
（3） 三级RC移相网络
RC移相式振荡电路
R1
RF _ C C C
+
+
uo
R R R
RC移相电路 应有F =180°
反相比例电路 A =180°
采用二极管稳幅方法 [例] 图示电路中，A为理想运放，其最大输出电压为±14V。（1） 图中D1 、D2作为稳幅元件，试分析其稳幅原理；（2）设电路已
在一个正弦波振荡电路中只有在一个频率（fo）下满足相位平衡条件。
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①
特点： 1. 无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平； 2. 可直接驱动集成数字电路； 3. 响应速度快； 4. 可具有选通端； 5. 电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。
讨论二
已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（a）所示， 试求解图（b）～（e）各电路的电压传输特性。
讨论三
讨论一
已知uO1和uO2的峰-峰值均为12V，二极管为理想二极管。 1. 求出稳压管的稳压值UZ和R4的阻值； 2. 定性画出uO1、uO2的波形图； 3. 求解δ的表达式。
D1 D2 C 0.02F R4 i R3 u O1 10k R1 R2
A1
A2
R5 500 DZ UZ
u O2
O
u
(a)
（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
4、集成运放的非线性工作区
电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈
集成运放工作在非线性区的特点
1) 净输入电流为0 2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM
二、单限比较器
1. 过零比较器
（1）UT＝0 （2）UOH＝＋ UOM， UOL＝－ UOM （3）uI > 0 时 uO ＝－UOM; uI < 0 时 uO ＝＋ UOM
集成运放的净输入 电压最大值为±UD
集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运 放的输入端，需加输入端限幅电路。
输出限幅电路
为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。
不可缺少！
UOH＝＋ UZ1＋ UD2 UOL＝－( UZ2 ＋ UD1)
UOH＝ UZ UOL＝－ UD
UOH＝ － UOL＝ UZ
三、滞回比较器
1. 阈值电压
U OL U Z U OH U Z
u N uI
R1 R1 U Z uP uO , 令u N uP，得 U T R1 R2 R1 R2
三、滞回比较器
2. 工作原理及电压传输特性
UT
R1 U Z U O U Z R1 R2
U OM
当uI<URH时，uO2= － uO1= UOM，D2导通， D1截止； uO= UZ 。
当URL<uI< URH时， uO1= uO2= －UOM，D1、 D2均截止； uO= 0。
五、集成比较器
某型号集成比较器的等效电路
⑧ ③
VCC
⑦ ③
③ ⑦ ②
①
⑦
② ④
VEE
①
②
R1 R2 uP1 uO1 uO R1 R2 R1 R2 令uP1 uN1 0，将uO1 U Z代入，求出
R1 U T U Z R2
三角波发生电路的振荡原理
电路状态翻转时，uP1=?
uO
1 uO1 (t2 t1 ) uO (t1 ) R3C
(b)
讨论二
现有频率为1kHz的正弦波ui，实现下列变换： 1kHz的正弦波ui ↓ 2kHz的正弦波 ↓ 2kHz的方波 ↓ 2kHz的三角波
uN R2 R1 U REF uI R1 R2 R1 R2
UT R2 U REF R1
令uN uP 0, 得
U O U Z
作用于反相输入端
（1）若要UT< 0，则应如何修改电路？ （2）若要改变曲线跃变方向，则应如 何修改电路？ （3）若要改变UOL、UOH呢？
输出限幅电路
uO＝± UZ （1）保护输入端 （2）加速集成运放状态的转换
电压比较器的分析方法：
（1）写出 uP、uN的表达式，令uP＝ uN，求解出的 uI即为UT； （2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平； （3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出 电压的跃变方向。
2. 一般单限比较器
4. 波形分析
脉冲宽度
根据三要素，即起始值 、终了值、时间常数， 求出
2 R1 T T 2 R3C ln(1 ) 占空比 k 50 % R2 T
5. 占空比可调电路
正向充电和反向充电时间常数可 调，占空比就可调。
为了占空比调节范围大，R3应如何取值？
三、三角波发生电路
1. 电路组成 用积分运算电路可将方波变为三角波。 实际电路将两个RC 环节合二为一 两个RC环节
2. 电压比较器的描述方法 :电压传输特性 uO＝f(uI) 电压传输特性的三个要素： （1）输出高电平UOH和输出低电平UOL （2）阈值电压UT （3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方 向
3. 几种常用的电压比较器
（1）单限比较器：只有一个阈值电压 （2）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压 单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压 U UT1 UT2
设uI＜－UT，则 uN＜ uP， uO＝+UZ。此时uP＝ +UT， 增大 uI，直至+UT，再增大， uO才从+UZ跃变为－ UZ。 设 uI＞+UT，则 uN＞ uP， uO＝－UZ。此时uP＝ －UT， 减小 uI，直至－UT，再减小， uO才从－UZ跃变为+UZ。
讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性
一、常见的非正弦波
二、矩形波发生电路
三、三角波发生电路 四、锯齿波发生电路 五、波形变换电路
一、常见的非正弦波
矩形波 三角波 锯齿波
尖顶波
阶梯波
矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。
二、矩形波发生电路
输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时 定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。 1. 基本组成部分 （1）开关电路：输出只有高电平和低电平两种 情况，称为两种状态；因而采用电压比较器。 （2）反馈网络：自控，在输出为某一状态时孕 育翻转成另一状态的条件。应引入反馈。 （3）延迟环节：使得两个状态均维持一定的时 间，决定振荡频率。利用RC电路实现。
3. 工作原理：分析
第一暂态：uO＝UZ， uP＝+UT。
电容正向充电，t↑→ uN↑，t→∞ ， uN → UZ；但当uN ＝+UT时，再增 大， uO从+ UZ跃变为-UZ， uP＝－ UT，电路进入第二暂态。 电容反向充电，t↑→ uN↓，t→∞ ， uN →- UZ；但当uN ＝－ UT时，再减小， uO从- UZ跃变为+UZ， uP＝+UT，电路返回 第一暂态。
≈T
3. R3短路时的波形？
五、波形变换电路
1. 利用基本电路实现波形变换
正弦波变方波、变矩形波，方波变三角波， 三角波变方波，固定频率的三角波变正弦波
2. 三角波变锯齿波：二倍频
利用 电子 开关 改变 比例 系数
如何得到？
3. 三角波变正弦波
三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有3次、5 范围是什么？ 次……谐波。 若输入信号的频率变化不大，则可用滤波法实现。 若输入信号的频率变化较大，则可用折线法实现。
3. 波形分析
为什么为三角波？怎样获得锯齿波？
如何调整三角波的幅值和频率？ “理性地调试”：哪 些参数与幅值有关？哪 4 R R C 1 T 1 3 UT U Z (U T ) T 些参数与频率有关？先 R3C 2 R2 调哪个参数？
四、锯齿波发生电路
1. R3应大些？小些？ 2. RW的滑动端在最上 端和最下端时的波形？
已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它 们各为哪种电压比较器；输入电压为5sinωt (V)，画出各 电路输出电压的波形。
反相输入 滞回比较器
同相输入 单限比较器
窗口 比较器
你能分别组成具有图 示电压传输特性的电压 比较器电路吗？
讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。
uI
A
UREF
uO
§8.2 非正弦波发生电路
UZ
uO要取代uC，必须改变输入端。
为什么采用同相输 入的滞回比较器？
集成运放应用电路的分析方法： 化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算
2. 工作原理
1 uO uO1 (t2 t1 ) uO (t1 ) R3C
滞回比较器
积分运算电路
求滞回比较器的电压传输特性：三要素 UOH 、 UOL ， UT， uI过UT时曲线的跃变方向。
2. 电路组成
UZ UZ
滞回比较器 RC 回路
R1 UT U Z R1 R2
正向充电： uO（+UZ）→R→C→地 反向充电： 地→C→ R → uO（－UZ）
3. 工作原理：分析方法
方法一： 设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻 转为另一暂态，并能再回到原暂态。 方法二： 电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无 稳态。 设合闸通电时电容上电压为0， uO上升，则产生正反馈过程： uO↑→ uN↑→ uO↑↑ ，直至 uO＝ UZ， uP＝+UT，第一暂态。
1. 若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？ 2. 若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改 跃变方向，则应如何修 改电路？
四、窗口比较器
U OM
uI U RH uI U RL
U OM U OM
当uI>URH时，uO1= － uO2= UOM，D1导通， D2截止； uO= UZ。
第八章 波形的发生和信号的 转换
§8.1 电压比较器
一、概述 二、单限比较器 三、滞回比较器 四、窗口比较器 五、集成电压比较器
一、概述
1. 电压比较器的功能：比较电压的大小。