第7章 波形发生电路

－+ +
R2

uo
R1 U+ Uom U T+ R R
1 2
3）当uo负饱和时(uo =-UOM) ：
R1 Uom U TU+ R1 R 2
返回
Exit
ui
设初始值: uo =+UOM , U+= UT+ 设ui , 当ui = > UT+,
R U+ R1
－+ +
R2

第 7章
波形发生电路
产生正弦波的条件
正弦波发生电路
RC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路设计 石英晶体振荡
波 形 发 生 电 路
电压比较器
非正弦波发生电路
矩形波发生器
三角波发生器 锯齿波发生器
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7.2 非正弦波发生电路

非正弦波发生电路是电子技术中应用十分广 泛的电路。本节的非正弦波发生电路包括方波、 矩形波、三角波、锯齿波等电路。 在频率不很高的情形下，目前，大多运用集 成运放电路组成非正弦波发生电路。本节主要讨 论由集成运放电路组成的非正弦波发生电路。 非正弦波发生电路的核心电路是集成运放组 成的电压比较器。下面首先讨论电压比较器的工 作原理。
c. 窗口比较器: 两个阈值电压 UT1≠ UT2.输入电压向单一方向 变化时,输出电压跃变两次. 图3
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Exit

电压比较器分析主要抓住三个要点： ① 确定电路输出电压uO高电平值UOH 和低电平值UOL。 ② 确定阈值电压值UT，输入电压uI等 于阈值电压值UT的时刻，也正是输出电压 uO发生跳变的时刻。 ③ 当输入电压uI变化经过阈值电压值 UT时，输出电压uO跳变的方向；即是由 UOH跳变到UOL，还是由UOL跳变到UOH。
虚断（运放输入端电流=0） 注意：此时不能用虚短！
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阈值：输出电压在高、低电平间发生跳变时对 应的输入电压值。一般是固定的，有的有一个阈值， 有的有两个阈值。
电压比较器的种类
a. 单限比较器: 一个阈值电压UT.
图1
b. 迟滞比较器: 两个阈值电压 UT1≠ UT2.输入电压向单一方向 变化时,输出电压跃变一次. 图2
3. 滞回比较器电路
特点:
1、正反馈加快了uO的转换 速度，输出电压波形很陡。
ui
R U+
－+ +
R2

uo
2、电路有两个阈值电压,抗干
扰能力强
R1
根据虚断
R1 U u0 R1 R2
令u+=u-，可得两个不同的阈值电 压。
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Exit
ui
2）当uo正饱和时(uo =+UOM) ：
R U+ R1
ui
要求U RH U RL
URL
输入信号 Ui<URL <URH Ui>URH >URL
URL <ui<UR1
+
RL
电压传输特性：
uO UOH ui 0 UR2wk.baidu.comUR1
uO1
UOL UOH UOL
uO2
UOH
UOL UOL
uO
UOH UOH 0
返回
UR1
R R R R
+
uO1 uO uO2
如果U R1 U R 2
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3. 滞回比较电路
单限电压比较器具有电路简单、灵敏度高等优点， 存在的主要问题是输出电压波形不够陡，抗干扰 能力差。 输出波形
ui 干扰 uO 不够陡 阈值电压
t
0 uO +UZ 0 -UZ 实际运放的开环增益不是， 所以状态的跃变必须经过线性 区，并需要经过一定的时间。 t
t 错误的输出
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输入电压在单一方向变化时，输出电压只 单方向跳变一次。在工业控制中，常需要 检测信号是否处在某一正常电压范围内， 若超出这一电压范围，就给出一个控制信 号，使控制系统产生相应的运行动作。窗 口比较器就具有检测信号是否处在某一正 常电压范围内的功能。
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URH
R R R R
+
uO1 uO uO2
或门电路
UT-
0
-Uom
UT+
ui
回差：
2 R1 UH U om R1 R2
返回
ui
例:设输入为正弦波, 画 出输出的波形。 UT+ UT-
t
ui
R U+
－+ +
R2

uo
uo
Uom -Uom
返回
Exit
R1
t
加上参考电压后的迟滞比较器 上、下门限电压：
R1 R2 U T UZ U REF R1 R2 R1 R2 R1 R2 U T UZ U REF R1 R2 R1 R2
R2 R1 U REF UZ 当UREF＞0、且满足 R1 R2 R1 R2 uo
则UT+＞UT-＞0，
传输特性
UTUT+
该电路的电压传输特性如右图 回差： 2 R1 UH UZ R1 R2
+UZ
0
-UZ
返回
ui
Exit
4. 窗口比较器
单限比较器和滞回比较器有一共同特点：
uo
uo从+UOM -UOM
这时, uo =-UOM , U+= UT设ui , 当ui = < UT-, uo从-UOM +UOM UT-
uo
+Uom
0
-Uom
UT+
ui
返回
Exit
传输特性
UT+上门限电压 UT-下门限电压
uo
+Uom
UT+- UT-称为回差
R1 Uom U T+ R1 R 2 R1 Uom U T- R1 R 2
ui

+ +
UREF
uo
uo
+Uom
uo = +Uom
当ui >UREF时 ：
uo = -Uom
-Uom
0
UREF
ui
返回
Exit
限幅电路——使输出电压稳定 用稳压管稳定输出电压
ui
+

+
uo
uo ui
+UOM 0
ui
+

+ UZ
uo uo
-UOM
+UZ -UZ 忽略了UD
返回
Exit
0
ui
(2) 非过零单限比较器
返回
2. 单限电压比较器 单限电压比较器：只有一个阈值的电压比较器。基 准电压不同，分过零比较器和一般单限电压比较器。 （1）过零比较器:（门限电平=0）
uo
ui
+

+
+UOM
uo
0 -UOM uo +UOM
ui
+

+
ui
uo
-UOM
0
ui
返回
Exit
ui
例题：利用电压比较器 将正弦波变为方波。 ui
右图电路为反相输入非 UREF 过零比较器，UREF为基准电 ui 压。根据叠加原理，集成运 放反相输入端的电位为
R1
R2 – + +

R
uo

R1 R2 u u1 U REF R1 R2 R1 R2
令u u 0，则阈值电压 R2 U T U REF R1
DZ
+
t

+
uo
uo
+Uo
m
t
-Uom
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Exit
UREF为参考电压 运放处于开环状态 当 ui > UREF时 ：
uo = +Uom ui UREF +

+ uo
uo
+Uom
当 ui < UREF时 ：
uo = -Uom
0
-Uom
UREF
ui
返回
Exit
运放处于开环状态 若ui从反相端输入 当ui < UREF时 ：
电压传输特性：
ui
UR2
输入信号 ui>UR2 >UR1 ui<UR1 <UR2 UR1 <ui<UR2
+
RL
uO UOH
uO1 UOH UOL UOH
uO2 UOL
uO UOH
0 UR1 UR2
ui
UOH UOH UOH UOH
由此可见，双限比较器 的两个基准电压位置不 能接错。一旦接错，将 不能进行电压比较。
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7.2.1电压比较器
1.概 述 功能： 将一个模拟电压信号与一参考电压相 比较，输出一定的高、低电平。
特性： 运放组成的电路处于非线性状态，输出 与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。
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运放工作在非线性状态的判定：电路开环或 引入正反馈。 运放工作在非线性状态的分析方 法： 若U+＞U若U+＜U则UO=+UOM； 则UO=-UOM。