童诗白版模电课件8

1、第八章第八章波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换 8.1正弦波振荡电路正弦波振荡电路 8.2电压比较器电压比较器 8.3非正弦波发生电路非正弦波发生电路 8.4利用集成运放实现的信号转换电路利用集成运放实现的信号转换电路 8.5锁相环锁相环及其在电路中的运用及其在电路中的运用 本章重点：本章重点： 1.掌握掌握RC正弦波振荡正弦波振荡 工作原理。工作原理。 2.掌握电压比较器的传输特性。掌握电压比较器的传输特性。 3.掌握非正弦波发生电路的原理。掌握非正弦波发生电路的原理。 本章教学时数：本章教学时数：6学时学时 本章讨论的问题：本章讨论的问题： 1.在模拟电子电路中需要哪些波形的信号

2、作为测试信号和在模拟电子电路中需要哪些波形的信号作为测试信号和 控制信号？控制信号？ 2.正弦波振荡电路所产生的自激振荡和负反馈放大电路中正弦波振荡电路所产生的自激振荡和负反馈放大电路中 所产生的自激振荡有什么区别？所产生的自激振荡有什么区别？ 3.为什么正弦波振荡电路中必须有选频网络？选频网络由为什么正弦波振荡电路中必须有选频网络？选频网络由 哪些元件组成？哪些元件组成？ 4.为什么说矩形波发生电路是产生非正弦波信号的基础？为什么说矩形波发生电路是产生非正弦波信号的基础？ 为什么非正弦波发生电路中几乎都有电压比较器？为什么非正弦波发生电路中几乎都有电压比较器？ 本章讨论的问题：本章讨论的问题

3、： 5.电压比较器与放大电路有什么区别？集成运放在电电压比较器与放大电路有什么区别？集成运放在电 压比较器和运算放大电路中的工作状态一样吗？压比较器和运算放大电路中的工作状态一样吗？ 6.如何组成矩形波、三角波和锯齿波发生发生电路？如何组成矩形波、三角波和锯齿波发生发生电路？ 7.为什么需要将输入信号进行转换？有哪些基本转换？为什么需要将输入信号进行转换？有哪些基本转换？ 8.1正弦波振荡电路正弦波振荡电路 8.1.1概述概述 i U 放大电路放大电路 A io UAU 反馈网络反馈网络 F tUU sin2 ii Of UFU 如果反馈电压如果反馈电压 uf 与与原输入信号原输入信号 ui

4、完全相等，则即使完全相等，则即使 无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号 自激振荡自激振荡。(电路要引入正反馈电路要引入正反馈) 图图 8.18.1.2.2正弦波振荡电路的方框图正弦波振荡电路的方框图 一、产生正弦波振荡的条件一、产生正弦波振荡的条件 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： if UU 即：即： iiof UUAFUFU 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： 1 FA 1 FA 幅度平衡条件幅度平衡条件 2arg FA nFA 相位平衡条件相位平衡条件 , 2 , 1 ,

5、 0 n 电路起电路起振的条件：振的条件： 1FA 二、正弦波振荡电路的组成及分类二、正弦波振荡电路的组成及分类 组成组成： 放大电路：放大电路：集成运放集成运放 选频网络：选频网络：确定电路的振荡频率确定电路的振荡频率 反馈网络：反馈网络：引入正反馈引入正反馈 稳幅环节：稳幅环节：非线性环节，使输出信号幅值稳定非线性环节，使输出信号幅值稳定 分类：分类： RC正弦波振荡电路，频率较低，在正弦波振荡电路，频率较低，在1MHz以下。以下。 LC正弦波振荡电路，频率较高，在正弦波振荡电路，频率较高，在1MHz以上。以上。 石英晶体振荡电路，频率较高，振荡频率非常稳定。石英晶体振荡电路，频率较高，振

6、荡频率非常稳定。 三、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤三、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤 1. 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分； 2. 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正 常工作；常工作； 3. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件 判断相位平衡条件的方法是：判断相位平衡条件的方法是： 瞬时极性法瞬时极性法。 5.估算振荡频率和起振条件估算振荡频率和起振条件 4.判断是否满足振幅平衡条件。判断是否满足振幅平衡条件。 8.1.2RC 正弦波振荡电

7、路正弦波振荡电路 RCRC串并联网络振荡电路也称串并联网络振荡电路也称RCRC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路 或称文氏振荡电路或称文氏振荡电路( (Wien)Wien) 电路组成：电路组成： 放大电路放大电路 集成运放集成运放 A ； 选频与正选频与正反馈网络反馈网络 R、C 串并联电路；串并联电路； 稳幅稳幅环节环节 RF 与与 R 组成的负反馈电路。组成的负反馈电路。 一、一、RC 串并联选频网络串并联选频网络 Z1 图图 8.1.4 Z2 2 f222 2 12 1 122 12 12 2121 1j 1 j1j 1 1 (1)j() R UR C F R U R CR C RC

8、RC RCR C 取取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，令令 RC 1 0 则：则： )j(3 1 0 0 F 得得 RC 串并联电路的幅串并联电路的幅 频特性为：频特性为： 20 0 2 )(3 1 F 3 arctg 0 0 F 相频特性为：相频特性为： 时，时，当当 RC 1 0 3 1 F 最大，最大， F = 0。 0 0 F 0 F 0 1/3 +90 - -90 图图 8.1.5 二、振荡频率与起振条件二、振荡频率与起振条件 1. 振荡频率振荡频率 RC f 2 1 0 2. 起振条件起振条件 1 FA f = f0 时，时， 3 1 F 由由振荡条件知：振

9、荡条件知： 所以起振条件为：所以起振条件为： 3 A 同相比例运放的电压放大倍数为同相比例运放的电压放大倍数为 即要求：即要求： R R Au F f 1 RR 2 F 三、振荡电路中的负反馈三、振荡电路中的负反馈(稳幅环节稳幅环节) 引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性， 改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。 反馈系数反馈系数 改变改变 RF，可改变反馈深度。可改变反馈深度。 增加负反馈深度，并且满足增加负反馈深度，并且满足 3 A 则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正则电路可以起振，并

10、产生比较稳定而失真较小的正 弦波信号。弦波信号。 图图 8.1.7 RR R F F 反馈电阻反馈电阻 RF采用负温度系数采用负温度系数的热敏电阻，的热敏电阻， R 采用正温度系数采用正温度系数的热敏电阻，均可实现的热敏电阻，均可实现自动稳幅。自动稳幅。 稳幅的稳幅的其它措施其它措施 电流增大时，二极管动态电电流增大时，二极管动态电 阻减小。电流减小时，动态阻减小。电流减小时，动态 电阻增大，加大非线性环节，电阻增大，加大非线性环节， 从而使输出电压稳定。从而使输出电压稳定。 在在RF回路中串联二个并联的二极管回路中串联二个并联的二极管 R rR A dF u 1 四、振荡频率可调的四、振荡频

11、率可调的RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路 用双层波段开关接不同电容，用双层波段开关接不同电容， 作为振荡频率作为振荡频率f0的的粗调粗调； 用同轴电位器实现用同轴电位器实现f0的的微调微调。 RC串、并联网络中，串、并联网络中， 如何调节频率？如何调节频率？ RC f 2 1 0 *其他形式的其他形式的 RC 振荡电路振荡电路 一、移相式振荡电路一、移相式振荡电路 集成运放产生的相位移集成运放产生的相位移 A = 180，如果反馈网络再相移如果反馈网络再相移 180，即可满足产生正弦波振，即可满足产生正弦波振 荡的相位平衡条件。荡的相位平衡条件。 振荡频率为：振荡频率为： RC f 3

12、2 1 0 0 f f 0 270 180 90 当当 f = f0 时，相移时，相移 180， 满足正弦波振荡的相位条件。满足正弦波振荡的相位条件。 起振起振条件：条件：RF 12 R *二、双二、双 T 选频网络振荡电路选频网络振荡电路 振荡频率约为：振荡频率约为： RC f 5 1 0 当当 f = f0 时，双时，双 T 网络的相移为网络的相移为 F = 180；反相反相比比 例运放的相移例运放的相移 A = 180，因此满足产生正弦波振荡的相因此满足产生正弦波振荡的相 位平衡条件。位平衡条件。 如果放大电路的放大倍数足够大，同时满足振幅平如果放大电路的放大倍数足够大，同时满足振幅平

13、衡条件，即可产生正弦波振荡。衡条件，即可产生正弦波振荡。 起振条件起振条件 1 2 3 FA R R ， *三种三种 RC 振荡电路的比较振荡电路的比较 名称名称 RC 串并联网络振荡电路串并联网络振荡电路移相式移相式振荡电路振荡电路双双 T 网络选频振荡电路网络选频振荡电路 电路电路 形式形式 振荡振荡 频率频率 起振起振 条件条件 电路特电路特 点及应点及应 用场合用场合 可方便地连续调节振荡可方便地连续调节振荡 频率，便于加负反馈稳幅电频率，便于加负反馈稳幅电 路，容易得到良好的振荡波路，容易得到良好的振荡波 形。形。 电路简单，经济电路简单，经济 方便，适用于波形要方便，适用于波形要

14、求不高的轻便测试设求不高的轻便测试设 备中。备中。 选选频频特性好，适用于特性好，适用于 产生单一频率的振荡波形。产生单一频率的振荡波形。 RC f 2 1 0 3 A RC f 32 1 0 RC f 5 1 0 1 2 3 FA R R ，RR12 F 8.1.3LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 一、一、LC 谐振回路的频率特性谐振回路的频率特性 当频率变化时，并联电路阻抗当频率变化时，并联电路阻抗 的大小和性质都发生变化。的大小和性质都发生变化。 并联电路的导纳：并联电路的导纳： 当当 电路发生电路发生并联谐振并联谐振。 2222 )( j )( j 1 j LR L C LR R L

15、R CY 0 )( 2 0 2 0 0 LR L C 图图 8.1.10 并联谐振角频率并联谐振角频率 LC L R 1 1)( 1 2 0 0 令：令： R L Q 0 谐振回路的品质因数谐振回路的品质因数 当当 Q 1 时时 LC 1 0 LC f 2 1 0 谐振频率：谐振频率： ) 1 1(j1 ) 1 j( j) 1 j( j 1 j )j( 1 j 2 LCR L CR L C LR L C LR C LR C Z 回路回路等效阻抗等效阻抗： RC L Y Z 0 0 1 LC 并联回路的阻抗：并联回路的阻抗：发生并联谐振时，发生并联谐振时， LC 1 0 在在谐振频率附近，谐振频

16、率附近， )1(j1 2 2 0 0 Q Z Z 可见，可见，Q 值值不同，回路的阻抗不同。不同，回路的阻抗不同。 Z 0 不同不同 Q 值时，值时，LC 并联并联 电路的幅频特性：电路的幅频特性： Z01 Z02 Q1 Q2 Q 1Q 2 相频相频特性：特性： 0 F +90 - -90 Q 1 Q 2 Q1 Q2 感性感性纯阻纯阻容性容性 结论：结论： 1. 当当 f = f0 时，电路为纯电阻时，电路为纯电阻 性，等效阻抗最大；当性，等效阻抗最大；当 f f0 时，电路为时，电路为 容性。所以容性。所以 LC 并联电路具有选频并联电路具有选频 特性。特性。 2. 电路的品质因数电路的品质

17、因数 Q 愈大，愈大， 选频特性愈好。选频特性愈好。 图图 8.1.11 谐振时谐振时 LC 回路中的电流回路中的电流 U LR L UCI 2 0 2 0 0C )( 电容支路的电流：电容支路的电流： 并联回路的输入电流：并联回路的输入电流：U LR R I 2 0 2 )( 所以：所以：IQI C 当当 Q 1 时，时， II C II LLC II 结论结论：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大 小近似相等，而谐振回路的输入电流极小。小近似相等，而谐振回路的输入电流极小。 若以若以LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载并联网络作为共射放大电

18、路的集电极负载 be u r Z A 当当f = f0时，电压放大倍时，电压放大倍 数的数值最大，且无附数的数值最大，且无附 加相移。因而电路称为加相移。因而电路称为 选频放大电路选频放大电路 若若增加增加正反馈正反馈，并用反馈，并用反馈 电压取代输入电压，则电电压取代输入电压，则电 路就成为正弦波振荡电路路就成为正弦波振荡电路 LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 变压器反馈式变压器反馈式 电感反馈式电感反馈式 电容反馈式电容反馈式 二、变压器反馈式振荡电路二、变压器反馈式振荡电路 1.工作原理工作原理 用瞬时极性判断为用瞬时极性判断为正反正反 馈馈，所以满足自激振荡的相，所以满足自激振荡的相

19、 位平衡条件。位平衡条件。 - - 2.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件 LC f 2 1 0 振荡频率振荡频率 起振起振条件条件 M CRr be 图图 8.1.14变压器反馈式变压器反馈式 振荡电路振荡电路 三、电感反馈式振荡电路三、电感反馈式振荡电路 1.电路组成电路组成 用瞬时极性判断用瞬时极性判断 为为正反馈正反馈，所以满足，所以满足 自激振荡的相位平衡自激振荡的相位平衡 条件。条件。 - - - - - - 2.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件 CMLLLC f )2(2 1 2 1 21 0 振荡频率振荡频率 起振起振条件条件 R r ML ML be 2 1 图图 8.

20、1.17 四、电容反馈式振荡电路四、电容反馈式振荡电路 1.电路组成电路组成 用瞬时极性判断用瞬时极性判断 为为正反馈正反馈，所以满足，所以满足 自激振荡的相位平衡自激振荡的相位平衡 条件。条件。 2.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件 21 21 0 2 1 2 1 CC CC L LC f 振荡频率振荡频率 起振起振条件条件 R r C C be 1 2 图图 8.1.20 - - - - - - - - 电容反馈式改进型振荡电路电容反馈式改进型振荡电路 21 0 111 1 2 1 CCC L f 振荡频率振荡频率 选择选择 C C1， C C2， 则：则： LC f 2 1 0 减小

21、了三极管极间电容对振荡频率的影响，减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于适用于 产生高频振荡。产生高频振荡。 图图 8.1.22 若要求电容反馈式振荡电路的振荡频率高达若要求电容反馈式振荡电路的振荡频率高达 100MHz，怎么办？怎么办？ 采用共基放大电路采用共基放大电路 如何分析？如何分析？ 名称名称变压器反馈式变压器反馈式电感反馈式电感反馈式电容反馈式电容反馈式电容反馈式改进型电容反馈式改进型 电电 路路 形形 式式 振荡频率振荡频率 起振起振条件条件同左同左 频率调节方频率调节方 法及范围法及范围 频率可调，范围频率可调，范围 较宽。较宽。 同左同左 频率可调，范频率可调，范 围较

22、小。围较小。 同左同左 振荡波形振荡波形一般一般较差较差好好好好 频率稳定度频率稳定度可可达达 10-4同左同左可可达达 10-4 10-5可达可达 10-5 适用频率适用频率 几千赫几千赫 几十兆几十兆 赫赫 同左同左 几兆赫几兆赫 一百一百 兆赫兆赫 同左同左 各种各种 LC 振荡电路的比较振荡电路的比较 LC f 2 1 0 CMLL f )2(2 1 21 0 21 21 0 2 1 CC CC L f 21 0 111 1 2 1 CCC L f M CRr be R r ML ML e b 2 1 R r C C e b 1 2 8.1.4石英晶体振荡器石英晶体振荡器 石英晶体谐振

23、器，简称石英晶体，具有非常石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有非常 稳定的固有频率。稳定的固有频率。 一、一、石英晶体的特点石英晶体的特点 压电效应压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产 生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的 方向上会产生一定的电场。方向上会产生一定的电场。 压电谐振压电谐振：晶片上外加交变电压的频率为某一特定：晶片上外加交变电压的频率为某一特定 频率时，振幅突然增加。频率时，振幅突然增加。 1.压电效应和压电振荡压电效应和压电振荡 2.等效电路和振荡频率等效电路和振荡频率 符号

24、：符号： 串联谐振频率串联谐振频率 LC f 2 1 s 并联谐振频率并联谐振频率 0 s 0 0 p 1 2 1 C C f CC CC L f 电抗频率特性电抗频率特性 O f X fsfp 容性容性容性容性 感性感性 图图 8.1.27 图图 8.1.28 二、石英晶体正弦波振荡电路二、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并联型石英晶体正弦波振荡电路 交流等效电路交流等效电路 振荡频率振荡频率 CCC CCC L f 0 0 0 )( 2 1 21 21 CC CC C 由于由于 CCC 0 s0 2 1 f LC f 图图 8.1.29 2.串联型石英晶体振荡电路串

25、联型石英晶体振荡电路 图图 8.1.30串联型石英晶串联型石英晶 体振荡电路体振荡电路 当振荡频率等于当振荡频率等于 fS 时时， 晶体阻抗最小，且为纯电晶体阻抗最小，且为纯电 阻，此时正反馈最强，相阻，此时正反馈最强，相 移为零，电路满足自激振移为零，电路满足自激振 荡条件。荡条件。 振荡频率振荡频率 s0 ff 调节调节 R 可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。 8.2电压比较器电压比较器 1.电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考 电 压 进 行 比 较 ， 输 出 只 有 两 种 可 能 的 状 态 ：

26、高电 压 进 行 比 较 ， 输 出 只 有 两 种 可 能 的 状 态 ： 高 电平或低电平。电平或低电平。 2.比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于 开环状态或引入正反馈。开环状态或引入正反馈。 3.分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。 8.2.1概述概述 4.比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在 测量、控制、测量、控制、D/A和和A/D转换电路中应用广泛。转换电路中应用广泛。 一、一、 电压比较器的传输特性电压比较器的传输特性 1.电压比较器的输

27、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 )( O I ufu 2.阈阈值值电压电压： UT 当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所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)输出电压的高电平输出电压的高电平UOH和低电平和低电平UOL的数值。的数值。 (2)阈值电压的数值阈值电压的数值UT。 。 (3)当当uI变化且经过变化且经过UT时，时， uO跃变的方向。跃变的方向。 二、理想运放的非线性工作区二、理想运放的非线性工作区 +UOM uO uP uN N

28、O UOM 集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性 在在电压比较器中，集成运放不是工作在开环电压比较器中，集成运放不是工作在开环 状态，就是工作在正反馈。状态，就是工作在正反馈。 8.2.2单限比较器单限比较器 一、过零比较器一、过零比较器 由于理想运放的开环差模由于理想运放的开环差模 增益为无穷大，所以增益为无穷大，所以 当当 uI 0 时，时，uO = - - UOM ； 过零比较器的过零比较器的传输特性传输特性为：为： uI uO +UOM - -UOM O UOM 为集成运放的最大输出电压。为集成运放的最大输出电压。 阈值阈值电压电压： 当比较器的输出电压由一种状态跳变为当比较器

29、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。另一种状态所对应的输入电压。 图图8.2.3 利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器 设任何一个稳压管被反向设任何一个稳压管被反向 击穿时，两个稳压管两端总的击穿时，两个稳压管两端总的 的稳定电压为的稳定电压为 UZ UOM uI uO +UOM - -UOM O +UZ - -UZ 当当 uI 0 时，右边的稳压管时，右边的稳压管 被反向击穿，被反向击穿，uO = - - UZ ； 图图 8.2.6 利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器(二二) 电路图电路图 传输特性传输特性 uI uO +UOpp - -

30、UOpp O +UZ - -UZ 问题：如将输入信号加在问题：如将输入信号加在“+”端，传输特性如何？端，传输特性如何？ 问题：问题：过零比较器如图所示，过零比较器如图所示， 输入为正负对称的正弦波时，输入为正负对称的正弦波时， 输出波形是怎样的？输出波形是怎样的？ vI O T 2 3 4 t t vO VOH O VOL 传输特性传输特性 uI uO +UOpp - -UOpp O +UZ - -UZ 将将正弦波变为矩形波正弦波变为矩形波 二、单限比较器二、单限比较器 单单限限比较器有一个门限比较器有一个门限 电平，当输入电压等于此门电平，当输入电压等于此门 限电平时，输出端的状态立限电平

31、时，输出端的状态立 即发生跳变。即发生跳变。 REF 2 1 T U R R uU I 当输入电压当输入电压 uI 变化，使反相变化，使反相 输入端的电位为零时，输出端的输入端的电位为零时，输出端的 状态将发生跳变，门限电平为：状态将发生跳变，门限电平为： uI uO +UOM - -UOM O +UZ - -UZ REF 1 2 U R R 过过零零比较器是门限电平为零比较器是门限电平为零 的单限比较器。的单限比较器。 图图 8.2.7 R1 R2 存在干扰时单限比较器的存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形波形 单限比较器的单限比较器的作用作用：检测输入的模拟信号是否达到：检测输入的模拟

32、信号是否达到 某一给定电平。某一给定电平。 缺点缺点：抗干扰能力差。：抗干扰能力差。 解决办法解决办法： 采用具有采用具有滞回滞回 传输特性的比较器。传输特性的比较器。 复习：复习： 1.RC正弦波串、并联振荡电路正弦波串、并联振荡电路 电路图电路图 振荡频率振荡频率 RC f 2 1 0 起振起振条件条件1 FA 3 A RR 2 F 如何稳幅如何稳幅 如何调频如何调频 2.电压比较器电压比较器 过零比较器过零比较器 uI uO +UOpp - -UOpp O +UZ - -UZ 单限单限比较器比较器 R1 R2 uI uO +UOM - -UOM O +UZ - -UZ REF 1 2 U

33、 R R 电压比较器分析方法小结电压比较器分析方法小结 （1）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平UOH 和输出低电平和输出低电平UOL 。 （2）写出）写出up和和uN的电位表达式，令的电位表达式，令up=uN ，解得输解得输 入电压就是阈值电压入电压就是阈值电压UT。 （3） u0在在uI 过过UT时的跃变方向决定于作用于集时的跃变方向决定于作用于集 成运放的哪个输入端。成运放的哪个输入端。当当uI从反向输入端输入时，从反向输入端输入时， uIUT ,u0=U0L 。反之，结论相反。反之，结论相反。 例例8.2.1在图在图8.2.6所示电路中，所示电路

34、中，UZ=6V ，在图在图8.2.7中中 所示电路中，所示电路中， R1= R2 =5k ，基准电压基准电压UREF=2V ，稳压稳压 管的稳定电压管的稳定电压UZ=5V ；它们的输入电压均为图它们的输入电压均为图8.2.8（a） 所示的三角波。试画出图所示的三角波。试画出图8.2.6所示电路的输出电压所示电路的输出电压u01和和 图图8.2.7所示电路的输出电压所示电路的输出电压u02 解解 图图8.2.6为过零比较器为过零比较器 图图8.2.7为一般单限比较器。为一般单限比较器。 VU R R U2 REF 2 1 T 图图8.2.8例例8.2.1波形图波形图 R1 R2 8.2.3滞回比

35、较器滞回比较器 一、从一、从反相反相输入端输入的滞回比较器电路输入端输入的滞回比较器电路 计算阈值电压计算阈值电压UT Z 21 1 T U RR R U 电压传输特性电压传输特性 uo从从+ +UZ跃变到跃变到- -UZ的的 阈值电压为阈值电压为+UT uo从从- -UZ跃变到跃变到+ +UZ的的 阈值电压为阈值电压为-UT uI在在-UT与与+UT之间增加或减小之间增加或减小, uO不发生变化不发生变化 UREF 为参考电压；为参考电压； ； uI 为输入电压；输出电为输入电压；输出电 压压 uO 为为 +UZ 或或 - -UZ。 当当 uP = uN N 时，输出电压时，输出电压 的状态

36、发生跳变。的状态发生跳变。 Z F2 2 REF F2 F u RR R U RR R uP 比较器有两个不同的门限电平，比较器有两个不同的门限电平， 故传输特性呈滞回形状。故传输特性呈滞回形状。 +UZ uI uO - -UZ O UT- - UT+ + 图图 8.2.10滞回比较器滞回比较器 二、加了参考电压的二、加了参考电压的滞回比较器滞回比较器 若若 uO= UZ ，当当 uI 逐渐减小逐渐减小 时，使时，使 uO 由由 UZ 跳跳变为变为 UZ 所所 需的需的门限电平门限电平 UT Z F2 2 REF F2 F T U RR R U RR R U 回差回差( (门限宽度门限宽度)

37、) UT ： Z F2 2 TTT 2 U RR R UUU 若若 uO = UZ ，当当 uI 逐逐 渐增大渐增大时，使时，使 uO 由由 + +UZ 跳跳 变为变为 - -UZ 所需的所需的门限电平门限电平 UT+ Z F2 2 REF F2 F T U RR R U RR R U +UZ uI uO - -UZ O UT- - UT+ + 例例8.2.2已知输入波形和电压传输特性，分析输出电压的波形。已知输入波形和电压传输特性，分析输出电压的波形。 图图8.2.11例例8.2.2波形图波形图 UZ 9V V3 U RR R U Z 21 1 T 图图8.2.9滞回比较器电路滞回比较器电路

38、 uO /V t 0 +9 -9 8.2.4 窗口比较器窗口比较器 参考电压参考电压 UREF1 UREF2 若若 uI 低于低于 UREF2 ，运运放放 A1 输出低电平，输出低电平，A2 输出高电平，二输出高电平，二 极管极管 VD1 截止，截止，VD2导通，输出导通，输出 电压电压 uO 为高电平；为高电平； 若若 uI 高于高于 UREF1 ，运运放放 A1 输出高电平，输出高电平，A2 输出低电输出低电 平，二极管平，二极管 VD2 截止，截止，VD1 导通，输出电压导通，输出电压 uO 为高电平；为高电平； 图图 8.2.13双限比较器双限比较器( (a) ) 前面的比较器在输入电

39、压单一方向变化时，输出电压只跃前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃 变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。 当当 u I 高于 高于 U REF2 而低于 而低于 UREF1 时时 ，运，运放放 A1、 A2 均输出均输出 低电平，二极管低电平，二极管 VD1 、VD2 均均 截止，输出电压截止，输出电压 uO 为低电平；为低电平； 上门限电平上门限电平 UTH = UREF1 ； 下门限电平下门限电平 UTL = UREF2 。 uI uO O UTHUTL 综上所述，双限比较器在输入信号综上所述，双限比较器在输入信号

40、 uI UREF1 时，输出为高电平；而当时，输出为高电平；而当 UREF2 uI UREF1 时，输时，输 出为低电平。出为低电平。 图图 8.2.13( (b) ) 8.2.5集成电压比较器集成电压比较器 一、集成电压比较器的主要特点和分类：一、集成电压比较器的主要特点和分类： 1. 具有较高的开环差模增益；具有较高的开环差模增益； 2. 具有较快的响应速度；具有较快的响应速度； 3. 具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高； 4. 具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。 分类：分类：单、双和四电

41、压比较单、双和四电压比较 通用型、高速型、低电压型和高精度型通用型、高速型、低电压型和高精度型 普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型 二、集成电压比较器的基本接法二、集成电压比较器的基本接法 1.通用型集成电压比较器通用型集成电压比较器AD790 引脚图引脚图 +12V单单 电源供电源供 电，逻电，逻 辑电源辑电源 为为5V。 5V双双电电 源供电，源供电， 逻辑电源逻辑电源 为为5V。 1 15V双双 电源供电，电源供电， 逻辑电源逻辑电源 为为5V。 2.集电极开路集成电压比较器集电极开路集成电压比较器LM119 金属封装的管脚图金属封装的管

42、脚图 反相反相输入输入2 同相输入同相输入2 电路为双限比较器，电路为双限比较器， 能实现线与功能能实现线与功能 图图8.2.16由由LM119构成的双限比较器及构成的双限比较器及 其电压传输特性其电压传输特性 8.3非正弦波发生电路非正弦波发生电路 非正弦波非正弦波：矩形波、三角波、尖顶波和阶梯波等矩形波、三角波、尖顶波和阶梯波等 图图8.3.1几种常见的非正弦波几种常见的非正弦波 8.3.1矩形波发生电路矩形波发生电路 一、电路组成一、电路组成 RC 充放电充放电 回路回路 滞滞回回 比较器比较器 图图 8.3.2 滞回比较器：集成运放、滞回比较器：集成运放、R1、R2； 充充放电回路：放

43、电回路：R、C；（延迟环节、反馈网络）延迟环节、反馈网络） 钳位钳位电路：电路：VDZ、R3。（稳幅环节）稳幅环节） 动画动画avi14-1.avi 二、工作原理二、工作原理 设设 t = 0 时，时，uC = = 0，uO = + UZ 则则 Z 21 1 U RR R u t O uC Z 21 1 U RR R Z 21 1 U RR R O uO Z U Z U t u+ u 当当 u = uC = u+ 时，时， t1t2 Z 21 1 U RR R u 则则 当当 u = uC = u+ 时，输出又时，输出又 一次跳变，一次跳变， uO = + UZ 输出跳变，输出跳变， uO =

44、 UZ 图图 8.3.4 2 T 2 T 三、振荡周期三、振荡周期 电容的充放电规律：电容的充放电规律： )(e)()0()( C t CCC uuutu 对于放电，对于放电， Z 21 1 ) 0(U RR R uC Z )(Uu C RC 解解得：得： ) 2 1ln(2 2 1 R R RCT 结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电 阻，即可改变振荡周期。阻，即可改变振荡周期。 t1t2 2 T 2 T t O uC Z 21 1 U RR R Z 21 1 U RR R O uO Z U Z U t t3 图图 8.3.4 振荡频率

45、振荡频率f=1/T Z 21 1 ) 2 (U RR RT uC 四、占空比可调的矩形波发生电路四、占空比可调的矩形波发生电路 图图 8.3.5a 使电容的充、放电时间常数不使电容的充、放电时间常数不 同且可调，即可使矩形波发生器的同且可调，即可使矩形波发生器的 占空比可调。占空比可调。 t O uC uO t O T1T2 T 充电时间充电时间 T1 放电时间放电时间 T2 ) 2 1ln()(2 2 1 W1 R R CRRT ) 2 1ln()(2 2 1 W2 R R CRRT 占空占空比比 D W W1 2RR RR T T D 图图 8.3.5b 8.5.2三角波发生电路三角波发生

46、电路 一、电路组成一、电路组成 图图8.3.6采用波形变换的方法得到三角波采用波形变换的方法得到三角波 uO1为方波为方波 电路分析电路分析 uO2为为三角波三角波 )()( )(d 1 OO01 I OOIO tutt RC U tutu RC u 二、工作原理二、工作原理 当当 u+ = u = 0 时，滞回比较时，滞回比较 器的输出发生跳变。器的输出发生跳变。 图图 8.3.8 o 21 2 1o 21 1 u RR R u RR R u 实用电路实用电路 Z 2 1 T U R R U阈值电压 左边是同相输入滞回比较器左边是同相输入滞回比较器 右边为反向积分运算电路右边为反向积分运算电路 图图 8.3.7 R3R4 传输特性传输特性 +UT -UT +UZ -UZ uO uI 二、工作原理二、工作原理 O uO1 Z U Z U t O uO om U om U t 当当 u+ = u = 0 时，滞回比较时，滞回比较 器的输出发生跳变。器的输出发生跳变。 图图 8.3.9 o 21 2 1o 21 1 u RR R u RR R u Z 2 1 T U R R U阈值电压 图图 8.3.7 R3R4 设设t=0时，时， uO1 = +UZ u0= 0 )()( )(d 1 OO01 3 I OOI 3 O tut