第8章 波形的发生和信号的转换(江苏师范)

1、第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第8章章 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第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路知识要点：知识要点：1、掌握正弦波振荡的平衡条件；、掌握正弦波振荡的平衡条件；2、掌握正弦波振荡电路的组成、各部分作用及其分类；、掌握正弦波振荡电路的组成、各部

2、分作用及其分类；3、掌握文氏桥振荡电路（、掌握文氏桥振荡电路（RC正弦波振荡电路）的电路构正弦波振荡电路）的电路构成及其特点。成及其特点。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。号。 电路的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；电路的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦。输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦。应用：应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声

3、波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。概述：概述：第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.1.1 正弦波振荡电路工作原理正弦波振荡电路工作原理 从电路结构组成上讲，正弦波振荡电路属于从电路结构组成上讲，正弦波振荡电路属于正反馈正反馈放大电路放大电路。电路要进行正常的工作，必须产生。电路要进行正常的工作，必须产生“自激振自激振荡荡”，电路才可以输出一定频率与一定幅值的正弦波信，电路才可以输出一定频率与一定幅值的正弦波信号。号。 “自激振荡自激振荡”现象的特征：现象的特征： 当放大电路输入信号为当

4、放大电路输入信号为0时，电路输出端仍有时，电路输出端仍有一定频一定频率和一定幅值率和一定幅值的信号输出。的信号输出。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础正弦波振荡电路方框图：正弦波振荡电路方框图：正反馈放大电路结构框图正反馈放大电路结构框图fiiXXX fiXX 第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础 OX fX iX电扰动信号电扰动信号经电路放大经电路放大第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础uouf起振过程起振过程 动态平衡动态平衡-稳定振

5、荡稳定振荡uf 与与 uo 波形波形第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础以及自激振荡发生时，输入信号为以及自激振荡发生时，输入信号为0的条件，可知：的条件，可知：而当自激振荡达到最终的动态平衡状态时：而当自激振荡达到最终的动态平衡状态时：次输出量次输出量原输出量原输出量此为正弦波振荡电路中自激振荡动态平衡条件此为正弦波振荡电路中自激振荡动态平衡条件可分为可分为幅值平衡条件幅值平衡条件和和相位平衡条件相位平衡条件两部分：两部分：由正反馈结构放大电路所对应的：由正反馈结构放大电路所对应的：fiiXXX OfiXFXX ,OOiOOOXFAXFAX

6、AXXX1 FA8.1.2 正弦波振荡电路正弦波振荡电路“自激振荡自激振荡”建立与维持动态平衡的条建立与维持动态平衡的条件件 1 FA FA即即：第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础幅值平衡条件：幅值平衡条件：相位平衡条件：相位平衡条件：起振的幅值条件起振的幅值条件：1 FA nAFFA2 1 FA第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础 ？第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.1.3正弦波振荡电路的组成、各部分作用正弦波振荡电路的组成、各部

7、分作用至少应具备四部分：至少应具备四部分：放大电路，选频网络，正反馈网络，稳幅环节。放大电路，选频网络，正反馈网络，稳幅环节。 1、放大电路放大电路：作用是完成起振过程，实现内部振荡信号幅值：作用是完成起振过程，实现内部振荡信号幅值由小到大的增长过程。由小到大的增长过程。 2、选频网络选频网络：由它来决定电路中振荡信号频率，确保电路：由它来决定电路中振荡信号频率，确保电路产生单一频率的正弦波信号的输出。产生单一频率的正弦波信号的输出。选频特性体现为：仅对选频特性体现为：仅对由电路参数所确定的频率的信由电路参数所确定的频率的信号号实现幅值由小到大的振荡过程，而对其他频率的信号，实现幅值由小到大的

8、振荡过程，而对其他频率的信号，电路会令它们逐渐的衰减，直至消失。电路会令它们逐渐的衰减，直至消失。 第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础3、正反馈网络正反馈网络：满足自激振荡的相位条件。：满足自激振荡的相位条件。4、稳幅环节稳幅环节：非线性电路，是为了促使振荡信号幅值尽快：非线性电路，是为了促使振荡信号幅值尽快稳定，达到最终的动态平衡状态。稳定，达到最终的动态平衡状态。 一般分立电路中不需要单独的配置稳幅环节，而对集一般分立电路中不需要单独的配置稳幅环节，而对集成电路而言，则需要再配置一定的非线性电路。成电路而言，则需要再配置一定的非线性电路

9、。 注意：注意：通常正弦波振荡电路中的通常正弦波振荡电路中的选频网络选频网络与与正反馈网络正反馈网络是合二为一的是合二为一的 。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.1.4判断一电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤判断一电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤1、观察电路构成是否包含、观察电路构成是否包含放大电路，选频网络，正放大电路，选频网络，正反馈网络，稳幅环节；反馈网络，稳幅环节；2、判断其放大电路能否正常工作，即其、判断其放大电路能否正常工作，即其Q点设置是否合点设置是否合适、动态信号能否被顺利的输入、放大、输出。适、动态信号能否被

10、顺利的输入、放大、输出。3、利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件：、利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件：4、判断电路是否满足正弦波振荡起振的幅值条件。、判断电路是否满足正弦波振荡起振的幅值条件。fofiiUUU/第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.1.5 正弦波振荡电路的分类正弦波振荡电路的分类分类依据：根据分类依据：根据选频网络选频网络中所用器件中所用器件的不同来划分：的不同来划分： 1、RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路： 振荡频率振荡频率fo较低，一般小于较低，一般小于1MHZ； 2、LC正弦波振荡电路正

11、弦波振荡电路： fo较高，一般大于较高，一般大于1MHZ ；3、石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路： fo较高，大于较高，大于1MHZ，且非，且非常稳定。常稳定。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.1.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 （桥式、移相式和双（桥式、移相式和双T型）型） 文氏桥振荡电路文氏桥振荡电路是是RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路（低频正弦波振（低频正弦波振荡电路）中的典型电路结构，又称为荡电路）中的典型电路结构，又称为RC桥式正弦波振荡桥式正弦波振荡电路。电路。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和

12、信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础1、结构特点：、结构特点： （1）由单一的集成运放构成；）由单一的集成运放构成；（2）R1与与Rf构成负反馈网络，作用是确保集成运放工作在线构成负反馈网络，作用是确保集成运放工作在线性放大区，使电路具有放大电路；性放大区，使电路具有放大电路；（3）R与与C相串、并联的电路相串、并联的电路构成正反馈网络，它与电路的构成正反馈网络，它与电路的选频网络是合二为一的；选频网络是合二为一的；（4）此结构暂没考虑配置稳幅电路。）此结构暂没考虑配置稳幅电路。ffpfOURRURRU)1 ()1 (11第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技

13、术基础模拟电子技术基础（5）因正反馈网络与负反馈网络两部分电路构成）因正反馈网络与负反馈网络两部分电路构成一电桥，故命名为一电桥，故命名为文氏桥振荡电路。文氏桥振荡电路。 第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础CRCRCRUUFOf j1/j1j1/ OUfU)(31)j(3100ooffffjRC1o 31 OfUU2、R与与C串、并联网络选频特性串、并联网络选频特性 RCf21o 第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础相频特性相频特性90 90 （F）fo0幅频幅频特性特性 Fffo13第第

14、8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础3、负反馈网络中、负反馈网络中R1，Rf阻值的选配阻值的选配 11231RRRRAUUUUAfffOPOu起振的幅值条件起振的幅值条件：1 FA+Uf_达达到到动动态态平平衡衡时时：，即即时时，当当,31310 OfUUFff1 FA第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础在电路中再加入在电路中再加入非线性环节非线性环节稳幅环节，稳幅环节，常用的措施有两种：常用的措施有两种： 措施一：措施一：将负反馈网络中的将负反馈网络中的R1或或Rf 用热敏电阻来取代。用热敏电

15、阻来取代。热敏电阻的特性：热敏电阻的特性：随温度的变化，其本身阻值随之发生变化随温度的变化，其本身阻值随之发生变化 ，当温度升高时，阻值变大，称为具有当温度升高时，阻值变大，称为具有正温度系数正温度系数的热敏电阻，的热敏电阻，而反之称为具有而反之称为具有负温度系数负温度系数的热敏电阻。的热敏电阻。 4、稳幅环节（额外配置）、稳幅环节（额外配置）11RRAfu负温度系数负温度系数热敏电阻热敏电阻正温度系数正温度系数热敏电阻热敏电阻第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础热敏电阻热敏电阻即即热敏电阻的作用热敏电阻的作用oU oI 功功耗耗 fR 温度

16、温度 fR 阻阻值值 fR3uA1FAu稳幅稳幅uA311RRAfu1 FA稳幅原理稳幅原理起振时：第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础措施二：措施二：在在Rf支路上串接两个并联反接的二极管支路上串接两个并联反接的二极管11RRAfu 二极管在动态信号的作用下可等效成为一个动态电阻二极管在动态信号的作用下可等效成为一个动态电阻rd，而而rd阻值会随着流经电流的增大而变小，从而达到了稳定阻值会随着流经电流的增大而变小，从而达到了稳定幅值的目的。幅值的目的。 11RrRAdfu第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基

17、础模拟电子技术基础振荡建立振荡建立： 当电路一接上直流电源，由于电冲击或噪声或干扰等信号当电路一接上直流电源，由于电冲击或噪声或干扰等信号的存在，它们都含有丰富的谐波，总有与振荡频率的存在，它们都含有丰富的谐波，总有与振荡频率f f0 0相同的谐相同的谐波，这个信号虽然很微弱，但经过放大电路和反馈网络的作用，波，这个信号虽然很微弱，但经过放大电路和反馈网络的作用，使输出信号的幅值越来越大，正弦波振荡由小到大地建立起来。使输出信号的幅值越来越大，正弦波振荡由小到大地建立起来。稳定稳定： 输入谐波经过放大输入谐波经过放大 反馈反馈 再放大的循环，使输出幅再放大的循环，使输出幅度不断增加，但由于幅度

18、增大到一定程度时，运算放大器工作度不断增加，但由于幅度增大到一定程度时，运算放大器工作在非线性区，或三极管工作在非放大区，所以输出幅度趋于稳在非线性区，或三极管工作在非放大区，所以输出幅度趋于稳定。定。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础5、振荡频率、振荡频率fo的可调措施的可调措施RCf21o 双层波段开关双层波段开关同轴电位器同轴电位器第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础电子琴的振荡电路：电子琴的振荡电路：2121RRCfo_+RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R

19、24R23R22R21第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例1 1：判断电路是否满足振荡的相位条件：判断电路是否满足振荡的相位条件+输入端输入端输出端输出端正反馈正反馈第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例2 2：判断电路是否满足振荡的相位条件：判断电路是否满足振荡的相位条件+输入端输入端输出端输出端第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+RCRC网络正反馈，

20、网络正反馈，R RF F、R RE E1 1组成负反馈，参数合适则可产生振荡。组成负反馈，参数合适则可产生振荡。例例3 3：判断电路是否满足振荡的相位条件。：判断电路是否满足振荡的相位条件。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.1.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路LC选频网络：选频网络：并联并联损耗等效损耗等效电阻电阻理想状态理想状态第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础LCf210一、一、LC并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性CLRuiLici谐振时谐振时LC并联谐振电路并联

21、谐振电路相当一个电阻相当一个电阻jwLRjwcjwLRjwcZ1)(1RLwQ0第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础二、选频放大电路：二、选频放大电路：beurZA LC正弦波振荡电路构建思路：正弦波振荡电路构建思路：在在选频放大电路选频放大电路的基础上再引入的基础上再引入正反馈正反馈，若能以反馈电，若能以反馈电压取代输入电压，则就构成了压取代输入电压，则就构成了LC正弦波振荡电路。正弦波振荡电路。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式变压器反馈式、电感反馈

22、式、电容反馈式三、三、LC正弦波振荡电路分类：正弦波振荡电路分类： 所用放大电路视振荡频率而定，可为所用放大电路视振荡频率而定，可为共共射极放大电路射极放大电路，也可以为，也可以为共基极放大电路共基极放大电路。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础互感线圈的同名端判别互感线圈的同名端判别1234磁棒磁棒初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈同名端同名端1234+CLRuiLici反馈信号反馈信号通过互感通过互感线圈引出线圈引出第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础变压器线圈同名端和异名端的相位关系变压

23、器线圈同名端和异名端的相位关系若变压器原副边线圈通过两端相连，另外两端若若变压器原副边线圈通过两端相连，另外两端若为同名端则同相位，若为异名端则反相位。为同名端则同相位，若为异名端则反相位。若若b b和和d d相连，相连，a a和和c c为异为异名端则名端则a a和和c c反相位。反相位。若若b b和和d d相连，相连，a a和和c c为同为同名端则名端则a a和和c c同相位。同相位。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础电感线圈各点的相位关系电感线圈各点的相位关系 若电感线圈的一端点接地（若电感线圈的一端点接地（a或或c），中间点），中间点

24、(b)和另一端点和另一端点(c或或a)同相位；若中间点同相位；若中间点(b)接地，则两接地，则两端点（端点（a和和c）反相位。）反相位。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路uf+放大电路放大电路选频电路选频电路正反馈网络正反馈网络第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础变压器反馈式振荡电路特性总结：变压器反馈式振荡电路特性总结： 易于产生振荡，波形较好，应用范围易于产生振荡，波形较好，应用范围广泛，但由于其输出电压和反馈电压靠磁广泛，但由于其输出电压和

25、反馈电压靠磁路耦合，耦合不紧密，损耗较大，并且振路耦合，耦合不紧密，损耗较大，并且振荡频率稳定性不高。荡频率稳定性不高。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础五、电感反馈式振荡电路（电感三点式振荡电路）五、电感反馈式振荡电路（电感三点式振荡电路）放大电路放大电路选频电路选频电路正反馈网络正反馈网络uf反馈电压取自反馈电压取自L2第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础电感反馈式振荡电路特性总结：电感反馈式振荡电路特性总结： 两两N1、N2线圈耦合紧密，振幅大，振荡线圈耦合紧密，振幅大，振荡频率高，

26、且具有较宽的调节范围，但其输出频率高，且具有较宽的调节范围，但其输出电压波形中常含有高次谐波，因此常用在对电压波形中常含有高次谐波，因此常用在对波形要求不高的设备之中。波形要求不高的设备之中。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础例：电路如图所示，例：电路如图所示，C Cb b为旁路电容，为旁路电容，C C1 1为耦合电容，对交流信为耦合电容，对交流信号均视为短路。为使电路可能产生正弦波振荡，试说明变压器号均视为短路。为使电路可能产生正弦波振荡，试说明变压器原边线圈和副边线圈的同名端。原边线圈和副边线圈的同名端。解：解：变压器原边线圈的下端变压

27、器原边线圈的下端和副边线圈的上端为同和副边线圈的上端为同名端；或者说原边线圈名端；或者说原边线圈的上端和副边线圈的下的上端和副边线圈的下端为同名端。端为同名端。输入端输入端输出端输出端反馈端反馈端+第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础六、六、 电容反馈式电容反馈式LCLC振荡电路振荡电路1、电容网络各点的相位关系、电容网络各点的相位关系 若一端点接地（若一端点接地（a或或c），中间点），中间点(b)和另一和另一端点端点(c或或a)同相位；若中间点同相位；若中间点(b)接地，则两端接地，则两端点（点（a和和c）反相位。）反相位。2、电路组成及工

28、作原理、电路组成及工作原理第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础放大电路放大电路正反馈网络正反馈网络反馈电压取自反馈电压取自C2选频电路选频电路六、电容反馈式振荡电路（电容三点式振荡电路）六、电容反馈式振荡电路（电容三点式振荡电路）uf第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础电容反馈式振荡电路特性总结：电容反馈式振荡电路特性总结：输出电压波形好，但实现对其振荡频率的调输出电压波形好，但实现对其振荡频率的调节较难，所以常用于固定振荡频率的场合。节较难，所以常用于固定振荡频率的场合。 第第8章章 波形

29、的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础七、石英晶体正弦波振荡电路七、石英晶体正弦波振荡电路石英晶体谐振器简称石英晶体，具有非常稳定的振荡频率。石英晶体谐振器简称石英晶体，具有非常稳定的振荡频率。1、石英晶体谐振器的结构示意图及符号、石英晶体谐振器的结构示意图及符号SiO2结晶体结晶体压电效应：压电效应：交变电场交变电场机械振动机械振动交变电场交变电场机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电场频率当交变电场频率 = 固有频率时，振幅最大固有频率时，振幅最大 压电振荡压电振荡2、 基本特性基本特性第第8章章 波形

30、的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础3、 石英晶体的等效电路石英晶体的等效电路等效电路等效电路静态电容静态电容机械振动惯性等效机械振动惯性等效晶片弹性等效晶片弹性等效晶片的摩擦损耗等效晶片的摩擦损耗等效第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础LCf 21s （1）R、L、C支路发生串支路发生串联谐振联谐振 石英晶体等效阻抗近似为纯石英晶体等效阻抗近似为纯阻性阻性4、 石英晶体的频率特性石英晶体的频率特性等效电路等效电路体又呈纯阻性：产生并联谐振，石英晶与支路呈感性、时，当时，石英晶体呈容性；当0,CCLRfff

31、fss第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础0p121CCLCf （2）并联谐振（）并联谐振（R、L、C支路与支路与C0）通常通常0CC 0s1CCf所以所以很很接接近近与与 psff第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础（1） 并联型石英晶体振荡电路并联型石英晶体振荡电路5、石英晶体正弦波振荡电路、石英晶体正弦波振荡电路ufpff 0第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础2、 串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路共基放大电路共基放大电路

32、共集放大电路共集放大电路ufsff 0第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.2电压比较器电压比较器知识要点：知识要点：1、掌握电压比较器的分类及其各类型的基本特征；、掌握电压比较器的分类及其各类型的基本特征；2、掌握电压比较器电压传输特性图的分析求解及其一般应用。、掌握电压比较器电压传输特性图的分析求解及其一般应用。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.2.1 概述：概述：1、电压比较器电压比较器简称简称比较器比较器，是一种用于比较输入的模拟，是一种用于比较输入的模拟信号与参考电压大小的

33、电子电路。信号与参考电压大小的电子电路。2、延伸功能：、延伸功能：实现波形的整形、模数转换（实现波形的整形、模数转换（A/D）、越限报警等等。）、越限报警等等。3、基本特性是：、基本特性是：输入为模拟信号输入为模拟信号，输出数字信号：输出数字信号：输出输出端只有两种可能结果：高电压或低电压（在数字电路中被端只有两种可能结果：高电压或低电压（在数字电路中被分别称之为高电平分别称之为高电平“1”、低电平、低电平“0”数字信号）。数字信号）。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础4、电压比较器、电压比较器主要主要为集成运放的为集成运放的非线性应用电路

34、非线性应用电路，即在此电路中，集成运放即在此电路中，集成运放大多数大多数工作在非线性区工作在非线性区（令集成运放处于开环状态或引入正反馈）。（令集成运放处于开环状态或引入正反馈）。 5、集成运放视为理想化。、集成运放视为理想化。6、对电压比较器进行特性分析的理论基础是：理、对电压比较器进行特性分析的理论基础是：理想集成运放在非线性区对应的特性。想集成运放在非线性区对应的特性。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础7、理想运放在非线性区的特点：、理想运放在非线性区的特点： （2）虚断：）虚断： 0 NPiiOMOUu NPuu OMOUu NPu

35、u （1）+UOM-UOM当集成运放的当集成运放的时，集成运放输出端的状态将发生时，集成运放输出端的状态将发生“跳变跳变”或或“跃变跃变”。NPuu 第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8、电压比较器的电压传输特性：、电压比较器的电压传输特性：定义：电压比较器的输出电压与输入电压之间对应的函数定义：电压比较器的输出电压与输入电压之间对应的函数关系。对应的坐标图形称为：电压传输特性曲线图。关系。对应的坐标图形称为：电压传输特性曲线图。9、分类、分类（根据所对应的电压传输特性图特征的不同）根据所对应的电压传输特性图特征的不同）：单限比较器、滞回比

36、较器、双限比较器（窗口比较器）。单限比较器、滞回比较器、双限比较器（窗口比较器）。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础10、转折电压：、转折电压：当电路输出状态发生跳变时，所对应的输入电压取值，当电路输出状态发生跳变时，所对应的输入电压取值，被称为：被称为：“阈值电压阈值电压”或或“门坎电压门坎电压”或或“转折电压转折电压”，记为记为“UT”。电压比较器输出端状态：高电平用电压比较器输出端状态：高电平用“UOH”表示；低电表示；低电平用平用“UOL”表示。表示。（电压比较器电路的输出端不一定就是电路中集成运放（电压比较器电路的输出端不一定就是

37、电路中集成运放的输出端）。的输出端）。11、绘制电压传输特性图的、绘制电压传输特性图的三要素：三要素：（1）输出电压高、低电平对应取值；）输出电压高、低电平对应取值；（2）转折电压取值；）转折电压取值；（3）输出电压高、低电平跳变方向。）输出电压高、低电平跳变方向。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.2.2 单限比较器单限比较器一、基本特征：一、基本特征：只有一个只有一个UT（只在（只在Ui=UT时，电路的时，电路的UO状态跳变）。状态跳变）。二、分类二、分类（根据（根据UT=0？）：？）：过零比较器过零比较器、一般单限比较器一般单限比较

38、器第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础三、过零比较器三、过零比较器1、特征：当、特征：当Ui=UT=0时，电路的时，电路的UO状态跳变。状态跳变。2、结构举例与电压传输特性分析：、结构举例与电压传输特性分析：第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础（1）明确）明确UT取值：取值：由结构知：由结构知：uN=ui；uP=0;当当uN=uP时所对应的时所对应的ui取值即为取值即为UT ，UT=0。特性分析：特性分析：（2）当）当ui0uN0 uNuP，uo=UOL =-UOM 。思考：思考：将将ui引

39、至同相引至同相输入端，所对应电输入端，所对应电压传输特性图？压传输特性图？uNuP第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础3、输入端限压保护：、输入端限压保护：避免避免uiUIdmax4、输出端限幅稳压处理：、输出端限幅稳压处理：第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础四、一般单限比较器四、一般单限比较器1、特征：、特征：UT0（UT由参考电压由参考电压UREF和电路中的电阻共同确定。）和电路中的电阻共同确定。）

40、第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础INuRRRu2111 uN1uN2REFNURRRu2122 REFINNNURRRuRRRuuu21221121 2、电压传输特性分析：、电压传输特性分析：（1）求）求UT第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础（2）分析电压传输特性：）分析电压传输特性：当当uiUTuNUT uNuP, uo=-UOM， uo=UOL=-UZ。当当ui=UT uN=uP,uo由由UOH跳变为跳变为UOL;（3）画电压传输特性图）画电压传输特性图假设假设UREF0：令令uN

41、=uP=0，则求取的，则求取的ui即为即为UT：REFTURRU12 第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础3、单限比较器的应用：、单限比较器的应用：（1）能够检测）能够检测ui是否达到某一给定电压值，例如可是否达到某一给定电压值，例如可实现越限报警；实现越限报警；（2）具有波形转换功能：例可将三角波转换为方波）具有波形转换功能：例可将三角波转换为方波（矩形波）。（矩形波）。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础uiuo1OUTOt +UZ UZuo2uitOUTOuo1t +UZ UZt1t2

42、 uiuo2OUT应用举例应用举例第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础4、一般单限比较器的特点：、一般单限比较器的特点：电路构成简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。电路构成简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础五、电压比较器电路特性分析思路总结（五、电压比较器电路特性分析思路总结（P427）：）：1、根据电路输出端限幅电路的有无，确定、根据电路输出端限幅电路的有无，确定UOH和和UOL的取值为的取值为UOM还是还是UZ；2、确定、确定uP与与uN分别对应的表达式，并

43、令分别对应的表达式，并令uN=uP，此时此时ui对应的对应的取值，即为取值，即为UT；3、确定、确定uO在在uN=uP时的跳变方向，这取决于时的跳变方向，这取决于ui从集成运放的从集成运放的哪个输入端引入：哪个输入端引入：如果如果ui从反相输入端输入，当从反相输入端输入，当uiUT时，时， uO= UOL；如果如果ui从同相输入端输入，当从同相输入端输入，当uiUT时，时， uO= UOH。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.2.3 滞回比较器滞回比较器（施密特触发器）（施密特触发器）（迟滞比较器）（迟滞比较器）1、特征：、特征：有两个转

44、折电压，有两个转折电压，Uo由由UOH跳变为跳变为UOL，与，与由由UOL跳变为跳变为UOH，分别对应于不同的转折，分别对应于不同的转折电压值，从而令电路的电压传输特性表现出电压值，从而令电路的电压传输特性表现出“滞回特性滞回特性”，通俗的讲为，通俗的讲为“惯性惯性”。允许允许ui可在可在UT取值附近波动，而电路输出状态会保持原状取值附近波动，而电路输出状态会保持原状态不变，这在一定程度上提高了电路的抗干扰能力。态不变，这在一定程度上提高了电路的抗干扰能力。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础2、电路结构举例与电压传输特性分析：、电路结构举例

45、与电压传输特性分析：(1)电路引入正反馈，输出端加限幅电路：电路引入正反馈，输出端加限幅电路：uo=UZ。uNuP反相滞回比较器反相滞回比较器第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础OPuRRRu211ZOUuINuu OTuRRRU211(2)阈值电压阈值电压当当ZOUu时：时：ZTURRRU211ZTURRRU211ZOUu当当时：时：uNuPuNuPuNuP第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)传输特性曲线传输特性曲线ZTURRRU211ZTURRRU211+UZ-UZUT+UT-正向

46、过程：正向过程： （uI从小到大的过程）从小到大的过程）设设uI足够小足够小，),min(TTIUUuPNuuZOUu跳变点为跳变点为：UT+TIUuZOUuuNuPuNuPuNuPuNuP第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)传输特性曲线传输特性曲线+UZ-UZUT+UT-反向过程：反向过程： （uI从大到小的过程）从大到小的过程）设设uI足够大足够大，),max(TTIUUuPNuuZOUu跳变点为跳变点为：UT-TIUuZOUuuNuPuNuP第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础3

47、、两种滞回比较器的比较两种滞回比较器的比较+UZ-UZUT-UT+UZ-UZUT+UT-反反相相输输入入滞滞回回比比较较器器同同相相输输入入滞滞回回比比较较器器第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础)(211212ZREFPURRRURRRu 加参考电压的滞回比较器：加参考电压的滞回比较器：uNuPINuu ZREFTURRRURRRU2112121 ZREFTURRRURRRU2112122 第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例1 电路如图所示，已知电路如图所示，已知R1=50k， R2

48、=100k，稳压管的稳，稳压管的稳定电压定电压 UZ= 9V,输入电压输入电压uI的波形如图所示的波形如图所示,试画出试画出uO波形。波形。解：解： 输出高电平和低电平分别为输出高电平和低电平分别为 UZ= 9V,阈值电压阈值电压VVURRRUZT3)9(1005050)(211第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础OuI+UT-UTOuOUOHUOLOuI+UT-UTOuOUOHUOL滞回电压比较器滞回电压比较器整形整形、波形变换波形变换应用举例：应用举例

49、：第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电子技术基础模拟电子技术基础8.2.4 窗口比较器（双限比较器）窗口比较器（双限比较器）功能：功能：检测某一模拟电压信号是否处于两个给定的电压值之间。检测某一模拟电压信号是否处于两个给定的电压值之间。1、特征：、特征：具有两个转折电压具有两个转折电压URL、URH（URLURH时，必有时，必有uiURL，则，则uo1=+UOM，uo2=-UOM，D1导导通，通，D2截止，截止，uo=+UZ;（2）当）当uiURL时，必有时，必有uiURH，则，则uo1=-UOM，uo2=+UOM，D2导导通，通，D1截止，截止，uo=+UZ;（3）当）当URLuiURH时，则时，则uo1=-UOM，uo2=-UOM，D1，D2均截止，均截止，uo=0。第第8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换模拟电