模电第9章(7学时)

第九章信号处理与信号产生电路函数信号发生器/频率计数器任意波形发生器（48种）

可输出正弦波、三角波、方波、脉冲波等。主要技术指标有:

信号频率、输出阻抗、输出信号衰减调节等。输出幅度、滤波电路的基本概念与分类9.1一阶有源滤波电路9.2高阶有源滤波电路9.3正弦波振荡电路的振荡条件9.5第九章信号处理与信号产生电路RC正弦波振荡电路9.6LC正弦波振荡电路9.7非正弦信号产生电路9.8本章重点实例仿真第九章．信号处理与信号产生电路9.1滤波电路的基本概念与分类1．基本概念滤波电路：对信号进行过滤，让有用频率信号顺利通过，而阻断无用频率信号。滤波电路vi(t)vo(t)传输系数：常用滤波器来进行信号处理、数据传送以及抑制干扰，等等。D

通常用幅频响应来描述滤波电路的特性。第九章．信号处理与信号产生电路9.1滤波电路的基本概念与分类1．基本概念2．滤波电路分类（1）按采用的元件可分为：

有源滤波电路，无源滤波电路。（2）按处理的信号可分：

模拟滤波电路，数字滤波电路。（3）按幅频特性分：

LPF（低通滤波电路） （LowPassFilter）

HPF（高通滤波电路）

BPF（带通滤波电路）

BEF（带阻滤波电路）

APF（全通滤波电路）第九章．信号处理与信号产生电路9.1滤波电路的基本概念与分类1．基本概念D2．滤波电路分类（1）按采用的元件可分为：

有源滤波电路，无源滤波电路。无源滤波电路：用无源元件R、L、C

组成。

优点：简单，频带宽。

缺点：不易集成，且电感L体积大、笨重，不易制作，通常还要加装磁屏蔽，安装不方便，可靠性低等。第九章．信号处理与信号产生电路9.1滤波电路的基本概念与分类1．基本概念D2．滤波电路分类（1）按采用的元件可分为：

有源滤波电路，无源滤波电路。有源滤波电路：用有源器件和R、C

组成。

优点：①不用电感，因此体积小、重量轻，无须加装磁屏蔽；②可提高电路性能，提高增益；等等。

缺点：①不宜用于高频场合。②必须有直流电源③不适合高压、大电流第九章．信号处理与信号产生电路9.1滤波电路的基本概念与分类D3．滤波电路幅频特性及作用介绍0ωωHA0LPF0ωA0ωLHPF作用：主要用于信号处于低频或直流、且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声的场合。作用：主要用于信号处于高频、且需要削弱低频或直流干扰信号的场合。第九章．信号处理与信号产生电路9.1滤波电路的基本概念与分类D3．滤波电路幅频特性及作用介绍0ωA0ω0BEFωLωH作用：主要用来抑制某一频段的干扰信号。（ω0为中心频率）0ωA0ωHωLω0BPF作用：主要用来突出有用频段的信号、削弱其他频段的干扰和噪声的场合。（ω0为中心频率）第九章．信号处理与信号产生电路9.1滤波电路的基本概念与分类D3．滤波电路幅频特性及作用介绍0ωA0APF有源滤波电路的主要参数：

A0——通道增益。

ωL、ωH——特征频率（截止频率）。

ω0——中心频率。

BW——通带宽度。

Q——等效品质因数。9.2一阶有源滤波电路1．一般电路构成由RC低（高）通电路和运放电路，组成低（高）通有源滤波电路。2．传递函数：RC＋－＋－vovi-+＋－voAUD电压跟随器：隔离作用.因复频率s在式中是一次幂，因此电路为一阶有源（低通）滤波电路9.2一阶有源滤波电路1．一般电路构成由RC低（高）通电路和运放电路，组成低（高）通有源滤波电路。2．传递函数：RC＋－＋－vovi-+＋－voA电压跟随器：隔离作用.因复频率s在式中是一次幂，因此电路为一阶有源（低通）滤波电路3．幅频响应曲线：-20dB/十倍频0-3019.2一阶有源滤波电路1．一般电路构成由RC低（高）通电路和运放电路，组成低（高）通有源滤波电路。2．传递函数：因复频率s在式中是一次幂，因此电路为一阶有源（低通）滤波电路3．幅频响应曲线：-20dB/十倍频0-301RC＋－vi-+＋－voAR1R29.2一阶有源滤波电路1．一般电路构成由RC低（高）通电路和运放电路，组成低（高）通有源滤波电路。2．传递函数：3．幅频响应曲线：-20dB/十倍频0-301RC＋－vi-+＋－voAR1R2

如何缩小幅频响应与理想特性之间的差距？-40dB/十倍频-60dB/十倍频

2（3）个一阶低通电路级联缺点：有源器件（运放）的数量较多，且频带越来越窄。工程上常使用二阶有源滤波电路9.3.1有源低通滤波电路①电路构成：选择依据：两级低通电路。+-RaRbAvivoC2C1R1R2UD9.3高阶有源滤波电路②典型表达式式中：——等效品质因数。——同相比例电路增益。——截止频率。9.3.1有源低通滤波电路①电路构成：+-RaRbAvivoC2C1R1R2UD9.3高阶有源滤波电路②典型表达式式中：若取R1=R2、C1=C2，则上述参数为：注：a）AVF<3,电路稳定;b）Q对曲线的形状有影响,等效品质因数。③特性曲线及分析：（见教材P419图9.3.2）④工程中常使用的“巴特沃思滤波器”,可参考教材P420。9.3.2有源高通滤波电路①电路构成：（对偶原理得出）两级高通+-RaRbAvivoC2C1R1R2UD9.3高阶有源滤波电路②典型表达式若取R1=R2、C1=C2，则上述参数为：③特性曲线及分析：（见教材P358～359）9.3.3有源带通滤波电路①电路构成：一级低通和一级高通0ω0ωω0+-RaRbAvivoC2C1R1R2R3UD9.3高阶有源滤波电路②典型表达式9.5正弦波振荡电路的振荡条件★信号产生电路——不需要输入信号便能产生各种波形信号的电路。

通常按波形分可分为两大类：

正弦波和非正弦波。

正弦波振荡电路实际上是一个满足自激振荡条件的、带选频网络的放大电路。UD一．振荡条件1．反馈放大电路产生自激振荡基本原理●负反馈电路：人为的将反馈接成“负”反馈.但附加相移可能使电路变成“正”反馈，产生自激振荡现象（这是有害的）。●正反馈电路中：人为的将反馈接成“正”反馈，产生自激振荡现象，这是希望的、有利的。UD9.5正弦波振荡电路的振荡条件一．振荡条件1．反馈放大电路产生自激振荡基本原理UD9.5正弦波振荡电路的振荡条件2．振荡条件●正反馈电路中，自激振荡条件：●负反馈电路中，自激振荡条件：相位平衡条件条件：幅值平衡条件条件：一．振荡条件UD9.5正弦波振荡电路的振荡条件二．起振、稳幅、选频（1）起振：自激振荡实际上也需要起始信号，这可由噪声信号或瞬态扰动得到，但噪声信号和瞬态扰动幅度一般很小，若要电路产生的信号幅度达到设计要求，则起振的幅值条件为：（2）稳幅：当信号幅度达到要求后，应恢复幅值平衡条件，否则输出信号将失真。（3）选频：噪声信号的频谱很宽，因此需要一个选频网络来选出所要的设计频率，并使其稳定。一．振荡条件UD9.5正弦波振荡电路的振荡条件二．起振、稳幅、选频三．信号产生电路的基本组成部分1．放大电路——负反馈电路A。要求结构合理、工作点合适，同时起振条件维持在且接近于1。2．反馈网络——主要是正反馈，以满足相位平衡条件。3．选频网络——只让设计频率f0满足相位平衡条件而抑制其它的频率，以使电路输出单一频率的正弦波信号。

注：在很多正弦波振荡电路中，选频网络往往与反馈网络结合在一起，即一个电路既选频又起反馈作用。4．稳幅环节——保证振荡信号由建立到稳定，使波形基本不失真。一．振荡条件UD9.5正弦波振荡电路的振荡条件二．起振、稳幅、选频三．信号产生电路的基本组成部分四．分析方法分析振荡电路的一般步骤：①确定电路的基本环节（放大电路、反馈网络、选频网络）；②利用“瞬时极性法”分析电路是否满足自激振荡条件；注：自激振荡条件中，关键条件和首要的分析是相位平衡条件。幅值平衡条件可在分析相位后进行.③计算振荡频率f0（与选频网络有关）；④其他方面：振荡的建立和稳定、起振条件、稳幅措施等。一．振荡条件UD9.5正弦波振荡电路的振荡条件二．起振、稳幅、选频三．信号产生电路的基本组成部分四．分析方法五．分类

根据构成选频网络的元件不同，正弦波振荡电路可分两大类：

RC正弦波振荡电路——一般产生1～1MHZ范围的低频信号。

LC正弦波振荡电路——一般产生1MHZ以上的高频信号。（包括晶振电路）9.6RC正弦波振荡电路常见的RC正弦波振荡电路有：

桥式振荡电路（文氏电桥）、移相式振荡电路。UD文氏电桥的特点：

其选频网络是用RC元件进行串并联构成，且同时又作为反馈网络。+-R1R2voCCRR

反馈网络——利用了选频网络。当设计频率通过时，网络呈现纯电阻，因而形成正反馈，满足相位平衡条件。放大环节（+）（+）（+）选频及正反馈环节+-R1R2voCCRR基本环节：

放大电路——同相比例放大电路；

选频网络——RC串并联选频（当设计频率通过时，网络谐振，对外呈现纯电阻，而对其它频率则有附加相移）；UD9.6RC正弦波振荡电路1．电路原理图：放大环节（+）（+）（+）选频及正反馈环节+-R1R2voCCRRUD9.6RC正弦波振荡电路1．电路原理图：2．选频网络的选频特性及振荡频率（1）定性分析：CRvovfCRUD9.6RC正弦波振荡电路1．电路原理图：2．选频网络的选频特性及振荡频率（1）定性分析：CRvovfCR0f0f0ff0f0ff0f低频高频RvovfCRvovfCUD9.6RC正弦波振荡电路1．电路原理图：2．选频网络的选频特性及振荡频率（1）定性分析：CRvovfCR（2）定量分析：用s=jω代入，得：Z2Z1UD9.6RC正弦波振荡电路1．电路原理图：2．选频网络的选频特性及振荡频率（1）定性分析：CRvovfCR（2）定量分析：

因信号是同相输入，φa=0o，要使电路为正反馈，则应使φf=±2nπ，即反馈网络对外呈现纯电阻（谐振），由式可知，只有在ω=ω0（f=f0）时条件成立，即：选频网络只有在选中

f0时才能使电路符合相位平衡条件。UD9.6RC正弦波振荡电路1．电路原理图：2．选频网络的选频特性及振荡频率+-R1R2voCCRR3．振荡的建立和稳定（1）由起振条件，在f=f0时，（2）稳定过程：起振后，因为正反馈且，vo振幅将逐渐增大，但会受到电路非线性元件的限制，在刚进入非线性范围时（波形开始出现失真），AV将开始下降，非线性作用越强，则AV下降越多，从而使电路基本稳定在处，输出信号波形可基本不失真。UD9.6RC正弦波振荡电路1．电路原理图：2．选频网络的选频特性及振荡频率+-R1R2voCCRR3．振荡的建立和稳定（1）由起振条件，在f=f0时，（2）稳定过程注意：AV若远大于3，起振到稳定的过程缩短，但最后AV将稳定在>3处，输出信号波形将失真.设计时AV略大于3即可。UD9.6RC正弦波振荡电路1．电路原理图：2．选频网络的选频特性及振荡频率+-R1R2voCCRR3．振荡的建立和稳定4．稳幅措施在外部因素作用时（如温度、元器件参数变化等），将会影响电路的AV，使输出波形失真或消失，因此需采取稳幅措施。常用的稳幅措施是用热敏电阻代替R1或R2。T↑→AV↑,∴R1----正温度系数，

或R2-----负温度系数，例9-4．试从相位平衡条件的角度来判断下列电路能否产生正弦振荡。解：用瞬时极性法判断相位平衡条件。（a）RC串并联选频网络（+）（-）（-）（-）谐振时电路呈负反馈，不满足相位平衡条件，因而不能振荡：

φa+φf=180o+0o=180o-++-voCCRRA1A2R1Rf（a）（-）（+）（+）（+）（b）RC串并联选频网络。谐振时电路呈正反馈，满足相位平衡条件，因而能振荡：φa+φf=360o+0o=360o（+）（b）voRRCCC1C2C3Ce2+VCCRg1Rg2Rg3Rd1RfT1T2Re1Re2RC2Rb22Rb12UD（+）（+）（c）RC串并联选频网络。谐振时呈正反馈，满足相位平衡条件：φa+φf=0o+0o=0o。但由于放大电路为射随器，AV<3，因而不符合幅值平衡条件，不能振荡。注意：在分析中，应准确的分辨出RC串并联选频网络的不同画法（如本例），否则分析将会出错。（+）（c）voRC1C2+VCCReRbRCCUD例9-1．在图示电路中，已知运放最大输出电压为±14V，试：（1）说明D1、D2自动稳幅原理；（2）设电路已产生稳幅正弦波振荡，且当vO达到正弦波峰值时，二极管正向压降约为0.6V，试估算vO的峰值Vom；（3）说明若R2短路时，vO的波形。-+R10KvoD20.015μFCC0.015μFR10KD1R15.1KR29.1KR32.7K解：（1）稳幅原理：当vO幅值很小时，二极管接近于开路，

AV=(R2+R3+R1)/R1≈3.3＞3，利于起振；而当vO幅值较大时，二极管导通，正向导通电阻随vO增大而减小,与R3并联后使AV下降，vO趋于稳定。解（2）稳幅时AV≈3，（3）当R2=0时，AV＜3，电路停振，vO=0，波形为一条与时间轴重合的直线。R3’——二极管导通电阻与R3并联例9-1．在图示电路中，已知运放最大输出电压为±14V，试：（1）说明D1、D2自动稳幅原理；（2）设电路已产生稳幅正弦波振荡，且当vO达到正弦波峰值时，二极管正向压降约为0.6V，试估算vO的峰值Vom；（3）说明若R2短路时，vO的波形。-+R10KvoD20.015μFCC0.015μFR10KD1R15.1KR29.1KR32.7KCRvoC-+RRRfC例9-2．移相式正弦波振荡电路如下，说明该电路如何满足振荡条件。解：

RC

低通（或高通）电路，可移相0～-90o（或90o）。在±90o处，其电压传递系数的幅值已为零，所以只要适当选择元件参数，可使三级RC移相电路产生±180o的相移，且电压传递系数不为零，振荡频率由选频网络决定。UD该电路中具有三级RC移相电路，只要适当选择元件参数，就可满足相位平衡条件（φa+φf=360o）和幅值平衡条件，使电路产生正弦波信号。解：移相振荡电路。因为电路只有两级移相电路，在最大移相180o时，电压传递系数已为零，所以不满足相位平衡条件，因而不能振荡。C1C2-+voA1R3RfR1R2例9-3．试从相位平衡条件的角度来判断下列电路能否产生正弦振荡。9.7LC正弦波振荡电路

LC正弦波振荡电路可产生高达1000MHZ以上频率的正弦波信号。其振荡原理与RC正弦波振荡电路基本相同，主要区别在于它是用LC作选频网络的。由于一般运放频带较窄，所以常常用分立元件来构成。常见的LC正弦波振荡电路有：

变压器反馈式、

电感三点式、

电容三点式。UD9.7.1LC选频放大电路1．并联谐振电路

LC作选频网络时通常采用并联形式。（R为回路总的损耗电阻，且通常有：R<<ωL）＋－RCLUDR<<ωLZ9.7.1LC选频放大电路1．并联谐振电路

＋－RCLUDR<<ωLZ2．LC并联谐振回路的基本特性（1）谐振时虚部为零，谐振频率为：（2）谐振时阻抗最大，为一纯电阻：Q—品质因数：评价回路损耗大小的指标，在几十～几百范围内。R越小或Q越大，则Z0越大，理想情况下Z0→∞。（3）并联谐振为电流谐振：结论：

由于回路电流比输入电流大得多，所以在谐振时，回路外界的影响很小，可忽略。9.7.1LC选频放大电路1．并联谐振电路

＋－RCLUDZ2．LC并联谐振回路的基本特性（4）并联回路的频率响应：（见图）电路在f=f0处产生并联谐振；

当f<f0时，φ>0，回路阻抗呈感性；

当f>f0时，φ<0，回路阻抗呈容性；回路阻抗幅值和相位曲线形状与Q有关，Q越大，谐振阻抗越大、幅值选频特性越好、相位在f0附近的变化越快。ff0Q大Q小f0fQ小Q大+90o-90o感性容性9.7.1LC选频放大电路1．并联谐振电路

＋－RCLUD2．LC并联谐振回路的基本特性3．选频放大电路

vivo9.7.1LC选频放大电路1．并联谐振电路

＋－RCLUD2．LC并联谐振回路的基本特性3．选频放大电路4．LC振荡电路的分析思路

对于三种LC振荡电路的分析仍然是根据相位平衡条件与幅值平衡条件来考虑：（1）用“瞬时极性法”分析电路结构是否满足相位平衡条件（LC并联回路在谐振时作为纯电阻）。（2）由于回路阻抗谐振时很大，通常LC振荡电路的幅值条件较易满足。对分立元件电路来说，分析起振条件的最终结果往往落实在维持振荡的最小β值（BJT）或gm值（FET）。（3）估算振荡频率f0。9.7.2变压器反馈式LC振荡电路1．电路组成及分析（见图）：LC并联回路作三极管的集电极负载，并起选频作用，三极管接成射极偏置共射放大电路，反馈网络由变压器副边绕组来实现，旁路电容C1使vf交流接地。MCLTRb1Rb2ReC1+VCCCeRL9.7.2变压器反馈式LC振荡电路1．电路组成及分析（见图）：UDMCLTRb1Rb2ReC1+VCCCeRL2．振荡条件分析（1）相位平衡条件：由瞬时极性法可知，电路符合相位平衡条件。 或：φ=φa+φf=180o+180o=360o。（2）幅值平衡条件画出小信号等效电路，由电路：Z＋－rbeCLRM＋－（+）（－）（－）（+）9.7.3三点式LC振荡电路1．三点式选频网络的电路结构将LC回路引出三个端点，分别与三极管的三个极或运放的三个端子相连的振荡电路称为三点式振荡电路，通常有电容三点式和电感三点式两类：注：由于三点式选频网络的独特接法，因此振荡电路相位平衡条件的分析，除用前述的方法进行外，还可用更简单的方法进行：

根据选频网络中电容、电感相对于三极管或运放的位置来判断。电容三点式：C1C2L电感三点式：L1L2CLCUD9.7.3三点式LC振荡电路1．三点式选频网络的电路结构UD2．三点式振荡电路的相位平衡判断方法（1）选频网络三点间的相位关系（以电感三点式为例）：谐振时，回路内部的电流远大于外部的电流，即外部的影响可忽略。因此可认为电感的中间抽头处的电压仅是电感两端电压的分压，而无相位偏移。这样，三点间的相位关系有：①若电感中间抽头交流接地，则首端和尾端的信号电压反相；②若电感首或尾端交流接地，则另两个端点的信号电压同相。以上结论同样实用于电容三点式。L1L2CC1C2L9.7.3三点式LC振荡电路1．三点式选频网络的电路结构UD2．三点式振荡电路的相位平衡判断方法3．振荡频率f0（1）电容三点式两个电容是串联的，所以将LC并联谐振频率表达式中的C用C1、C2电容串联表达形式代入即可：（2）电感三点式两个电感是通过中间抽头而来，所以将LC并联谐振频率表达式中的L用L1、L2同向串联的表达形式代入即可：L1L2CC1C2L4．常见的三点式振荡电路（1）电容三点式考毕兹（Colpitts）振荡电路

+VCCRb1ReCb1Cb2RCRb2TCeC1C2LUD9.7.3三点式LC振荡电路相位平衡条件分析：由瞬时极性法判断，电路为正反馈，（+）（－）（+）

φa+φf=180o+180o=360o满足相位平衡条件，可以振荡。4．常见的三点式振荡电路（1）电容三点式9.7.3三点式LC振荡电路（2）电感三点式相位平衡条件的分析方法同上。瞬时极性法：φa+φf=180o+180o=360o满足相位平衡条件，可以振荡。例9-5．利用相位平衡条件判断图中电路能否产生正弦振荡。解：变压器反馈式正弦波振荡电路。利用瞬时极性法判断：这是一个负反馈电路，不能振荡。若将变压器的一侧同名端进行调换，则电路满足相位平衡条件，可以振荡。L1TR1R2R3C1+VCCC2L2C3（a）UD（+）（＋）（＋）（－）（－）解：电感三点式正弦波振荡电路。用瞬时极性法判断，电路不满足相位平衡条件，不能振荡。-+L1L2Cvo（b）UD例9-5．利用相位平衡条件判断图中电路能否产生正弦振荡。（+）（－）（－）（－）解：用瞬时极性法判断，电路满足相位平衡条件，可以产生正弦波信号。LTR1R2R3C1+VCC（c）C2C3UD例9-5．利用相位平衡条件判断图中电路能否产生正弦振荡。（+）（＋）（+）（+）根据相对位置判断，电路不满足相位平衡条件，不能产生正弦波信号。解：给出交流通路如右上：LTR1R2R3C1+VCCC2C3（d）TC1C2LUD例9-5．利用相位平衡条件判断图中电路能否产生正弦振荡。（+）（－）（－）（－）9.7.4石英晶体振荡器1．振荡电路的频率稳定问题随着科学技术的飞速发展，对频率稳定的要求也越来越高，尤其是航天、军事等领域。应该指出：Q值的大小对LC谐振电路的频率稳定度有较大的影响，Q值越高，则频率稳定度越高。一般LC振荡电路Q值只有几百，很难满足要求高稳定度频率的场合。

石英晶体的Q值非常高，可达1万～50万，所以其振荡频率稳定度很高，可达10-9～10-11。石英晶体由于其体积小、价廉物美则在实际中得到非常广泛的应用，UD2．石英晶体的基本特性与等效电路

UD9.7.4石英晶体振荡器1．振荡电路的频率稳定问题结构极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应:交变电压机械振动交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率=固有频率时，振幅最大。压电谐振:2．石英晶体的基本特性与等效电路

UD9.7.4石英晶体振荡器1．振荡电路的频率稳定问题电路符号电路模型电抗-频率特性X0sp（感性）（容性）A.串联谐振晶体等效阻抗为纯阻性B.并联谐振通常所以2．石英晶体的基本特性与等效电路

9.7.4石英晶体振荡器1．振荡电路的频率稳定问题实际使用时外接一小电容Cs调整石英晶体振荡器的基本电路可分为两类：

串联晶体振荡器，并联晶体振荡器。电路符号电路模型2．石英晶体的基本特性与等效电路UD9.7.4石英晶体振荡器1．振荡电路的频率稳定问题3．石英晶体振荡器（1）串联晶体振荡器电路：LTRb1JTReCb+VCCC2C3Rb2C1CRC交流通路：LTJTReC2C1+C3当f0=fs时，石英晶体的阻抗→0（很小），从而使电路满足振荡的相位平衡条件而产生自激振荡。而在其它频率则不能振荡电路的振荡频率就是fs。2．石英晶体的基本特性与等效电路9.7.4石英晶体振荡器1．振荡电路的频率稳定问题3．石英晶体振荡器（1）串联晶体振荡器（2）并联晶体振荡器在并联晶体振荡器中，晶体在谐振回路中起“电感”的作用，其谐振频率必须在fs和fp之间（注：f0≠fp）。

9.8非正弦信号产生电路◆非正弦信号产生电路的基础知识

非正弦信号有很多，如：矩形波，三角波，锯齿波，尖脉冲，阶梯波，白噪声等等。

实际应用中，非正弦信号并不是由许多个各种频率分量的正弦信号叠加合成，而是通过一定的电子技术和电路结构来完成的。非正弦波产生电路的工作原理、电路结构以及分析方法与正弦波产生电路有着较大的不同。UD电压比较器9.8.1电压比较器

电压比较器的功能是对两个输入电压进行大小比较，在输出端用高低电平给出比较结果.电压比较器具有开关特性。电压比较器是测量电路、自动控制系统、信号处理和波形产生电路中常用的基本单元。

运放构成的电压比较器中，运放或是开环结构、或是（正反馈）闭环结构。UD1．单门限（阈值）电压比较器（简单电压比较器）（1）基本电路及工作原理：（运放开环连接）（a）：运放两输入端分别接入电压v1、v2。当v1>v2

时，输出vo为（饱和）高电平；反之则为（饱和）低电平。+-vov2v1（a）+-vov1VREF＋－vd（b）UD9.8.1电压比较器

（b）：运放两输入端分别接入参考电压VREF和v1。当v1>vREF时，输出vo为（饱和）高电平；反之则为（饱和）低电平。1．单门限（阈值）电压比较器（简单电压比较器）（1）基本电路及工作原理：（运放开环连接）+-vov1VREF＋－vdUD9.8.1电压比较器

（2）传输特性vo-vo+过渡过程VREF0vovi说明：①电路的开关转换点电平（“阈值电平”或“门槛电平”）为VREF。注：由于vi在单向变化中只有一个阈值，因此这种电路称为“单门限（阈值）电压比较器”。②若输入信号对换，则传输特性反之（如虚线所示）。③中间的过渡过程是运放的响应时间，很小（因为AVO很大），通常将其忽略。1．单门限（阈值）电压比较器（简单电压比较器）（1）基本电路及工作原理：（运放开环连接）VREF+-vov1＋－vdUD9.8.1电压比较器

（2）传输特性（3）过零比较器若使VREF=0，则上述电路就成为“过零比较器”，它可用于检测输入信号vi的过零状态，也常被用于实用中。过零比较器的传输特性只要将上述图中的纵坐标平移VREF即可得到。VREFvo-vo+0vovi利用过零比较器可将输入的正弦波转换成方波：1．单门限（阈值）电压比较器（简单电压比较器）（1）基本电路及工作原理：（运放开环连接）v1+-voVREF＋－vdUD9.8.1电压比较器

（2）传输特性（3）过零比较器若使VREF=0，则上述电路就成为“过零比较器”，它可用于检测输入信号vi的过零状态，也常被用于实用中。过零比较器的传输特性只要将上述图中的纵坐标平移VREF即可得到。0vot0vitVREF改变VREF，即可改变vo的占空比利用过零比较器可将输入的正弦波转换成方波：1．单门限（阈值）电压比较器（简单电压比较器）（1）基本电路及工作原理：（运放开环连接）+-vov1VREF＋－vdUD9.8.1电压比较器

（2）传输特性（3）过零比较器

（4）限幅措施和保护措施为防止输入信号过大损坏集成运放，除了在比较器的输入回路中串联电阻外，还可在集成运放的两输入端间并联两个正反相接的二极管。在输出端加接稳压管和（或）二极管，可对输出端起限幅保护作用。-+R1R2vovi2．迟滞比较器（施密特触发器）（1）电路及特点（如图）i1i2

这是个正反馈闭环电路。利用正反馈加速变化趋势的特点，可以大大缩短开关转换的过渡过程，使上下边沿更陡，波形更好。（2）传输特性电路的开关转换电平为vp，设电流如图所示：可解得：-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1电压比较器

由于vo具有正负两个饱和值，所以开关转换电平也有两个——VT+和VT-：2．迟滞比较器（施密特触发器）（1）电路及特点（如图）i1i2（2）传输特性电路的开关转换电平为vp，设电流如图所示：-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1电压比较器

——“上触发电平”——“下触发电平”。可解得：由于vo具有正负两个饱和值，所以开关转换电平也有两个——VT+和VT-：2．迟滞比较器（施密特触发器）（1）电路及特点（如图）i1i2（2）传输特性-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1电压比较器

——“上触发电平”——“下触发电平”。当vi由小向大变化、经过VT+时，vo由高电平转换为低电平；当vi由大向小变化、经过VT-时，输出vo由低电平转换为高电平。传输特性：0vovivo-vo+VT+VT-迟滞回路的回差：2．迟滞比较器（施密特触发器）（1）电路及特点（如图）i1i2（2）传输特性-+vovREFvivNvPR1R2UD9.8.1电压比较器

★与简单比较器相比，施密特触发器具有抗干扰能力强的特点，所以常常用于整形、抗干扰的场合。例：0vit0votVREFVT+VT-9.8.2方波产生电路由于方波具有非常丰富的谐波成分，所以方波产生电