波形产生与变换电路

第8章波形产生与变换电路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利用集成电路实现的信号转换电路1正弦波振荡电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。

8.1.1产生正弦波的条件8.1.2

RC正弦波振荡电路8.1.3

LC正弦波振荡电路8.1.4石英晶体正弦振荡电路8.1正弦波振荡电路28.1.1产生正弦波的条件一、正弦波发生电路的组成二、产生正弦波的条件三、起振条件和稳幅原理3一、正弦波发生电路的组成

为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。

反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。4

为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合二为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路的组成：1、放大电路2、正反馈网络3、选频网络4、稳幅电路5二、产生正弦波的条件

产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。6

振荡条件

幅值平衡条件

相位平衡条件

AF=A+

F=2n(a)负反馈放大电路

(b)正反馈振荡电路

比较图(a)和(b)就可以明显地看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别了。由于振荡电路的输入信号，所以

。由于正、负号的改变7

振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求这称为起振条件。三、起振条件和稳幅原理既然，起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管放大信号运用时的非线性特性去限制幅度的增加，这就要靠选频网络的作用，选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。8也可以在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益，从而达到稳幅的目的。这在下面具体的振荡电路中加以介绍。9四、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤1、观察电路是否包含放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。2、判断放大电路是否能够正常工作，即是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出和放大。3、利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振动的相位条件。4、判断电路是否满足正弦波振动的幅值条件，即是否满足起振条件。图8.1.3利用瞬时极性法判断相位条件返回108.1.2RC正弦波振荡电路一、RC串并联选频网络二、RC文氏桥振荡器图11.03RC文氏桥振荡电路11RC串并联选频网络在正弦波振荡电路中既为选频网络，又是正反馈网络。定性分析：图8.1.4RC串并联选频网络及其在低频段和高频段的等效电路低频段等效电路及向量图高频段等效电路及向量图12一、RC串并联选频网络的频率响应

RC串并联网络的电路如图所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其频率响应如下:图RC串并联网络131)122Cw1RCR1j()1(2121CRCRw-+++=R/j+)Cj/1(2122221112RCCRCRRRww+++=)j1]()Cj/1([222112RCRRRww+++=谐振频率为:f0=)]j1/([+)Cj/1()j1/(22211222212CRRRCRRZZZwww+++=+=F14幅频特性:相频特性:

当f=f0时的反馈系数,且与频率f0的大小无关。此时的相角F=0。即改变频率不会影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。有关曲线见图11.02(b)。15图RC串并倘联网倦络的送频率列特性应曲线16二、RC文氏妨桥振屈荡电叼路(1怪)RC文氏览桥振珍荡电渗路的弄构成RC文氏榴桥振罪荡电摔路如载图所仿示，RC串并疲联网户络是月正反径馈网盾络，祖另外务还增俗加了R3和R4负反垃馈网右络。C1、R1和C2、R2正反翼馈支瓜路与R3、R4负反状馈支掩路正复好构括成一哗个桥哗路，懂称为文氏侵桥。图

RC文氏桥振荡电路17当C1=C2、R1=R2时:为满足振荡的幅度条件

=1，所以Af≥3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。F=018图8晶.1最.7RC桥式沟正弦绞波振窃荡电召路19(2该)RC文氏气桥振惨荡电炉路的揪稳幅公过程RC文氏个桥振毛荡乐电路答的稳遭幅作升用是墙靠启热敏议电阻R4实现把的。R4是正介温度约系数防热敏址电阻柴，当妇输出屿电压膏升高裂，R4上所警加的蜘电压名升高交，即凶温度爱升高厕，R4的阻答值增滋加，府负反筹馈增敢强，饮输出走幅度扔下降况。反刘之输岸出幅怪度增括加。饼若热蚂敏电照阻是俗负温槽度系僵数，源应放魂置在R3的位赵置。20图8经.1让.8倾利车用二盘极管变作为吸非线匪性环壤节21（3希）振拔荡频鞋率可滤调的RC桥式耕正弦韵波振观荡电投路电路图8钩.1丈.9猴振荡撒频率驳连续他可调绍的RC串并颈联选荒频网筛络粗调细调优点难：振荡柜频率悔稳定配，带类负载浮能力爸强，竟输出洗电压裁失真硬小。缺点凳：用迫于振小荡频郑率小郑于1MH党Z的场归合228.凶1.猾3LC正弦作波振厉荡电谦路LC正弦趋波振阶荡电悉路的遍构成浮与RC正弦画波振蔬荡电职路相瓜似，逃包括焦有放贴大电公路、风正反闹馈网准络、币选频涂网络根和稳毛幅电受路。霞这里抢的选也频网专络是秩由LC并联蓬谐振存电路技构成辨，正范反馈岭网络恰因不拍同类隔型的LC正弦斯波振宇荡电役路而劣有所葬不同下。一、LC并联宽谐振寄电路满的频撑率响杰应二、码变压妹器反左馈LC振荡彼器三、纺电感骨三点亲式LC振荡瞎器23一、LC并联号谐振膨电路雅的频妄率响笛应LC并联违谐振临电路毛如图芝所示茶。显马然输披出电仿压是兼频率监的函手数：输入假信号岂频率播过高荡，电蓄容的择旁路仗作用急加强马，输吨出减净小；订反之串频率济太低制，电美感将拣短路浙输出氏。并补联谐融振曲秋线如瞒图1亦1.壤05涉（b）所示察。

（a）LC并联谐振电路图LC并联谐振电路与并联谐振曲线

（b）并联谐振曲线24谐振碌时谐振梁频率谐振紧时电润感支侧路电甚流或烤电容脱支路助电流垂与总决电流尺之比告，称断为并以联谐异振电套路的腊品质链因数考虑赚电感竿支路沉的损谎耗，蛮用R表示适，如雄图1犬1.盯06锄所示乏。

图11.06有损耗的谐振电路25对于搬图1匠1.背05月(b)的谐逗振曲申线，Q值大靠的曲叹线较科陡较愤窄，缴图中Q1＞Q2。并联满谐振址电路独的谐离振阻犬抗谐振俯时LC并联灵谐振福电路相当矩一个疤电阻底。图8释.1奥.1园1LC并联拐网络铁电抗碍的频压率特风性26图8姨.1反.1恰2双选频附放大召电路27二、帮变压锐器反圈馈LC振荡劣电路图1镰1.兼07变压细器反扰馈LC振荡防电路变压堂器反蒜馈LC振荡呼电路屠如图蛮11休.0赛7所励示。LC并联量谐振辈电路谷作为忌三极旦管的彩负载讨，反揭馈线唇圈L2与电熔感线竿圈Ｌ耍相耦坝合,谊将反加馈信夺号送示入三驻极管金的输威入回贱路。采交换毁反馈坝线圈阿的两斜个线团头，首可使坝反馈哗极性为发生沿变化拼。调市整反筑馈线要圈的傅匝数酿可以辫改变务反馈荡信号螺的强坡度，保以使倘正反绸馈的批幅度稻条件颂得以独满足席。28有关份同名石端的免极性请参峡阅图运11期.0示8。图11.08同名端的极性变压兽器反馈LC振荡电路威的振缸荡频恼率与朵并联LC谐振堡电路傍相同螺，为29三、现电感真三点洲式LC振荡瓣器图1阴1.爷09立为协电感怒三点壁式LC振荡驼电路仓。电认感线尿圈L1和L2是一世个线危圈，诉2点坑是中赞间抽猫头。谅如果饥设某免个瞬脏间集染电极吵电流艘减小秒，线各圈上茅的瞬瓜时极奇性如巩图所口示。城反馈妻到发阁射极匹的极立性对漆地为峰正，潜图中叙三极烤管是床共基孕极接谊法，称所以锋使发摸射结肉的净丸输入召减小尽，集舍电极婚电流灵减小泥，符谜合正顺反馈宜的相时位条弄件。图1济1.警09弯电将感三骑点式LC振荡例器（CB潜）图1努1.粒10赤电感酿三点夏式LC振荡孔器（CE程）图1牵1.惰10旋为熊另一裤种电让感三配点式LC振荡倍电路揉。30分析乐三点约式LC振荡挡电路舍常用做如下兵方法冲，将笋谐振枯回路肥的阻两抗折欲算到谢三极底管的脾各个之电极燥之间提，有Zbe、Zce、Zcb,如图睛11医.1陷1所砍示。图1服1.榨11复三偿点式搂振荡催器对于申图1箱1.桂09Zbe是L2、Zce是L1、Zcb是C。可以倒证明欣若满亩足相段位平啊衡条柿件，Zbe和Zce必须摆同性并质，碎即同禾为电绘容或苗同为菜电感作，且杆与Zcb性质亡相反。31电感峰三点州式LC振荡电路售的振迟荡频太率为32四、泼电容鹅三点果式LC振荡拾电路与电魂感三辆点式LC振荡亮电路佛类似假的有葡电容迫三点革式LC振荡胆电路喉，见眠图1偏1.猫12懂。（a）CB组态（b）CE组态图11.12电容三点式LC振荡电路P壤40浪333电容趋三点尚式LC振荡电路柔的振异荡频批率为34图8煮.1夹.2档3斑采用反共基币放大双电路揪的袖电容配反馈设式振透荡电耀路35例啦8.旺1.苦2电路瘦如图继所示划:图8燥.1仰.2手4却例8残.1脑.2敬电渔路图36例8远.1而.3电路承如图忠所示眨:图8间.1王.2测5缺例8伴.1辟.3沉电恢路图图8御.1背.2狗6岂例8食.1滔.2愉5所示哑电路盗的改复正电派路37例1愚1.吉1：图怕11么.1牧3为炮一个绳三点页式振忠荡电腊路试判责断是肃否满匪足相进位平圣衡条底件。(a)廊(b厕)图1柏1.错13组例君题1宵1.扭1的施电路克图388.杠1.迎4石宇英晶惠体LC振荡束电路一、境石英阶晶体补的特井点1、压电委效应粒和压炸电振丝式荡图8虾.1助.2爹7怒石英诵晶体硬谐振淘器的乞结构匆示意温图及宴符号392、棒石英尼晶体朽的等豆效电叙路和像振荡脊频率如图智所示换：图8朱.1曾.2够8余石鞠英晶惰体的悟等效句电路改及镜其频炕率特释性40二、脉石英眠晶体LC振荡各电路图石英晶体的电抗曲线41图8锅.1允.3最0师串联益型石吧英晶盯体振拍荡电柄路428.罚2天电铜压比冈较器8.图2.欣1概述8.蕉2.碗2单限阳比较泳器8.扮2.洋3滞回任比较推器8.代2.冠4窗口汇比较典器8.掌2.民5集成讯电压竖比较榜器438.愉2.情1辉概述一、值固定喂幅度捏比较灿器二、泉滞回蓬比较钱器三、蜜窗口雷比较右器四、差比较尖器的梨应用比较盐器是陡将一捡个模眠拟电墓压信必号与盒一个晒基准费电压防相比逢较的嫩电路搁。常用楚的幅播度比穿较电塌路有冰电压味幅度卵比较收器、滨窗口鼻比较紫器和蚂具有融滞回廊特性趁的比狮较器粉。这谅些比统较器今的阈依值是棒固定击的，集有的液只有裹一个眼阈值摊，有术的具两有两叹个阈遮值。44一、锯电压饥比较酷器的扶电压卸传输抽特性为了勺正确缴画出粒电压步传输旦特性达，必顽须求向出以单下三解个要爆素：输出刘电压额高电泥平和关低电蛾平的誓数值UOH和UOL阈值兔电压胸数值UT当UI变化逐且经阁过UT时，uo的跃砖变的李方向闪，即雅从UOH跃变制为UOL，还是烛从UOL跃变捷为UOHUi是模拟深信号凡，uo有两租种状痒态UOH和UOL饰，阈值（转饮折）泥电压五数值UT45二、徒集成愈运放联的非瞒线性餐工作齿区在电减压比店较器短电路治中，打集成聋运放验不是恶处于风开环菊状态球（即拜没有董引入默反馈慈），蔽就是艇只引尚入了所正反两馈，勺如图缴所示：图8潜.2滥.1感集肉成运猪放工谣作在趋非线榆性区旷的组电叫路特炒点及撑其电冷压传指输特猜性46三、赶电压睛比较岛器的尼种类1、圣单限眯比较毒器2、罚滞回嗽比较狮器3、睛窗口造比较显器图8秩.2轧.2顷电刺压比改较器精电压涂传输嚼特性平举例47（1胃）电霉路一、线过利零比合较器过零素电压蚁比较中器是猛典型公的幅籍度比叙较电思路，顷它的欧电路撒图和驳传输咸特性余曲线亦如图润14柴.0省1所纯示。8.鲁2.居2单收限比浓较器图8墨.2退.3过零撒比较贵器及姜其电喘压传甘输特逮性48图8碑.2厕.4繁电并压比蚁较器购输入暂级的盏保护趟电路49将过义零电居压比汪较器灿的一机个输掏入端捕从接光地改散接到脱一个据电压烦值VRE洪F上朵,雷就雾得到灭电压末幅度阿比较把器，震它的强电路姓图和笑传输棋特性稍曲线柜如图左14禾.0真2所薯示。

图14.02固定电压比较器(a)电路图(b)传输特性曲线50(2返)比拣较器雹的基跃本特机点工作过在开快环或忍正反慎馈状贤态。开关棵特性累，因砖开环麦增益苗很大峡，比较嘱器的怕输出庭只有厘高电精平和置低电越平两期个稳挂定状绵态。非线产性，因大践幅度怠工作隔，输童出和营输入组不成解线性您关系兰。图8体.2轧.6赞将稳恶压管荷接在还反馈乏通路趋中51二、高一般拳单限耳比较席器N52例8火.2叔.1电路续:图8助.2招.8靠例功8.俯2.清1毕波形叔图538.辅2.绵3政滞回开比较矩器单限找比较报器的系缺点吊：输猛入电祝压在山阈值躁电压适附近碍任何薯微小凉变化拐，都肚将引氏起输拴出电忠压的扭跃变雁。抗炕干扰规能力匆差。滞回析比较搂器具台有滞霸回特席性,付即具扎有惯迟性,皂因而跃也具震有一膏定的司抗干素扰能卸力.恋从反冶相输卫入端粒输入饶的滞责回比酸较器校电路享如图抖所示间.电恐路中很引入助了正裳反馈饮.54正反水馈5556例8急.2梨.2电路嘴:图8扒.2泡.1丈1捐例8盆.2债.2畅波逃形图57例勺8.投2.环3电路谅:图8绢.2塌.1养2侦例8咳.2歼.3做图58二、牢另一毒种腥滞回梁比较亚器从输枝出引哀一个扰电阻晶分压念支路愉到同脱相输骨入端桐，电地路如城图1晃4.散03削(a)所示幕。当合输入指电压vI从零诉逐渐杂增大拉，且时，，称为上限阈值(触发)电平。当输入电压时，，此时触发电平变为，称为下限阈值(触发)电平。图14.03(a)滞回比较器电路图二、电另一春种伤滞回弦比较太器从输猎出引布一个攻电阻歉分压胜支路顷到同域相输图入端榜，电汇路如萍图1域4.言03银(a)所示妻。当刊输入睁电压vI从零执逐渐丝式增大命，且时，，称为上限阈值(触发)电平。当输入电压时，，此时触发电平变为，称为下限阈值(触发)电平。图14.03(a)滞回比较器电路图59当葡逐厌渐减料小，序且溜以服前，报始终凳等于抱，因冬此出秆现如姓图1传4.愧03扫(b)所示鉴的滞密回特缠性曲蜡线。回差电压

：图14.03滞回比较电路的传输特性60单限童比较胖器和煌滞回武比较欠器在梅输入哄电压输单一丢方向落变换升时，兵输出扇电压箩只越龄变一痛次，啊因而泛不能劣检测遮出输叉入电馒压是惹否在司2个墓给定洁电压烘之间馒，窗看口比革较器冤具有僚这个春功能雪。8.掘2.拢4全窗口代比较号器61图8包.2贝.1戏3番双限赴比较虾器及仍其电显压传没输特练性628.讨2.海4害窗口最比较光器窗口范比较惰器的覆电路傅如图险14遥.0横4所袄示。法电路存由两筹个幅纽奉度比边较器旧和一啄些二吸极管汗与电著阻构求成。设R1=R2，则有：

图14.04窗口比较器

窗口长比较嚷器的盗电压禽传输特剖性如括下页图劈燕14们.0叛5所秋示。63当vI＞VH时，vO1为高电从平，D3导通条；vO2为低电肤平,D4截止厚，vO=vO1。当vI＜VL时，vO2为高电平进，D4导通桌；vO1为低电平骡，D3截止恶，vO=vO2。当VH＞vI＞VL时，vO1为低归电平皱，vO2为低纺电平，D3、D4截止沸，vO为低电江平。

图14.05窗口比较器的传输特性信号获的电暗位水读平高拾于某规槐定值VH的情伐况，灶相当比较跟电路滨正饱括和输评出。信号疫的电墨位水战平低蹲于某规广定值VL的情菊况，朽相当比较访电路晒负饱扫和输石出。该比那较器租有两镰个阈乒值，兼传输蠢特性露曲线楚呈窗甘口状际，故称绝为窗口压比较暮器。64四、逃比较冠器的陪应用比较则器主恭要用悲来对鼓输入统波形公进行郊整形左，可尚以将灾不规虽则的祝输入游波形伏整形子为方摄波输陆出,巩其原肯理图帆如图筐14侧.0哭6所翻示。(a)正弦渔波变貌换为纪矩形毕波称(b)有干挑扰正肆弦波茧变换温为方摘波图1劫4.射06穗用比垄较器因实现版波形汇变换65通过乌以上柳三种乡丰电压祸比较柄器的胆分析陈,可厚得出鹅如下初结论筒:(1翠)巩在电煤压比中较器偷中,误集成租电路础多工胀作在冲非线殿性区学,输扔出电跪压只临有高窄电平连和低云电平喇两种僵可能脏的情偶况.魔(妄2)岩一般罢用电钥压传亚输特度性来州描述酱输出胞电压摸与输秆入电督压的炒函数卸关系悼.攀(3布)电赶压传智输特荡性的榨三个她要素饮是输棚出电浮压的份高、冻低电只平，肿阈值伍电压攀和输识出电报压的地跃变第方向屑。输对出电队压的骨高、灭低电观平决冶定于放限幅络电路副。66676869707172737475768.赏3.曾1方波壤发生绢电路8.笔3.堂2三角琴波发排生电抬路8.语3.攻3锯齿晨波发抢生电捎路8.脚3.绑4波形炮变换粮电路8.良3.咽5函数类发生疏器8.籍3浑非正爷弦波王发生链电路图8桑.3异.1含几久种常喇见的画非正围弦波778.猎3.前1使方波堵发生骆电路方波尼发生揪电路仪是由芒滞回团比较电路伏和RC定时牲电路渗构成痒的，电路助如图万14溉.0领7所许示。(1队)工绘作原给理电源鉴刚接般通时炉,叠设

电容C充电，升高。参阅图14.08。图14.07方波发生器图8柱.3棕.3等电淘压传描输特驳性78当编时，，所也以电容C放电览，小下捏降。

当，时，返回初态。方波若周期Ｔ用过戏渡过障程公简式可说以方企便地柱求出图1刊4.矮08霜方组波发誓生器泳波形工图79(2惠)占佩空比写可调损的矩揉形波毛电路显然厉为了漂改变评输出氧方波哭的占感空比汇，应岛改变供电容磨器C的充慎电和脱放电晓时间常荡数。撇占空革比可轿调的矩普形波灭电路东见图脊14于.0炉9。C充电汤时，漫充电背电流企经电朴位器拦的上部半部泻、二荡极管D1、Rf；C放电幼时，垒放电帆电流伙经Rf、二极翠管D2、电位苹器的写下半杰部。图1置4.挨09绿占匹空比慎可调抛方波态发生朽电路808.绍3.慰2三角库波发坏生器三角思波发抛生器调的电容路如扑图1谢4.捕10仅所示终。它葡是由画滞回背比较坟器和租积分日器闭死环组般合而何成的锄。积爪分器棋的输做出反哭馈给陶滞回贡比较莲器，厕作为球滞回章比较叹器的沉。1.当vO1=+VZ时,珠则电厨容C充电锐,蹈同时vO按线廉性逐渐下线降，喝当使A1的VP略低封于VN时，vO1从+VZ跳变灯为-VZ。波形图参积阅图磨14咸.1昌1。图14.10三角波发生器812.在vO1=-VZ后，谋电容C开始放竖电，vO按线修性上德升，当使A