模拟电子技术基础 波形的产生和变换电路

煮沸的水与冷却的铁高考后进了一般的大学半年中没劲地渡过，回到家中通红通红的铁块投入水中，水与铁开始了较量生活好比冷水，你就是热铁，如果你不想自己被水冷却，就得让水沸腾。如果你不想平庸无色的生活“冷却”了你的斗志，你就得用生命的激情与汗水把这盆冷水煮沸。第八章

波形的产生与变换电路正弦波振荡电路RC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路电压比较器矩形波发生器三角波发生器

锯齿波发生器非正弦波发生器单限比较器

滞回比较器

窗口比较器8.1正弦波振荡电路正弦波振荡电路：在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。应用：测量、遥控、通信、热处理、超声波电焊一.产生正弦波振荡的条件8.1.1概述带通滤波器变换成正弦波振荡电路P358如果：,ifX’X=则去掉,iX仍有信号输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。fiiXXX’+=正弦波振荡的平衡条件：正弦波振荡的平衡条件：（1）振幅条件：（2）相位条件：pjjnFA2=+n是整数要使振荡从小到大建立起来，即“起振”的条件是：我们已经知道，电路内固有噪声和瞬态过程就是起振的原始信号，它们的频率非常丰富，我们可以用一个网络把需要的频率f0从噪声或瞬态过程中挑选出来，而使其它的频率分量有很大的衰减，具有这种功能的网络叫做“选频网络”。

振荡一旦建立，因为，所以输出幅度不断增大，最后使输出级的管子进入饱和或截止区，输出波形就会失真，因此正弦波振荡电路一般还要有稳幅电路。组成：1.放大电路:没有放大电路就不能够产生振荡，要求结构合理，静态工作点合适，能实现能量的控制。2.选频网络——只对一个频率满足振荡条件从而获得单一频率的正弦波输出。3.正反馈网络4.稳幅环节——使输出信号幅值稳定二.正弦波振荡电路组成及分类措施：

（

1）放大环节中的元件是非线性（2）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实用电路中常将选频网络和正反馈网络合二为一。分类：RC正弦波振荡电路：振荡频率较低，一般在1MHz以下；LC正弦波振荡电路：振荡频率较高，一般在1MHz以上；石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定。三.判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法与步骤1.观察电路是否包含放大电路、选频网络、正反馈网络、稳幅环节四部分。2.判断放大电路是否正常工作。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即是正反馈。4.判断电路幅值是否满足起振条件。注意：只有在电路满足相位条件的情况下，判断是否满足幅值条件才有意义。8.1.2RC正弦波振荡电路一.RC

串并联选频网络低频段等效电路高频段等效电路利用RC串并联选频网络构成正弦波振荡电路的方框图二、RC桥式正弦波振荡电路电路稳定，带载能力强，输出电压失真小，应用广泛11f+=RRA1f2RR>引入负反馈：选：RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥）>32、利用二极管作为非线性环节稳压措施：1、Rf采用负温度系数热敏电阻；R1采用正温度系数热敏电阻；11f+=RRA习题三三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路频率可调范围：几赫兹－－－几百千赫兹双层波段开关进行频率粗调同轴电位器进行频率细调电子琴的振荡电路：_+

+

RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21四.RC移相式振荡电路

1.RC移相电路

（1）RC超前移相电路

（2）RC滞后移相电路

φA+90°+180°+270°0°φA-90°-180°-270°0°2.RC移相式振荡电路

在

f0处满足相位条件：振荡频率：RC正弦波振荡器的适用范围RC正弦波振荡器只适用于低频产生，原因有二：⑴因为f0=1/2

RC，所以要提高f0，就要减小R、C的数值，R越小，放大电路的负载越重，C越小越易受寄生电容的影响，频率不稳。⑵集成运放的带宽较窄，例如741的单位增益带宽fC=1MHz，由运放构成的RC正弦波振荡器的频率一般不超过1MHz。8.1.3LC正弦波振荡电路1.LC谐振回路的频率特性R为电感和回路中的损耗电阻并联谐振。信号频率较低时，网络呈感性信号频率较高时，网络呈容性信号频率为某一值时，网络呈纯电阻性，电阻很大只有当为谐振频率时，电压放大倍数的数值最大，且无附加相移。而其它频率，电压放大倍数很小且有附加相移若在电路中引入正反馈，并能用反馈电压取代输入电压，则电路就成为正弦波振荡电路。根据反馈的方式不同，LC振荡电路分类：变压器反馈式电感反馈式电容反馈式判断是否是满足相位条件——相位平衡法：，1.断开反馈到放大器的输入端点，假设在输入端加入一正极性的信号2.用瞬时极性法判定反馈信号的极性。若反馈信号与输入信号同相，则满足相位条件；否则不满足。二.变压器反馈式LC振荡电路先提条件？例题：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＋＋＋＊＊（+）（+）（–）（+）

LC正弦波振荡器举例（–）满足相位平衡条件2.振荡频率及起振条件变压器反馈式振荡电路的交流等效电路优点：缺点：变压器式振荡器：易于产生振荡。输出电压的波形失真不大，应用广泛。变压器式振荡器：耦合不紧密，损耗较大。振荡频率稳定性不高。振荡频率：三.电感反馈式LC振荡电路（电感三点式）交流通路哈特莱振荡器射同基反+UCCCC1L1L2+––+

+例：电感三点式振荡电路正反馈中间抽头接地振荡频率四.电容反馈式LC振荡电路（电容三点式）振荡频率：考毕兹振荡器+UCCC1C1LC2+––+

反相例：电容三点式振荡电路正反馈中间抽头接地振荡频率采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路优点：缺点：变压器式振荡器：易于产生振荡。输出电压的波形失真不大，应用广泛。电感三点式：耦合紧密，振荡频率调节范围较宽。电容三点式：输出电压波形好变压器式振荡器：耦合不紧密，损耗较大。振荡频率稳定性不高。电感三点式：输出电压波形一般，常常用在对波形要求不高的设备中。电容三点式：调节振荡频率比较困难，常常用在固定振荡频率的场合。二、改错：改正图所示各电路中的错误，使电路可能产生正弦波振荡。要求不能改变放大电路的基本接法（共射、共基、共集）。｜｜

｜｜例题：改正错误，使之有可能产生正弦波振荡。要求不能改变放大电路的基本接法。改正电路原电路分析正弦波振荡电路时应注意的问题

⑴把选频网络的电容与耦合电容、旁路电容区别开来，耦合、旁路电容的容量相当大，一般看成是交流短路。⑵满足了相位平衡条件，说明电路有振荡的可能，还要检查是否满足幅值平衡条件。若不满足相位条件，肯定不能振荡。三、试将图所示电路合理连线，组成RC桥式正弦波振荡电路。

8.5判断图所示各电路是否可能产生正弦波振荡，简述理由。设图（b）中C4容量远大于其它三个电容的容量。可能可能

8.11分别标出图所示各电路中变压器的同铭端，使之满足正弦波振荡的相位条件。+_x+__x++_+_+x++++x+_++8.12分别判断图所示各电路是否满足正弦波振荡的相位条件。可能可能不可能不可能为生活设定目标马和驴在一户人家是好朋友。人人都在忙碌，人人都没有停下自己的脚步，可结果却为何如此大相径庭呢？关键在于有的人是“西行的马”有的人是“原地打转的驴”自己制定目标并持之以恒地向前迈进时，我们的生活也就掀开了新的一页。8.2电压比较器功能：对输入信号进行鉴幅与比较的电路应用：组成非正弦波发生电路的基本单元电路。广泛应用于测量和控制中。学习重点：电压比较器的组成特点电压比较器的电压传输特性电压比较器的分析方法8.2.1概述一、电压比较器的电压传输特性

输入模拟信号，经电压比较器后，输出数字信号。

阈值电压：使输出电压跃变的输入电压值。画出电压传输特性的三要素：1.运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。二、集成运放的非线性工作区电路开环电路引入正反馈电压传输特性2.运放工作在非线性状态：(1)若UP＞UN

则UO=+UOM；

若UP＜UN

则UO=-UOM。

(2)虚断（运放输入端电流=0）

注意：此时不能用虚短！三、电压比较器的种类单限比较器滞回比较器窗口比较器1。单限比较器：电路只有一个阈值电压，当输入电压经过阈值时，输出电压产生跃变。2。滞回比较器电路有二个阈值电压，当输入电压从小到大经过阈值时，输出电压只产生一次跃变；当输入电压从大到小经过另一阈值时，输出电压也只产生一次跃变。3。窗口比较器

电路有二个阈值电压，当输入电压从小到大过程中，输出电压产生二次跃变。1.过零比较器:8.2.2单限电压比较器运放处于开环状态电压比较器输入级的保护电路电压比较器的输出限幅电路两只稳压管稳压值不同两只稳压管稳压值相同稳压管接在反馈通路中电路的优点：1。集成运放的净输入电压和净输入电流均近似为0，从而保护了输入级。2。提高了输出电压的变化速度。二、一般单限比较器分析电压传输特性的三要素：1。通过限幅电路，求UOL和UOH2。令UN和UP＝0，求阈值电压UT3。输入电压为UT时，求UO的跃变方向。灵敏度高，但抗干扰差例题：电路如图，输入波形为（A），UREF＝2V，R1＝R2＝5k,求输出波形。UT＝0VUZ＝＋6V、－6VUT＝－2VUZ＝＋5V、－5V8.2.3滞回比较器特点:电路中使用正反馈——运放工作在非线性区。具有一定的惯性，抗干扰性强。阈值电压：输出电压：输入电压从小到大变化时，＋UT时跃变，从高电平跃变为低电平；输入电压从大到小变化时，－UT时跃变，从低电平跃变为高电平.例题：R1=50k

，R2=100k

，UZ=9V。当输入ui为如图所示的波形时，画

出输出uo的波形。有参考电压的比较器电路阈值电压：输出电压：输入电压从小到大变化时，＋UT2时跃变，从高电平跃变为低电平；输入电压从大到小变化时，－UT1时跃变，从低电平跃变为高电平.总结：改变参考电压的大小和极性，其电压传输特性产生水平移动；改变稳压管的稳压电压，其电压传输特性产生垂直移动。3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性+6V-6V例题：设计一个电压比较器，使其电压传输特性如图所示，要求所用电阻阻值在20－－100kΩ之间。解：从电压传输特性得输入电压作用于同相输入端8.2.4窗口比较器三种电压比较器的分析方法：（1）在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平。（2）用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。（3）电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电平，阈值电压和输出电压的跃变方向。

输出电压的高低电平决定于限幅电路；令uP=uN所求出的uI就是阈值电压；

uI等于阈值电压时输出电压的跃变方向决定于输入电压作用于同相输入端还是反相输入端。若作用于同相端则上跳反之亦然。8.2.5集成电压比较器一、集成电压比较器的主要特点和分类将模拟信号转换成数字信号，是模拟电路和数字电路的接口电路。特点：响应速度快，传输延迟时间短，一般不需要外加限幅电路可直接驱动集成数字电路。分类：单、双、四电压比较器通用型、高速型、低功耗型和高精度型普通、集电极开路输出和互补输出

二、集成电压比较器的基本接法1。通用型集成电压比较器AD7902。集电极开路集成电压比较器LM119由LM119构成的双限比较器

及其电压传输特性8.15试分别求解图所示各电路的电压传输特性。UOL＝－UD＝－0.2VUOH＝＋UZ＝＋6VUT＝0V。uO＝±UZ＝±8VUT＝－3V解：uO＝±UZ＝±6V。令

阈值电压UT1＝0VUT2＝4V解：同相输入的滞回比较器uO＝±UZ＝±6V。令

得出阈值电压uO＝±UZ＝±5V±UT＝±3V

8.16已知三个电压比较器的电压传输特性分别如图（a）、（b）、（c）所示，它们的输入电压波形均如图（d）所示，试画出uO1、uO2和uO3的波形。常见的非正弦波矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯波8.3非正弦波发生电路8.3.1矩形波发生电路一.电路组成及工作原理由滞回比较电路+RC定时电路构成矩形波发生电路是其它非正弦波发生电路的基础。设

uo

=

+UZ,

，uO给C充电,uc

，t无穷大时，0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦

uc>UT,就有

uN>uP,

uo

立即由＋UZ变成－UZ

；uN趋于+UZ，+UZUT+uctUT--UZ二、波形分析及主要参数反之亦然。因充电、放电时间常数相同，故为方波发生电路。三、占空比可调电路说明：改变电位器的滑动端可以改变占空比,但不能改变周期。P424例8.3.18.3.2三角波发生电路结构：滞回比较器+反相积分器一.电路的组成实用三角波发生电路

将方波发生电路中的ＲＣ充放电回路用积分电路替代．互为输入与输出二、工作原理：各个分析:每个运放的输出与输入的函数关系;注重联系:各个运放的相互联系,得出电路功能.若uo1=+UZ，

uo↓，

uO=－uT↓uo1翻转为-UZ。若uo1=-UZ，

uo↑，