第八章波形的发生和信号的转换

1、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2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 非正弦波振荡电路非正弦波振荡电路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 锁相环在信号转换电路中的应用锁相环在信号转换电路中的应用38.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.1.1 概述概述正弦波振荡器：正弦波振荡器： 产生正弦波信号的电路。产生正弦波信号的电路。 接通电路的电源，即开始工作，输接通电路的电源，即开始工作，输出一定频率的正弦波信号。出一定频率的正弦波信号。不需

2、要输入信号？不需要输入信号？自激振荡自激振荡 ！4iU放大电路放大电路AioUAU 反馈网络反馈网络FtUU sin2ii ofUFU如果反馈电压如果反馈电压 uf 与原输入信号与原输入信号 ui 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。5 在正弦波振荡电路中，一要反馈信号取代输入信号，即在正弦波振荡电路中，一要反馈信号取代输入信号，即电路中必须引入正反馈；二要有外加的选频网络，用以确定电路中必须引入正反馈；二要有外加的选频网络，用以确定振荡频率。振荡频率。在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动

3、下，对于某一特定频率f f0 0的信号形成正反馈：的信号形成正反馈：oioXXX 由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。一、产生正弦波振荡的条件一、产生正弦波振荡的条件6XoXf(Xi)XoooXFAX1 FA正弦波振荡的平衡条件为正弦波振荡的平衡条件为反馈信号代替了放大电路的反馈信号代替了放大电路的输入信号，输入信号为输入信号，输入信号为0时时仍有输出。称为自激振荡。仍有输出。称为自激振荡。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FXiXoXfXo基本放大基本放大电路

4、电路Ao反馈电路反馈电路FXi=0XiXoXfXo+1. 1. 自激振荡条件自激振荡条件：7（1）幅值条件幅值条件：（2 2）相位条件：）相位条件：（n是整数）是整数）相位条件相位条件保证反馈极性为正反馈，保证反馈极性为正反馈，振幅条件振幅条件保证反馈有足够的强度。保证反馈有足够的强度。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。2FAn自激振荡条件自激振荡条件1 FA1 |FA|起振条件起振条件1 |FA|电路把除电路把除f=f0以外的输出量均衰减为零，因此输出以外的输出量均衰减为零，因此输出量为量为f=f0的正弦波。的正弦波。82. 2. 起振与稳幅起振与稳幅：

5、输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。很多种频率很多种频率9频率逐渐变频率逐渐变为单一为单一10振幅越来越大振幅越来越大11趋于稳幅趋于稳幅122. 2. 起振与稳幅起振与稳幅1FA电路如何从起振到稳幅？电路如何从起振到稳幅？oX)(ifXXooXFAAFAF稳定的稳定的振幅振幅非线性环节非线性环节的必要性！的必要性！13二、正弦波振荡电路的组成二、正弦波振荡电路的组成（2）选频网络：确定电路的振荡频率。）选频网络：确定电路的振荡频率。（3）正反馈网络：引入正反馈。）正反馈网络：引

6、入正反馈。（4）稳幅环节：使输出信号幅值稳定。）稳幅环节：使输出信号幅值稳定。RC正弦波振荡电路、正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路。振荡电路。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FXiXoXfXo正弦波振荡电路的组成：正弦波振荡电路的组成：（1）放大电路：保证电路能够有从起）放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。定幅值的输出量，实现能量的控制。正弦波振荡电路的分类：正弦波振荡电路的分类：常合二为一常合二为一14三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的

7、方法和步骤三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤1) 是否存在主要组成部分；是否存在主要组成部分；2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是点，信号是 否可能正常传递，没有被短路或断路；否可能正常传递，没有被短路或断路；3) 是否满足相位条件，即是否存在是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡，是否可能振荡 ；4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。是否满足幅值条件，即是否一定振荡。15相位条件的判断方法相位条件的判断方法：瞬时极性法瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号的信号Ui，且

8、规，且规定其极性，然后根据定其极性，然后根据 Ui的极性的极性 Uo的极性的极性 Uf的极性的极性若若Uf与与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。可能产生自激振荡。 在多数正弦波振荡电路在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。反馈量均为电压量。 iU极性？极性？16四、振荡电路分类四、振荡电路分类常用选频网络所用元件分类。常用选频网络所用元件分类。1) RC正弦波振荡电路：几百千赫以下正弦波振荡电路：几百千赫以下2) LC正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫正弦波振荡电路：几百千赫几

9、百兆赫3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定17高频段：反馈电压相位高频段：反馈电压相位滞后趋近于滞后趋近于-900，幅值，幅值趋近于趋近于08.1.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路一、一、RC串并联选频网络串并联选频网络RRCC+-oUfURCoUfU+-IRC+-oUfUI0oUfUI0oUfUI低频段：反馈电压相位低频段：反馈电压相位超前趋近于超前趋近于+900，幅值，幅值趋近于趋近于0 在频率从在频率从0中必有一个频率中必有一个频率f0，F0。18CRCRCRUUFj1/j1j1/ofRCRCF1j31RCf210ffffF00j312002

10、31|ffffFffff0031tanac整理可得整理可得令令RC10代入上式，得代入上式，得幅频特性幅频特性相频特性相频特性RRCC+-oUfU19+900-900f F00f0ff0|F| 31200231|ffffFffff0031tanac幅频特性幅频特性相频特性相频特性时，时，0ff Of3131UUF即，同相位与即OfF0UU，203|uA二、二、RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路oU放大电路放大电路+-相位条件相位条件0FA时，时，0ff OF3131UUF即，同相位与即OFF0UU，1|FAu自激振荡起振及平衡幅值条件自激振荡起振及平衡幅值条件3|uA幅值条件幅值条件1)

11、是否可用共射放大电路？是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？是否可用两级共射放大电路？不符合相位条件不符合相位条件不符合幅值条件不符合幅值条件输入电阻小、输出输入电阻小、输出电阻大，影响电阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于电压放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小，对小，对f0影响小影响小21oU ARfR1oURRCCRfR1+-311fpoRRUUAu1f2RR 二、二、RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路oU放大电路放大电路3u

12、A+-pURRCC处，处，在在0ff 满足幅满足幅值条件值条件满足相满足相位条件位条件1|FA0A 0F 0FART22R21R22能自行起振的文氏桥振荡器能自行起振的文氏桥振荡器加二极管作为非线性环节加二极管作为非线性环节23 加稳压管可以限制输出电压加稳压管可以限制输出电压的峰的峰- -峰值。峰值。三、振荡频率可调的三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路+C1C2C3C4RWRRWRC1C2C3C4-+-oUfU 用双层波段开关接不同的电容用双层波段开关接不同的电容，作为振荡频率，作为振荡频率f0的粗调；用同轴的粗调；用同轴电位器实现电位器实现f0的微调。振荡频率的的微

13、调。振荡频率的可调范围能够从几可调范围能够从几Hz到几百到几百kHz。24+C1C2C3C4RWRRWRC1C2C3C4-+-oUfU三、振荡频率可调的三、振荡频率可调的RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路例例8.1.1 在图中所示的电路中，已知电在图中所示的电路中，已知电容的取值分别为容的取值分别为0.01 F、 0.1 F 、 1 F 、 10 F ，电阻，电阻R=50 ，电位器，电位器RW=10k 。试问：试问：f0的调节范围？的调节范围？解：解：RCf210Hz59. 1Hz101010105021)(2163maxwmin0CRRfkHz318Hz1001. 05021216mi

14、nmax0RCff0的调节范围约为的调节范围约为1.59Hz318kHz。25讨论：讨论：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路合理连接电路，组成文氏桥振荡电路26LCfCLRQ 2110 ， 理想理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。阻抗无穷大。LCf 210谐振频率为谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗损耗 在在ff0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？阻为多少？8.1.3 LC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电流谐振！

15、电流谐振！272222jj1jLRLCLRRLRCY当当Q1时，时，|Z0|Q2R当当f= f0时，电抗时，电抗RQRRLRYZ220200|1|CL0|QXQXZ 当网络的输入电流为当网络的输入电流为I0时，电容和电感时，电容和电感的电流约为的电流约为QI0 。电流谐振！电流谐振！28ff0| ZQ值大值大Q值小值小+900f -90000f0Q值大值大Q值小值小berZAuCLiURb1Rb2+-ReCe+VCCTCbLC并联谐振电路中，在并联谐振电路中，在f=f0时，阻时，阻抗角为抗角为0，阻抗值最大。，阻抗值最大。 当当 f=f0时，电压放大倍数的数值时，电压放大倍数的数值最大，且附加

16、相移为最大，且附加相移为0。LC选频放大电路选频放大电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路29)(0iffUfUC1是必要的吗？是必要的吗？特点：特点： 易振，波形较好；耦合不紧密，易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。损耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：波振荡的步骤：1) 是否存在四个组成部分是否存在四个组成部分2) 放大电路是否能正常工作放大电路是否能正常工作3) 是否满足相位条件是否满足相位条件4) 是否可能满足幅值条件是否可能满足幅值条件 为使为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式耦合紧密，将它们合二为一，组成电

17、感反馈式电路。电路。必须有合适的同铭端！必须有合适的同铭端！为什么用分立元为什么用分立元件放大电路件放大电路如何组成？如何组成？二、变压器反馈式振荡电路二、变压器反馈式振荡电路30反馈电压取自哪个线圈？反馈电压取自哪个线圈？反馈电压的极性？反馈电压的极性？)(0iffUfU必要吗？必要吗？ 电感的三个抽头分别接晶电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电体管的三个极，故称之为电感三点式电路。感三点式电路。电路特点？电路特点？三、电感反馈式振荡电路三、电感反馈式振荡电路31特点：耦合紧密，易振，振特点：耦合紧密，易振，振幅大，幅大，C 用可调电容可获得用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形

18、较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。较差，常含有高次谐波。减小。增大，则具有相关性；若增大与故阻就是它自身的负载，因为放大电路的输入电FANFA 1 由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。三、电感反馈式振荡电路三、电感反馈式振荡电路32iUfU)(2121210CCCCLf 若要振荡频率高，则若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减的取值就要小。当电容减小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联

19、在C1和和C2上，影上，影响振荡频率。响振荡频率。LCfCCCC21 021，则且若特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。C与放大电路参数无关与放大电路参数无关作用？作用？四、电容反馈式振荡电路四、电容反馈式振荡电路33SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。结晶体按一定方向切割的晶片。压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。容性容性感性感性阻性阻性LCffCC21 ps0，故因 一般一般LC选频网络的选频网络

20、的Q为几百，石英晶体的为几百，石英晶体的Q可达可达104106；前者；前者f/f为为105，后者可达，后者可达10101011。1. 石英晶体的特点石英晶体的特点8.1.4石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路34 石英晶体工作在哪个区？石英晶体工作在哪个区？ 是哪种典型的正弦波振荡是哪种典型的正弦波振荡电路？电路？ 石英晶体工作在哪个区？石英晶体工作在哪个区？ 两级放大电路分别为哪种两级放大电路分别为哪种基本接法？基本接法？ C1的作用？的作用？（1）并联型电路）并联型电路（2）串联型电路）串联型电路2. 电路电路35改错，使电路有可能产生正弦波振荡改错，使电路有可能产生正弦波振荡同名

21、端对吗？同名端对吗？放大电路能放大吗？放大电路能放大吗？各电容的作用？各电容的作用？36同名端？同名端？iU能产生正弦能产生正弦波振荡吗？波振荡吗？“判振判振”时的注意事项：时的注意事项：1. 放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；2. 断开反馈，在断开处加断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压；的输入电压；3. 找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。三个电路有什么相同之处？这样的电路形式有什么好处？三个电路有什么相同之处？这样的电路形式有什么好处？37例例8.1.2 8.1.

22、2 为使电路能产生正弦波振荡，确定变压器的同名端。为使电路能产生正弦波振荡，确定变压器的同名端。短路短路共基放大电路共基放大电路耦合电容耦合电容旁路电容旁路电容38例例8.1.3 8.1.3 判断电路能否产生正弦波振荡，若不能，改正错误，判断电路能否产生正弦波振荡，若不能，改正错误，之能产生正弦波振荡。不改变放大电路的基本接法。之能产生正弦波振荡。不改变放大电路的基本接法。C1静态静态C、B短路，短路，Q点不合适点不合适缺缺RC，使，使C、E短路短路旁路电容旁路电容电容三点式电容三点式39一、电压比较器的功能：比较电压的大小。一、电压比较器的功能：比较电压的大小。 广泛用于各种报警电路。广泛用

23、于各种报警电路。 输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。只有高电平和低电平两种情况。 使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。8.2.1 概述概述8.2 电压比较器电压比较器40二、电压比较器的电压传输特性二、电压比较器的电压传输特性阈值电压阈值电压UT ： 使使uO从从UOH跃变为跃变为UOL，或者从，或者从UOL跃变为跃变为UOH的输入电压称的输入电压称为阈值电压，或转折电压，记作为阈值电压，或转折电压，记作UT。电压传输特性的三个要素：电压传输特性的三个要素： （

24、1）输出电压高电平）输出电压高电平UOH和低电平和低电平UOL ； （2）阈值电压）阈值电压UT ； （3）当）当uI变化且经过变化且经过UT时，时， uO跃变的方向：是从跃变的方向：是从UOHUOL ，还是从，还是从UOL UOH 。41三、集成运放的非线性工作区三、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈集成运放工作在非线性区的特点集成运放工作在非线性区的特点1) 净输入电流为净输入电流为02) uP uN时，时， uOUOM uP uN时，时， uOUOM42四、电压比较器的种类四、电压比较器的种类（1）单限比较器：只有一个阈

25、值电压）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压T2T1UUU438.2.2 单限比较器单限比较器一、过零比较器一、过零比较器 AuOuIuO+UOM-UOM0uI AuOuID1D2R阈值电压阈值电压UT=0V AuOuIuO+UOM-U

26、OM0uI 集成运放的净集成运放的净输入电压等于输输入电压等于输入电压，为保护入电压，为保护集成运放的输入集成运放的输入端，需加输入端端，需加输入端限幅电路。限幅电路。44 AuOuIDZ1DZ2RuO AuOuIDZ UZR+UZ-UZuO0uI有限幅的过零比较器有限幅的过零比较器UOH UZ UOL UD 为使为使UOL接近接近0，怎么办？怎么办？锗管锗管45 AuOuIDZR有限幅的过零比较器有限幅的过零比较器uO UZ（1）保护输入端）保护输入端（2）加速集成运放状态的转换）加速集成运放状态的转换电压比较器的分析方法：电压比较器的分析方法：（1）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；

27、）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（2）写出）写出 uP、uN的表达式，令的表达式，令uP uN，求解出的，求解出的 uI即为即为UT；（3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向。电压的跃变方向。46(1)通过研究集成运放输出端所接的限幅电路来确定通过研究集成运放输出端所接的限幅电路来确定电压比较器的输出低电平电压比较器的输出低电平UOL和输出高电平和输出高电平UOH ；(2)写出集成运放同相输入端、反相输入端电位写出集成运放同相输入端、反相输入端电位up和和uN的表达式，令的表达式，令uN=up ，解得的

28、输入电压就是阈值电，解得的输入电压就是阈值电压压UT ；(3)uO在在uI过过UT时的跃变方向决定于时的跃变方向决定于uI作用于集成运放作用于集成运放的哪个输入端。当的哪个输入端。当uI从反相输入端输入从反相输入端输入(或通过电阻或通过电阻接反相输入端接反相输入端)时，时，uIUT ，uO=UOL 。当。当uI从同相输入端输入从同相输入端输入(或通过电阻接同相或通过电阻接同相输入端输入端)时，时，uIUT ，uO=UOH 。归纳：归纳： 分析电压传输特性三个要素的方法：分析电压传输特性三个要素的方法：47二、一般单限比较器二、一般单限比较器 AuOuIDZ UZR1R2RUREFuOREF21

29、2I211NURRRuRRRu利用叠加原理，集成运放反相输入端的电位为利用叠加原理，集成运放反相输入端的电位为令令uP= uN=0，求出阈值电压，求出阈值电压REF12TURRU当当uIUT时，时， uNUT时，时， uNup ，所以，所以uO= -UOM ，uO=UOL=-UZ 。uO+UZ-UZ0uIUT48例例8.2.1在图在图(a)所示的电路中，稳压管的稳定电压所示的电路中，稳压管的稳定电压UZ= 6V；在图；在图(b)所示电路中，所示电路中，R1=R2=5k ，基准电压，基准电压UREF=2V，稳压管的稳定电，稳压管的稳定电压压UZ= 5V ；它们的输入电压为图；它们的输入电压为图(

30、c)所示的三角波。试画出图所示的三角波。试画出图(a)所所示电路的输出电压示电路的输出电压UO1和图和图(b)所示电路的输出电压所示电路的输出电压UO2。uI/V50-2-5t图图(c)解：由解：由a图可知，当图可知，当uI0时，时，uO1=-UZ = -6V 。V2V255REF12TURRU当当uI2V时，时，uO1=-UZ = -5V 。图图(b) AuO2uIDZ UZR1R2RUREFuO图图(a) AuO1uIDZRuI/V50-5tuO1/Vt60-6t50-5uO2/V-2由由b图可知图可知:49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50 AuOuI

31、R1DZ UZR2R8.2.3 滞回比较器滞回比较器令令uP= uN，求出阈值电压，求出阈值电压uO= UZ 。集成运放反相输入集成运放反相输入端的电位端的电位uN = uI，同相输入端同相输入端的电位的电位Z211PURRRuZ211TURRRU51 AuOuIR1DZ UZR2RuO= UZ 。Z211TURRRU+UZ-UZuO0uI+UT-UT 设设uIUT，则，则 uN uP， uO+UZ。此时。此时uP +UT，增，增大大 uI，直至，直至+UT，再增大，再增大， uO才从才从+UZ跃变为跃变为 UZ。 设设 uI+UT，则，则 uN uP， uOUZ。此时。此时uP UT，减小，

32、减小 uI，直至，直至UT，再减小，再减小， uO才才从从UZ跃变为跃变为+UZ。52uO/V9-90t例例8.2.2 在图在图(a)所示的电路中，已知所示的电路中，已知R1=50k ， R2=100k ，稳稳压管的稳定电压压管的稳定电压 UZ= 9V，输入电压，输入电压uI的波形如图的波形如图(b)所示，试画出所示，试画出uO的波形。的波形。解：输出高电平和低电平分解：输出高电平和低电平分别为别为 UZ= 9V ，阈值电压，阈值电压V3V91005050Z211TURRRUuI/V3-30t图（图（b）图（a） AuOuIR1DZ UZR2RuO9-90uI+3-3531. 1. 若要电压传

33、输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？讨论：如何改变滞回比较器的电压传输特性讨论：如何改变滞回比较器的电压传输特性2. 2. 若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？3. 3. 若要改变输入电压过若要改变输入电压过 阈值电压时输出电压的阈值电压时输出电压的 跃变方向，则应如何修跃变方向，则应如何修 改电路？改电路？改变输出改变输出限幅电路限幅电路54 AuOuIDZ UZR1R2RUREF同相输入端的电位同相输入端的电位Z211REF212PURRRURRRu令令uP= uN，求出阈值电压，

34、求出阈值电压Z211REF212T1URRRURRRUZ211REF212T2URRRURRRUuOUT2UT10uI558.2.4 窗口比较器窗口比较器uOuID1 A1D2R1 A2URHURLuO1uO2R2DZuOUOHUOL0URLURHuIRHIUu OMUOMURLIUu OMUOMU当当uIURH时，时，uO1= uO2= UOM，D1导通，导通，D2截止；截止； uO= UZ。当当uIURL时，时，uO2= uO1= UOM，D2导通，导通，D1截止；截止； uO= UZ 。当当URLuI URH时，时， uO1= uO2= UOM，D1、D2均截均截止；止； uO= 0。5

35、6结论：结论：(1)在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压在电压比较器中，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两种可能的情况。只有高电平和低电平两种可能的情况。(2)一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。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；令限幅电路；令uP= uN 所求出的所求出的uI就是阈值电压；就是阈值电压；

36、uI等于阈值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。端还是反相输入端。57二、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 12348765正电源正电源同相输入同相输入反相输入反相输入负电源负电源 锁存控制锁存控制 地地 输出输出 逻辑电源逻辑电源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特点特点：响应速度快，传输时间短；：响应速度快，传输时间短； 可直接驱动可直接驱动TTL、

37、 CMOS等集成数字电路等集成数字电路分类分类：按个数；按功能；按输出方式：按个数；按功能；按输出方式58 uOuNuP23467581510 0.1 F0.1 F+5V-5V uOuNuP23467581510 0.1 F0.1 F+5V+12V 12348765正电源正电源同相输入同相输入反相输入反相输入负电源负电源 锁存控制锁存控制 地地 输出输出 逻辑电源逻辑电源1）单电源供电，）单电源供电， 逻辑电源为逻辑电源为5V2） 5V双双电源供电，电源供电， 逻辑电源为逻辑电源为5V59 uOuNuP234675810.1 F0.1 F+5V+15V0.1 F-15V3） 15V双双电源供电

38、，电源供电， 逻辑电源为逻辑电源为5V60过零比较器过零比较器 AuOuIuO+UOM-UOM0uI阈值电压阈值电压UT=0V AuOuIuO+UOM-UOM0uI61一般单限比较器一般单限比较器 AuOuIDZ UZR1R2RUREFuOREF12TURRUuO+UZ-UZ0uIUT62 AuOuIR1DZ UZR2R 滞回比较器滞回比较器Z211TURRRU+UZ-UZuO0uI+UT-UT AuOuIDZ UZR1R2RUREFZ211REF212T1URRRURRRUZ211REF212T2URRRURRRUuOUT2UT10uI63窗口比较器窗口比较器uOuID1 A1D2R1 A2

39、URHURLuO1uO2R2DZuOUOHUOL0URLURHuI648.3 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矩形波三角波三角波锯齿波锯齿波尖顶波尖顶波阶梯波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。65 输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。一、基本组成部分一、基本组成部分 （1）输出只有高电平和低电平两种情况，称为两种状态：）输出只有高电平和低电平两种情况，称为两种状态：开关电路。开关电路

40、。8.3.1 矩形波发生电路矩形波发生电路（3）两个状态均维持一定的时间，决定振荡频率：延迟）两个状态均维持一定的时间，决定振荡频率：延迟环节环节 。因而采用电压比较器。因而采用电压比较器。（2）自控，在输出为某一状态时孕育翻转成另一状态的条）自控，在输出为某一状态时孕育翻转成另一状态的条件：反馈网络件：反馈网络 。 应引入反馈。应引入反馈。利用利用RC电路实现。电路实现。66二、电路组成二、电路组成Z211TURRRU正向充电：正向充电： uO（+UZ）R3C地地反向充电：反向充电： 地地C R3 uO（UZ）RC 回路回路ZU滞回比较器滞回比较器ZU67三、工作原理：分析方法三、工作原理：

41、分析方法 设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻转为另设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻转为另一暂态，并能再回到原暂态。一暂态，并能再回到原暂态。 电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无稳态。电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无稳态。 电容正向充电，电容正向充电，t uN，t ， uN UZ；但当；但当uN +UT时，再增大，时，再增大， uO从从+ UZ跃变为跃变为-UZ， uPUT，电，电路进入第二暂态。路进入第二暂态。假设第一暂态：假设第一暂态：uOUZ， uP+UT。68三、工作原理：分析三、工作原理：分析 电容反向充电，电容反向充电，t uN，t， uN - U

42、Z；但当；但当uN UT时，再减小，时，再减小， uO从从- UZ跃变为跃变为+UZ， uP+UT，电路，电路返回第一暂态。返回第一暂态。第二暂态：第二暂态：uO-UZ， uP-UT。69求出、终了值、时间常数，根据三要素，即起始值)21ln(2213RRCRT%50kTT占空比脉冲宽度脉冲宽度四、波形分析四、波形分析70 正向充电和反向充电时间常数可正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。调，占空比就可调。五、占空比可调电路五、占空比可调电路为了占空比调节范围为了占空比调节范围大，大，R3应如何取值？应如何取值？71 AuO uN(uC)DZ UZR1R2R4R3CRW1D1D2RW2

43、uC0-UTtuot0+UT-UZ+UZT1T2当当uO= +UZ时，时，uO通过通过RW1 、二极管、二极管D1、R3；对电容对电容C充电，若忽略二极管导通时的等效电充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数阻，则时间常数当当uO= -UZ时，时，uO通过通过RW2 、二极管、二极管D2、R3；对电容对电容C放电，若忽略二极管导通时的等效放电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数电阻，则时间常数CRR31W1CRR32W2211121lnRRT212221lnRRT213W2121ln2RRCRRTTT72例例8.3.1 在图中所示电路中，已知在图中所示电路中，已知R1= R2=25

44、k ， R3=5k ， RW= 100k ，C=0.1 F， UZ= 8V。试求：。试求：（1）输出电压的幅值和振荡频率约为多少？）输出电压的幅值和振荡频率约为多少？（2）占空比的调节范围约为多少？）占空比的调节范围约为多少？ AuO uN(uC)DZ UZR1R2R4R3CRW1D1D2RW2uC0-UTtuot0+UT-UZ+UZT1T2解：（解：（1）输出电压）输出电压uO = 8V。振荡周期振荡周期21321ln2RRCRRTw振荡频率振荡频率f=1/T83Hz（2）矩形波的宽度）矩形波的宽度2131121ln)(RRCRRTws1055. 0s1025102521ln101 . 01

45、0533363min1Ts105 .11s1025102521ln101 . 010)1005(33363max1Tms1 .12s101 .12s1025102521ln101 . 0101010033363占空比占空比T1/T 0.0450.9573 一、一、 电路组成电路组成 用积分运算电路可将方波变为三角波。用积分运算电路可将方波变为三角波。两个两个RC环节环节实际电路将两个实际电路将两个RC 环节合二为一环节合二为一为什么采用同相输为什么采用同相输入的滞回比较器？入的滞回比较器？ZUuO要取代要取代uC，必须改变输入端。，必须改变输入端。集成运放应用电路的分析方法：集成运放应用电路的

46、分析方法：化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算8.3.2 三角波发生电路三角波发生电路ZU74滞回比较器滞回比较器积分运算电路积分运算电路求滞回比较器的电压传输特性：三要素求滞回比较器的电压传输特性：三要素 UOH =UOL =UZ ，uI作用于集成运放的同相输入端，求作用于集成运放的同相输入端，求 UT： )()(11O12O13OtuttuCRu代入，求出，将令ZO1N1P1O212O1211P10UuuuuRRRuRRRuZ21TURRU二、工作原理二、工作原理75)()(11O12O13OtuttuCRu 合闸通电

47、，通常合闸通电，通常C 上电压为上电压为0。设。设uO1 uP1 uO1，直至，直至uO1 UZ（第一暂态）；积分电路反向积分，（第一暂态）；积分电路反向积分，t uO，一旦，一旦uO过过 UT ，uO1从从 UZ跃变为跃变为 UZ （第二暂态）（第二暂态） 。 积分电路正向积分，积分电路正向积分，t uO， 一旦一旦uO过过 UT ， uO1从从 UZ跃变为跃变为 UZ ，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的，返回第一暂态。重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。变化，即振荡。 O212O1211P1uRRRuRRRu电路状态翻转时，电路状态翻转时，uP1=?二、工作原理二、工作原理76

48、三、波形分析及振荡频率三、波形分析及振荡频率积分电路正向积分时，积分电路正向积分时， uO1 = -UZ ，起始值为起始值为-UT ，终了值为，终了值为+UT ，积分时间，积分时间为二分之一周期，为二分之一周期，)(2T1TZ3TUUCRUZ21TURRU2314RCRRT CRRRf3124)()(11O12O13OtuttuCRu771. R3应大些？小些？应大些？小些？2. RW的滑动端在最上的滑动端在最上端和最下端时的波形？端和最下端时的波形？T3. R3短路时的波形？短路时的波形？8.3.3 锯齿波发生电路锯齿波发生电路78 A1uO1DZ UZR1R2R4 A2RuOCRWR3D1

49、D28.3.3 锯齿波发生电路锯齿波发生电路uO1tuot0+UZ-UZ-UT+UTt1t2T2t0T1设二极管导通时的等效电设二极管导通时的等效电阻可忽略不计，电位器的滑动阻可忽略不计，电位器的滑动端移到最上端。当端移到最上端。当uO1=+UZ时，时， D1导通，导通， D2截止，输出电压的截止，输出电压的表达式表达式当当uO1=-UZ时，时， D2导通，导通， D1截止，输出电压的表达式截止，输出电压的表达式)()(10O01Z3OtuttUCRu)()()(11O12ZW3OtuttUCRRuCRRRttT3210112CRRRRttT)(2W3211222W31)2(2RCRRRTW3

50、312RRRTT79uItuot0+UIM-UIM0Au=1Au=-18.3.4 波形变换电路波形变换电路一、三角形变锯齿波电路一、三角形变锯齿波电路 AR5 = RuoRf = RR3 = R/2uIuCR2 = R/2R1 = RR4 = R/2 NPM当开关断开，当开关断开， uI同时作用于集成运放同时作用于集成运放的反相输入端和同相输入端，根据虚短和的反相输入端和同相输入端，根据虚短和虚断的概念虚断的概念IOuu fON2N1NIRuuRuRuu2II5435PNuuRRRRuu当开关闭合时，集成运放的反当开关闭合时，集成运放的反相输入端和同相输入端为虚地，相输入端和同相输入端为虚地，

51、 uN = uP =0，电阻，电阻R2中电流为零，等效中电流为零，等效电路是反相比例运算电路，因此电路是反相比例运算电路，因此IOuuuCM20pF100k 80二、三角波变正弦波电路二、三角波变正弦波电路1. 滤波法滤波法低通滤波电路低通滤波电路uouIuItuot00将三角波按傅立叶级数展开将三角波按傅立叶级数展开tttUtu5sin2513sin91sin8)(m2I低通滤波器的通带截止频率应大于基低通滤波器的通带截止频率应大于基波频率小于三次谐波频率。波频率小于三次谐波频率。81u/UImax t00.11.00.90.80.70.60.50.40.30.2002505007009002. 折线法折线法应采用比例系数可以自动调节的运算电路应采用比例系数可以自动调节的运算电路uI AR7uoRRfD1D2D3D1D2D3R1R2R3R1R2R3R4R5R6R4R5R6-VCC(-15V)+VCC(+15V)u1u2u3u1u2u3321321,uuuuuu当当|uI|0.3Um时，时， uo =-uI，比例系数的值，比例系数的值1|IOuuk82uI(uI0)RRfD1R1R4-VCC(-15V)iRiD1iR1iR4当当0.3Um |uI|0时，必