第八章波形的发生和信号的转换

1、(1-1)第第8 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)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模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1-2)第第8 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(8-2)8.1 8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.2 8.2 电压比较器电压比较器8.3 8.3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路8.4 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 8.5 锁相环及其在信号转换电路中的应用锁相环及其在信号转换电路中的应用第八章波形的发生和第八章波形的发生和变换电路变换电路(1-3)第第8

2、 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(8-3)8.1.1概述概述fidXXX改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX8.1正弦波振荡电路正弦波振荡电路(1-4)第第8 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(8-4)如果：如果：,ifXX则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfX反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX

3、+dXoXfX(1-5)第第8 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(8-5)一、产生正弦波振荡的条件一、产生正弦波振荡的条件fidofdooXXXXFXXAXFAAXXAooioF1基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+dXoXfX(1-6)第第8 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(8-6)FAo=1自激振荡的条件自激振荡的条件基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FdXoXfXoffdXFXXX,oodooXFAXAX(1-7)第第8 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(8-7)FAAAooF1如果：如果：FoAFA

4、:01则(1)正反馈足够强正反馈足够强,输入信号为输入信号为0时仍有信号输出，时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。这就是产生了自激振荡。(2)要获得非正弦自激振荡要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有反馈回路中必须有RC积分电路。例如：前面介绍的方波发生积分电路。例如：前面介绍的方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。器、三角波发生器、锯齿波发生器等。)()(FA、(3)要获得正弦自激振荡要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选频反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：(1-8)第第8 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(

5、8-8)自激振荡的条件：自激振荡的条件：1)()(FA因为：因为：AAA|)(FFF|)(所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：）振幅条件：1|AF（2）相位条件：）相位条件：nFA2n是整数是整数相位条件相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件振幅条件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。(1-9)第第8 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(8-9)问题问题1：如何启振？如何启振？Uo是振荡器的电压输出幅度，是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅是要求输出的幅度。起振时

6、度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时，达到稳定振荡时Uo=B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。分量。选频网络：选频网络：把把fo分量选出，把其他频率的分量分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：衰减掉。这时，只要：|AF|1，且，且 A+ B=2n ，即可起振。即可起振。振荡器起振过振荡器起振过程程仿真仿真(1-10)第第8 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(8-10)问题问题2：如何稳幅？如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这起振后

7、，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若时若|AF|仍大于仍大于1，则输出将会饱和失真。，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。具体方法将在后面具体电路中介绍。起振并能稳定振荡的条件：起振并能稳定振荡的条件：111AFBUAFBUAFBUooo时，时，时，(1-11)第第8 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(8-11)二、正弦波振荡电路的组成及分类二、正弦波振荡电路的组成及分类(1)放大电路放大电路:保证电路能够有从起振到动态平衡的保证电路能够有从起振到动态平衡的过程过程,

8、使电路获得一定幅值的输出量使电路获得一定幅值的输出量,实现能量的控实现能量的控制。制。1.正弦波振荡电路必须由以下四个部分组成正弦波振荡电路必须由以下四个部分组成:(2)选频网络选频网络:确定电路的振荡频率确定电路的振荡频率,使电路产生使电路产生单一频率的振荡单一频率的振荡,即保证电路产生正弦波振荡。即保证电路产生正弦波振荡。(3)正反馈网络正反馈网络:引人正反馈引人正反馈,使放大电路的输入信使放大电路的输入信号等于反馈信号号等于反馈信号。(1-12)第第8 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(8-12)(4)稳幅环节稳幅环节:也就是非线性环节也就是非线性环节,作用是使输出作

9、用是使输出信号幅值稳定。信号幅值稳定。2.正弦波振荡电路的分类正弦波振荡电路的分类:正弦波振荡电路常用正弦波振荡电路常用选频网络选频网络所用元件来命所用元件来命名名,分为分为RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路和和石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路三种类型。三种类型。RC正弦波振荡电路的振荡频率较低正弦波振荡电路的振荡频率较低,一般在一般在1MHz以下以下;LC正弦波振荡电路的振荡频率多在正弦波振荡电路的振荡频率多在1MHz以上以上;石英晶体正弦波振荡电路也可等效为石英晶体正弦波振荡电路也可等效为LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路,其特点是振荡频率非常稳定

10、。其特点是振荡频率非常稳定。(1-13)第第8 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(8-13)(1)观察电路是否包含了放大电路、选频网络、观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的三、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤方法和步骤(3)利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振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。荡的相位条件。(2)判断放大电路是否能够正常工作判断放大电路是否能够正常工作,即是否有合即是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出适的静态工

11、作点且动态信号是否能够输入、输出和放大。和放大。(4)判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件,即是即是否满足起振条件。否满足起振条件。(1-14)第第8 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(8-14)8.1.2RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路用用RC电路构成选频网络的振荡电路即所谓的电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振振荡电路，可选用的荡电路，可选用的RC选频网络有多种，这里只介选频网络有多种，这里只介绍绍文氏桥选频电路文氏桥选频电路。R1C1R2C2iUoU一、一、RC串并联选频网络串并联选频网络(1-15)第第8 8章章 波形的发生和

12、信号的转换波形的发生和信号的转换(8-15)1()1(112211221CRCRjCCRRUUio 1221212CRfCRfoo 时，相移为时，相移为0 0。R1C1R2C2iUoU(1-16)第第8 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(8-16)212121CCRRfo如果：如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：，则：RCfo21)(31ffffjUUooio )(ffffarctgoo 31 22)(31ffffUUooio 传递函数：传递函数：相频特性：相频特性：幅频特性：幅频特性：fofioUU31+90 90 f0(1-17)第第8 8章章 波形的发生和信号的

13、转换波形的发生和信号的转换(8-17)二、二、RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路0A所以，要满足相位所以，要满足相位条件，只有在条件，只有在fo处处0F因为：因为：1AF122RR uo_+ + R2RCRCR1121RRA31112FRRA(1-18)第第8 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(8-18)能自行启动的电路（能自行启动的电路（1）uotRTA半导体半导体热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，RT略大于略大于2R1，使使|AF|1，以便起振；，以便起振；_+ + RTRCRCR1t uo起振后，起振后，uo逐渐增大则逐渐增大则RT逐渐减小，使得输出逐渐减小，使得

14、输出uo为某值时，为某值时，|AF|=1，从而稳幅。从而稳幅。(1-19)第第8 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(8-19)能自行启动的电路（能自行启动的电路（2）R22为一小电阻，为一小电阻，使使(R21+R22)略大于略大于2R1，|AF|1，以，以便起振；便起振；_+ + R21RCCR1R22D1D2随着随着uo的增加，的增加，R22逐渐被短接，逐渐被短接，A自动自动下降到使下降到使|AF|=1，使，使得输出得输出uo稳定在某值。稳定在某值。(1-20)第第8 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(8-20)输出频率的调整：输出频率的调整：RCfo

15、21通过调整通过调整R或或/和和C来调整频率。来调整频率。_+ + RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3C：双联可调电：双联可调电容，改变容，改变C，用于细调振用于细调振荡频率。荡频率。K：双联波段开：双联波段开关，切换关，切换R，用于粗调振用于粗调振荡频率。荡频率。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(1-21)第第8 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(8-21)电子琴的振荡电路：电子琴的振荡电路：2121RRCfo_+ + RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21(1-22)第第8

16、 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(8-22)四、用分立元件组成的四、用分立元件组成的RC振荡器（振荡器（补充介绍补充介绍）RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+ube RC网络正反馈，网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。合适的参数则可产生振荡。(1-23)第第8 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(8-23)8.1.3LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，

17、所可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分立元件组成放大电路。本节只对以一般用分立元件组成放大电路。本节只对LC振振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。一、一、LC谐振回路的频率特性谐振回路的频率特性(1-24)第第8 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(8-24)LCo1RCLZoiCLQIIIRLQoLCfo21谐振时回路电流谐振时回路电流比总电流大的多，比总电流大的多，外界对谐振回路外界对谐振回路的影响可以忽略！的影响可以忽略！CLRiUILI(1-25)第第8 8章章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信

18、号的转换(8-25)由由LC谐振回路构成的选频放大电路：谐振回路构成的选频放大电路：(1-26)第第8 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(8-26)二、变压器反馈式振荡电路二、变压器反馈式振荡电路1.工作原理工作原理图8.1.13 在选频放大电路中引正反馈(1-27)第第8 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(8-27)变压器反馈式振荡电路：变压器反馈式振荡电路：图8.1.14 变压器反馈式振荡电路(1-28)第第8 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(8-28)变压器反馈式振荡电路的交流通路：变压器反馈式振荡电路的交流通路：图8.1.1

19、5 变压器反馈式振荡 电路的交流通路(1-29)第第8 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(8-29)2.振荡频率及起振条件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：变压器反馈式振荡电路的交流等效电路：图8.1.16变压器反馈式振荡电路的交流等效电路(1-30)第第8 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(8-30)振荡频率及起振条件的分析：振荡频率及起振条件的分析：211)(IMjILjRUo 变压器原边变压器原边变压器副边变压器副边212LjRIMjIi 整理可得整理可得11)(ILjRUo 其中其中222222211222222LLRMLLR

20、LRMRRiii (1-31)第第8 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(8-31)其品质因数其品质因数CLRQ11 当当Q1时，振荡频率为时，振荡频率为CLf1021 beibcrUQIQIQI 1iiiffRLjRIMjRIU 2010 iRL 20 beifrUMQIMU 010 (1-32)第第8 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(8-32)根据根据1 ifofioUUUUUUFAMQrbe0 得得MCRrbe 3.优缺点优缺点（1）易于起振）易于起振（2）输出电压失真小）输出电压失真小（3）应用范围广）应用范围广（4）耦合不紧、损耗大、振荡频率稳

21、定性不高）耦合不紧、损耗大、振荡频率稳定性不高(1-33)第第8 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(8-33)三、电感反馈式振荡电路（电感三点式）三、电感反馈式振荡电路（电感三点式）1.电路组成电路组成图图8.1.17电感反馈式振荡电路电感反馈式振荡电路2.工作原理工作原理(1-34)第第8 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(8-34)图图8.1.18电感反馈式振荡电路的交流通路电感反馈式振荡电路的交流通路(1-35)第第8 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(8-35)例：例：正反馈正反馈频率由频率由C、L1、L2谐振网谐振网络决定。

22、络决定。+UCCCC1L1L2C2uL1uL2uC设设uB uC uD uB uL2 ube uL1 D(1-36)第第8 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(8-36)3.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件图图8.1.19电感反馈式振荡电路的交流等效电路电感反馈式振荡电路的交流等效电路(1-37)第第8 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(8-37)CMLLf)2(21210 振荡频率振荡频率反馈系数反馈系数MLMLMjLjMjLjUUFof 1212 2FRRii iLLRRR /beLurRA (1-38)第第8 8章章 波形的发生和信号的转换波形的

23、发生和信号的转换(8-38)根据根据1FA得起振条件得起振条件LbeRrMLML21通常应通过实验确定通常应通过实验确定N2与与N1的比值，一般在的比值，一般在1/81/4之间。之间。4.优缺点优缺点（1）耦合紧、振幅大；）耦合紧、振幅大；（2）频率调节范围宽；）频率调节范围宽；（3）输出波形中含有高次谐波。）输出波形中含有高次谐波。(1-39)第第8 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(8-39)四、电容反馈式振荡电路（电容三点式）四、电容反馈式振荡电路（电容三点式）1.电路组成电路组成2.工作原理工作原理图8.1.20电容反馈式振荡电路(1-40)第第8 8章章 波形的发

24、生和信号的转换波形的发生和信号的转换(8-40)正反馈正反馈设设uB uC uC1 uC2 uB 频率由频率由L、C1、C2组成的谐振网络决定。组成的谐振网络决定。+UCCC1LC2ABC+uLuC1 dtduCdtduCiCC2211uC1减小时，减小时，uC2如何变化？如何变化？设设L、C1、C2组成的谐振网组成的谐振网络中的电流为络中的电流为i，则，则ii(1-41)第第8 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(8-41)3.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件2121021CCCCLf 振荡频率振荡频率反馈系数反馈系数21CCUUFof 电压放大倍数电压放大倍数beLi

25、ourRUUA 2/FRRRicL (1-42)第第8 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(8-42)起振条件起振条件LbeRrCC12优缺点优缺点（1）输出波形中高次谐波少，波形好；）输出波形中高次谐波少，波形好；（2）频率调节不太方便；）频率调节不太方便；（3）频率稳定度受极间电容影响较大。）频率稳定度受极间电容影响较大。(1-43)第第8 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(8-43)4.稳定振荡频率的措施稳定振荡频率的措施（1）克拉泼）克拉泼(Clapp)振荡器振荡器图8.1.22电容反馈式振荡电路的改进(1-44)第第8 8章章 波形的发生和信号的

26、转换波形的发生和信号的转换(8-44)回路总电容回路总电容(C3C1，C3C2)332111111CCCCC振荡器的振荡频率为振荡器的振荡频率为302121LCLCf振荡频率高于振荡频率高于100MHz时，应采用共基放大电路时，应采用共基放大电路(1-45)第第8 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(8-45)图8.1.23采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路(1-46)第第8 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(8-46)（2）席勒）席勒(Siler)振荡器振荡器(1-47)第第8 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(8-47)43432

27、11111CCCCCCC)(2121430CCLLCf振荡器的振荡频率为振荡器的振荡频率为回路总电容回路总电容(1-48)第第8 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(8-48)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一、石英晶体的特点一、石英晶体的特点(1-49)第第8 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(8-49)(1-50)第第8 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(8-50)压电效应当晶体受外力作用而形变（如伸缩、压电效应当晶体受外力作用而形变（如伸缩、切变、扭曲等）时，就在它对应的表面上产生正、切变、扭曲等）时，就在它

28、对应的表面上产生正、负电荷，呈现出电压。负电荷，呈现出电压。2.石英晶体的等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路和振荡频率反压电效应当在晶体两端面加电压时，晶体反压电效应当在晶体两端面加电压时，晶体又会产生机械形变。若电压为交变电压，则晶体又会产生机械形变。若电压为交变电压，则晶体就会发生周期性的振动（且具有一固有谐振频就会发生周期性的振动（且具有一固有谐振频率），同时会有电流流过晶体。率），同时会有电流流过晶体。1.压电效应和压电振荡压电效应和压电振荡(1-51)第第8 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(8-51)(a)谐振频率附近的等效电路谐振频率附近的等效电路;(b)频

29、率特性曲线频率特性曲线图图8.1.28石英晶体的等效电路及其频率特性石英晶体的等效电路及其频率特性(1-52)第第8 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(8-52)000011212121CCfCCLCCCCCLfLCfSpS6410101CLRQ品质因数为品质因数为频率稳定度频率稳定度111086010101010或ff串联谐振频率和并联谐振频率为串联谐振频率和并联谐振频率为(1-53)第第8 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(8-53)二、石英晶体正弦波振荡电路二、石英晶体正弦波振荡电路1.并联型石英晶体正弦波振荡电路并联型石英晶体正弦波振荡电路图8.

30、1.29并联型石英晶体振荡电路(1-54)第第8 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(8-54)2.串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路图8.1.30串联型石英晶体振荡电路(1-55)第第8 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(8-55)8.2电压比较器电压比较器一、电压比较器的电压传输特性一、电压比较器的电压传输特性比较器的输出电压比较器的输出电压uO与输入电压与输入电压uI之间的对之间的对应关系叫作比较器的传输特性应关系叫作比较器的传输特性,它可用曲线表示它可用曲线表示,也也可用方程式表示。可用方程式表示。电压传输特性的三个要素：电压传输特性的三

31、个要素：1.输出高电平和低电平的数值：输出高电平和低电平的数值：Uo=UOH(正正向饱和向饱和)、Uo=UOL(负向饱和负向饱和)；8.2.18.2.1概述概述(1-56)第第8 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(8-56)3.比较器的跃变反向：输入信号结果阈值比较器的跃变反向：输入信号结果阈值UT时是从低电平到高电平跃变还是从高电平到低时是从低电平到高电平跃变还是从高电平到低电平跃变。电平跃变。2.比较器的阈值：比较器的输出状态发生跳比较器的阈值：比较器的输出状态发生跳变的时刻变的时刻,所对应的输入电压值叫作比较器的阈所对应的输入电压值叫作比较器的阈值电压值电压,简称阈值

32、；或叫门限电压简称阈值；或叫门限电压,简称门限。简称门限。记作记作UT。(1-57)第第8 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(8-57)二、集成运放的非线性工作区二、集成运放的非线性工作区图图8.2.1集成运放工作在非线性区的集成运放工作在非线性区的电路特点及其电压传输特性电路特点及其电压传输特性(1-58)第第8 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(8-58)三、电压比较器的种类三、电压比较器的种类1.单限比较器单限比较器2.滞回比较器滞回比较器3.窗口比较器窗口比较器图8.2.2电压比较器电压传输特性举例(1-59)第第8 8章章 波形的发生和信号的转

33、换波形的发生和信号的转换(8-59)8.2.28.2.2单限比较器单限比较器uoui0+UOM-UOM+uoui一、过零比较器一、过零比较器+uouiuoui0+UOM-UOM(1-60)第第8 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(8-60)+uouitui例：例：利用电压比较器将正利用电压比较器将正弦波变为方波。弦波变为方波。uot+Uom-Uom仿真仿真(1-61)第第8 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(8-61)电路改进电路改进1：用二极管进行输入限幅。用二极管进行输入限幅。图图8.2.4电压比较器输入级的保护电路电压比较器输入级的保护电路(1-6

34、2)第第8 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(8-62)+uiuoui0+UZ-UZ电路改进电路改进2：用稳压管稳定输出电压。用稳压管稳定输出电压。+uiuo UZRR uo UZ电压比较器的另一种形式电压比较器的另一种形式将双向稳压管接在负反将双向稳压管接在负反馈回路上馈回路上(1-63)第第8 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(8-63)uoui0+Uom-UomUR传输特性传输特性UR：参考电压：参考电压ui：被比较信号：被比较信号+uouiUR特点：运放处于开环状态。特点：运放处于开环状态。当当uiUR时时,uo=+Uom当当uiUR时时,uo=

35、-Uom1.若若ui从同相端输入从同相端输入二、一般单限比较器二、一般单限比较器(1-64)第第8 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(8-64)+uouiURuoui0+Uom-UomUR当当uiUR时时,uo=-Uom2.若若ui从反相端输入从反相端输入(1-65)第第8 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(8-65)3.若若ui与参考电压与参考电压UREF在同端输入在同端输入图8.2.7一般单限比较器及其电压传输特性(1-66)第第8 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(8-66)REFINURRRuRRRu2122110PNuu令：

36、令：REFTURRU12分析电压传输特性的三要素：分析电压传输特性的三要素：（1）根据限幅电路确定电压比较器的输出低电平）根据限幅电路确定电压比较器的输出低电平UOL和和高电平高电平UOH;（2）写出）写出uN、uP的表达式，令的表达式，令uN=uP求出求出UT;（3）根据输出信号的跃变反向，确定反相输入还是同相）根据输出信号的跃变反向，确定反相输入还是同相输入。输入。(1-67)第第8 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(8-67)单限比较器的特点单限比较器的特点1.电路简单电路简单。2.当当Ao不够大时，输不够大时，输出边沿不陡。出边沿不陡。3.容易引入干扰。容易引入干扰

37、。tuiuot过零附近仍过零附近仍处于放大区处于放大区(1-68)第第8 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(8-68)8.2.38.2.3滞回比较器滞回比较器图图8.2.9滞回比较器及其电压传输特性滞回比较器及其电压传输特性一、反相输入滞回比较器一、反相输入滞回比较器(1-69)第第8 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(8-69)分析分析1.因为有正反馈，所以因为有正反馈，所以输出饱和。输出饱和。2.当当uo正饱和时正饱和时(uo=+UOM：U+TomUURRRU2113.当当uo负饱和时负饱和时(uo=UOM)：TomUURRRU211+uoRR2R1

38、ui参考电压由参考电压由输出电压决定输出电压决定特点：特点：电路中使用正反馈，运放处于非线性状态。电路中使用正反馈，运放处于非线性状态。1.没加参考电压的反没加参考电压的反相输入滞回比较器相输入滞回比较器(1-70)第第8 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(8-70)分别称分别称+UT和和-UT上下阈值电压上下阈值电压。称。称(+UT)(-UT)为为回差回差。当当ui增加到增加到UT时，输出时，输出由由Uom跳变到跳变到-Uom；+uoRR2R1ui当当ui减小到减小到UT时，输出时，输出由由-Uom跳变到跳变到Uom。传输特性：传输特性：uoui0Uom-Uom+UT-U

39、T小于回差的干扰不会引起小于回差的干扰不会引起跳转。跳转。跳转时，正反馈加跳转时，正反馈加速跳转。速跳转。(1-71)第第8 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(8-71)tuiUom-UomtuiUTUT例：例：反相输入滞回比较器反相输入滞回比较器的输入为正弦波时，的输入为正弦波时，画出输出的波形。画出输出的波形。+uoRR2R1ui(1-72)第第8 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(8-72)REFomTURRRURRRU212211REFomTURRRURRRU2122112.加上参考电压后的反相输入滞回比较器加上参考电压后的反相输入滞回比较器加上

40、参考电压后的上下限：加上参考电压后的上下限：+uoRR2R1uiUREFuoui0Uom-Uom+UT-UT(1-73)第第8 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(8-73)反相输入滞回比较器两种电路反相输入滞回比较器两种电路传输特性传输特性的比较的比较:+uoRR2R1uiuoui0Uom-Uom+UT-UT+uoRR2R1uiURuoui0Uom-Uom+UT-UT(1-74)第第8 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(8-74)例：例：R1=10k ，R2=20k ，UOM=12V，UR=9V当当输入输入ui为如图所示的波形时，画出输出为如图所示的波形

41、时，画出输出uo的的波形。波形。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-Uom+UT-UT5V10Vuit0(1-75)第第8 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(8-75)首先计算上下门限电压：首先计算上下门限电压：+uoRR2R1uiURV10212211RomHURRRURRRUV2212211RomLURRRURRRU(1-76)第第8 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(8-76)+UOM-UOM根据传输特性画输出波形图。根据传输特性画输出波形图。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-Uom+UT+UTuiuott10V5V002V(1-77

42、)第第8 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(8-77)0211212omiURRRuRRRuP=0时翻转，可以求出上下门限电压。时翻转，可以求出上下门限电压。0211212omiURRRuRRR二、同相输入滞回比较器二、同相输入滞回比较器+uoRR2R1uiTomiUURRu21TomiUURRu21当当u+u-=0时时,uo=+UOM当当u+u-=0时时,uo=-UOM1.没加参考电压的同相输入滞回比较器没加参考电压的同相输入滞回比较器(1-78)第第8 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(8-78)uoui0Uom-Uom传输特性曲线传输特性曲线+UT

43、-UT+uoRR2R1uiomTURRU21omTURRU21上下阈值电压：上下阈值电压：(1-79)第第8 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(8-79)+uoRR2R1uiUR上下阈值电压：上下阈值电压：当当uo=+UOM时：时：当当uo=-UOM时：时：RomiUURRRuRRR211212RomiUURRRuRRR211212RomTURRRURRU221212.加上参考电压后的同相输入滞回比较器加上参考电压后的同相输入滞回比较器RomTURRRURRU22121(1-80)第第8 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(8-80)传输特性：传输特性：+

44、UT-UTuoui0Uom-Uom+uoRR2R1uiUR+uoRR2R1uiuoui0Uom-Uom+UT-UT对照对照(1-81)第第8 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(8-81)迟滞比较器电路改进：迟滞比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管。在输出端加上双向稳压管。思考题：思考题：如何计算上下限？如何计算上下限？ UZ+uoRR2R1uiuo UZ+RR2R1ui(1-82)第第8 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(8-82)8.2.48.2.4窗口比较器窗口比较器图8.2.13双限比较器及其电压传输特

45、性(1-83)第第8 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(8-83)当输入电压当输入电压uI大于大于URH时时,必然大于必然大于URL,所以集成运放所以集成运放A1的输出的输出u01=+UOM,A2的输出的输出u02=-UOM,使得二极管使得二极管D1导通导通,D2截止截止,电流通路如图中实线所标注电流通路如图中实线所标注,稳压管稳压管Dz工作在稳压状态工作在稳压状态,输出电压输出电压uo=+Uz。当当uI小于小于URL时时,必然小于必然小于URH,所以所以A1的输出的输出u01=-UOM,A2的输出的输出u02=+UOM因此因此D2导通导通,D1截止截止,电流电流通路如图中

46、虚线所标注通路如图中虚线所标注,Dz工作在稳压状态工作在稳压状态,uo仍仍为为+Uz。当当URLuIUT,就有就有u-u+,在在ucUT时，时，u- T1时，则为锯齿波发生器。时，则为锯齿波发生器。uo1被嵌位被嵌位于于Uz8.3.38.3.3锯齿波发生电路锯齿波发生电路(1-103)第第8 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(8-103)uot改变三角波发生器中积改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数，分电路的充放电时间常数，使放电的时间常数近似为使放电的时间常数近似为0，即把三角波发生器转换成了即把三角波发生器转换成了理想锯齿波发生器。理想锯齿波发生器。couuuct

47、(1-104)第第8 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(8-104)()(10013tuttUCRuoZo设滑动端移到最上端，且设滑动端移到最上端，且u u0101=+U=+UZ Z时，时，D D1 1导通，导通，D D2 2截止，输出电压的表达式为截止，输出电压的表达式为uo随时间线性下降。随时间线性下降。(1-105)第第8 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(8-105)当当u u0101=-U=-UZ Z时，时，D D1 1截止，截止，D D2 2导通，输出电压的表达式为导通，输出电压的表达式为)()()(11123tuttUCRRuoZWouo随

48、时间线性下降。随时间线性下降。因因RWR3, u u0101和和u u0 0的波形如图的波形如图8.3.108.3.10所示。所示。)(2321011下降CRRRttT)()(2321122上升CRRRRttTW2231)2(2TRCRRRTW(1-106)第第8 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(8-106)WRRRTT3312占空比为：占空比为：调整调整R1、R2可以改变锯齿波的幅值；调整可以改变锯齿波的幅值；调整R1、R2、RW、C可以改变振荡周期；调整电位器可以改变振荡周期；调整电位器滑动端的位置，可以改变滑动端的位置，可以改变u01的占空比及锯齿波上的占空比及锯齿

49、波上升和下降的斜率。升和下降的斜率。(1-107)第第8 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(8-107)图8.3.10 锯齿波发生电路输出波形(1-108)第第8 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(8-108) 例例1。请在图。请在图3(a)电路的变压器原、副边绕组标明同名端电路的变压器原、副边绕组标明同名端, 使电路能产生正弦波振荡；写出使电路能产生正弦波振荡；写出(a)、（、（b）电路振荡频率）电路振荡频率表达式；并分别写明两电路的名称（变压器反馈式振荡电表达式；并分别写明两电路的名称（变压器反馈式振荡电路，电感三点式振荡电路，电容三点式振荡电路）。

50、路，电感三点式振荡电路，电容三点式振荡电路）。 (1-109)第第8 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(8-109)01 2fLC图图(a)为变压器反馈式振荡电路为变压器反馈式振荡电路 图图(b)为电容三点式振荡电路为电容三点式振荡电路 012121 2fC CLCC(1-110)第第8 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(8-110)例例2.试用相位平衡条件判断图试用相位平衡条件判断图3中两电路能否产生正弦波振荡，如中两电路能否产生正弦波振荡，如可能振荡，指出该振荡电路属于什么类型，组成选频网络的元可能振荡，指出该振荡电路属于什么类型，组成选频网络的元件

51、，并写出其振荡频率表达式。件，并写出其振荡频率表达式。 图图(a)能振荡，为电容三点式振荡电路能振荡，为电容三点式振荡电路组成选频网络的元件：组成选频网络的元件：C1，C2，L1 2121 2CCfCC CLC图图(b)能振荡，为变压器反馈式振荡电路能振荡，为变压器反馈式振荡电路组成选频网络的元件：组成选频网络的元件：C1，L 1 2fLC(1-111)第第8 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(8-111)例例3.RC正弦波振荡电路如图正弦波振荡电路如图3所示。所示。 (1)为使电路起振为使电路起振, Rf 应应如何选择？如何选择？ (2)欲使电路输出欲使电路输出100Hz

52、的正弦信号的正弦信号, R应选多应选多大大? （3）说明组成选频网络的有关元件）说明组成选频网络的有关元件。 1240fRRK12fRC115.92RKHzfC 解：解：(1) (2) (3)组成选频网络的元件：组成选频网络的元件：R，C (1-112)第第8 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(8-112) 例例4.图中两图为正弦波发生器电路图中两图为正弦波发生器电路, 请在图中标明请在图中标明N的输入的输入端符号和变压器端符号和变压器T的同名端；写出图的同名端；写出图(a)中电阻中电阻R1的取值要的取值要求和图求和图(b)振荡频率的表达式。振荡频率的表达式。 (1-113)第第8 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(8-113)12fRR1 2fLC图图(a)中：中：图图(b)中：中：(1-114)第第8 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(8-114)例例5.理想运放理想运放N1, N2组成的电路如图所示，回答下列问题：组成的电路如图所示，回答下列问题： (1) N1, N2与相应的阻容元件各组成何种电路？与相应的阻容元件各组成何种电路？ (2)分别写分别写出出uo与与uo1 的关系式。的关系式。(3)设设t=0时刻，电容时刻，电容C上的电压上的电压Uc(0)=0，并已知，并已知