波形的发生和信号的转换课件.ppt

1、第八章波形的发生和信号的转换第八章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 非正弦波发生电路非正弦波发生电路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基本要求基本要求（1 1）掌握掌握电路产生正弦波振荡的幅值平衡条件和相位平衡条件，电路产生正弦波振荡的幅值平衡条件和相位平衡条件，以及以及RC桥式正弦波振荡电路的组成、起振条件和振荡频率。理桥式正弦波振荡电路的组成、起振条件和振荡频率。理解它们的振荡频率与电路参数的关系。并能够根据相位平衡条件解它们的振荡频率与电路参数的关系。并能够根据相位平衡条件正确判断电路是否可能产

2、生正弦波振荡。正确判断电路是否可能产生正弦波振荡。（2 2）理解典型电压比较器的电路组成、工作原理和性能特点）理解典型电压比较器的电路组成、工作原理和性能特点（3 3）理解由集成运放构成的矩形波、三角波和锯齿波发生电路的）理解由集成运放构成的矩形波、三角波和锯齿波发生电路的工作原理、波形分析和有关参数。工作原理、波形分析和有关参数。（4 4）了解信号转换电路的工作原理。）了解信号转换电路的工作原理。波形发生电路波形发生电路：它是一种不需外施激励就能将直流电源提供的能量转换成一定它是一种不需外施激励就能将直流电源提供的能量转换成一定频率、一定幅值的交流能量输出的电路。频率、一定幅值的交流能量输出

3、的电路。分为分为：正弦波发生电路、非正弦波发生电路：正弦波发生电路、非正弦波发生电路信号的转换电路：信号的转换电路：电压信号电压信号电流信号电流信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号电压信号电压信号频率与之成正比的脉冲信号频率与之成正比的脉冲信号2.电路组成电路组成3.起振和稳幅起振和稳幅1.振荡条件振荡条件 正弦波振荡电路能产生正弦波输出，它是在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。正弦波振荡类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波振荡电路也称为正弦波发生电路或正弦波振荡器。电路也

4、称为正弦波发生电路或正弦波振荡器。81 81 正弦波振荡电路正弦波振荡电路81 81 正弦波振荡电路正弦波振荡电路8.1.1 概述概述1.1.产生正弦波振荡的条件产生正弦波振荡的条件（正弦波振荡电路框图）（正弦波振荡电路框图）（1 1）平衡条件平衡条件tiXo在在1 1处接入处接入 的正弦信号的正弦信号iXoXFA经fXifXX 若将将1 1、2 2连接在一起连接在一起oX1FA=00ifXFAXFX 则不考虑反馈时，不考虑反馈时，AtoXotfXoAF+iXiXoXfX121FAFAFA 即FAFF AA 设1FA nFA2振幅平衡条件振幅平衡条件（n=0n=0、1 1、22）相位平衡条件）

5、相位平衡条件 以上两条件中，主要是相位平衡条件（与电路连接方式以上两条件中，主要是相位平衡条件（与电路连接方式有关，决定正反馈是否实现），如相位条件不满足，肯定不有关，决定正反馈是否实现），如相位条件不满足，肯定不会产生振荡。分析方法：瞬时极性法。振幅（决定于正反馈会产生振荡。分析方法：瞬时极性法。振幅（决定于正反馈大小，与电路参数有关）的条件可在满足相位平衡后调节电大小，与电路参数有关）的条件可在满足相位平衡后调节电路参数达到。路参数达到。电源接通瞬间，产生冲击干扰、电磁波干扰、人体干扰等；电源接通瞬间，产生冲击干扰、电磁波干扰、人体干扰等；非正弦量的起始信号含一系列频率不同的正弦分量，一个

6、正非正弦量的起始信号含一系列频率不同的正弦分量，一个正弦波振荡电路只在一个频率下满足相位平衡，故振荡电路必弦波振荡电路只在一个频率下满足相位平衡，故振荡电路必具有选频性，该振荡频率由相位平衡条件决定。即具有选频性，该振荡频率由相位平衡条件决定。即 环路环路中有选频特性网络。中有选频特性网络。FA选频网络由选频网络由R、C和和L、C等电抗性元件组成，存在于等电抗性元件组成，存在于 或或 中。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。中。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。AF-电路器件内部噪声电路器件内部噪声振荡器在刚刚起振时，为了克服电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

7、些，路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求：即要求：1|FA起振条件起振条件1)()(FA n2)()(fa 既然既然 ，起振后就要产生增幅振荡，由于电起振后就要产生增幅振荡，由于电路中非线性元件的限制，故随着振幅的增大，路中非线性元件的限制，故随着振幅的增大，的值自的值自动下降到动下降到1 1；又由于扰动的不规则性，它包含着很宽范围的；又由于扰动的不规则性，它包含着很宽范围的各种频率的振荡电压，通过振荡电路的放大与选频，就能各种频率的振荡电压，通过振荡电路的放大与选频，就能将与振荡频率相同的正弦波反馈到放大电路的输入端，而将与振荡频率相同的正弦波反馈到放大电路的输入端，而其它频率分量由于选频网

8、络的作用而被抑制。其它频率分量由于选频网络的作用而被抑制。1|FA|FA特征：需要特征：需要A、F；A的输出为的输出为F的输入，的输入，F的输出为的输出为A的输的输入；正反馈）入；正反馈）（2 2）起振条件（振荡的建立）起振条件（振荡的建立）uo=f(ui)uf=Fuoououi(uf)接通电源瞬间接通电源瞬间ui1ui1 uo1 uo1uf1(ui2)uf1(ui2ui1)ifX X 起振条件为1 FA 即1 FAnFA2A在一个正弦波振荡电路中只有在一个频率（在一个正弦波振荡电路中只有在一个频率（fo）下满足相位平衡条件。）下满足相位平衡条件。不需要输入信号，只将电源接入，则输出一定频率、

9、幅不需要输入信号，只将电源接入，则输出一定频率、幅值的波形（正弦波信号发生器、非正弦波信号发生器）。值的波形（正弦波信号发生器、非正弦波信号发生器）。频率：频率：1赫兹至几百兆赫兹；功率：几毫瓦至几十千瓦。赫兹至几百兆赫兹；功率：几毫瓦至几十千瓦。放大电路：入端接信号源，有信号输出；如不外接信号放大电路：入端接信号源，有信号输出；如不外接信号源，输出仍有一定频率和幅值的信号，则发生了自激振荡，源，输出仍有一定频率和幅值的信号，则发生了自激振荡，在放大电路中并非是好事，甚至使电路不能正常工作，需采在放大电路中并非是好事，甚至使电路不能正常工作，需采用消振电路破坏产生自激振荡的条件。但，振荡电路正

10、是利用消振电路破坏产生自激振荡的条件。但，振荡电路正是利用自激振荡进行工作的。用自激振荡进行工作的。放大电路：入端接信号源。放大电路：入端接信号源。振荡电路：无输入信号，有输出信号。振荡电路：无输入信号，有输出信号。相同点：输出由输入信号引起。相同点：输出由输入信号引起。振荡电路不外接信号源，输入信号从何而来？振荡电路不外接信号源，输入信号从何而来？2.2.正弦波振荡电路的组成及分类正弦波振荡电路的组成及分类组成：组成：（1 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过程，使电：保证电路能够有从起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。路获得一定幅值的输出量

11、，实现能量的控制。（2 2）选频网络选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。（选择满足相位平衡条件的频率荡，即保证电路产生正弦波振荡。（选择满足相位平衡条件的频率为振荡器的振荡频率。在为振荡器的振荡频率。在A A或或F F中中 。）。）（3 3）正反馈网络正反馈网络：引入正反馈，满足相位平衡条件。：引入正反馈，满足相位平衡条件。（4 4）稳幅环节稳幅环节：即非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。：即非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。（提供放大器增益变化或反馈网络系数变化）（提供放大器增益变化或反馈网络系数

12、变化）分类分类 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(f 1MHz)石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路(f 1MHz)3.3.判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤(1)(1)观察电路是否包含了正弦波振荡四个组成部分观察电路是否包含了正弦波振荡四个组成部分。(2)(2)判断放大电路是否能正常工作，即是否有判断放大电路是否能正常工作，即是否有合适合适的的静态静态工作点。工作点。（4 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，(3)(3)利用瞬时极性法判断利用瞬时极性法判断i

13、UfUoUAF+-iU+-。nFA2。1 FA若引入若引入正正反馈，则满足相位平衡条件。反馈，则满足相位平衡条件。据选频网络不同，将电路分为据选频网络不同，将电路分为RC振荡电路、振荡电路、LC振荡振荡电路、电路、RL振荡振荡电路。电路。RCRC振荡电路：由振荡电路：由RCRC组成选频网络的振荡电路，产生组成选频网络的振荡电路，产生1 11MHz1MHz的低频信号。的低频信号。LCLC振荡电路：由振荡电路：由LCLC组成选频网络的振荡电路，产生组成选频网络的振荡电路，产生1MHz1MHz以上的高频信号。以上的高频信号。RLRL振荡电路：由振荡电路：由RLRL组成选频网络的振荡电路，用于组成选频

14、网络的振荡电路，用于大功率下，通常在电视、广播中用。大功率下，通常在电视、广播中用。RC RC桥式振荡电路桥式振荡电路 RC RC移相式振荡电路移相式振荡电路RCRC正弦波振荡电路分为：桥式振荡电路、正弦波振荡电路分为：桥式振荡电路、双双T T网络式振荡电路、网络式振荡电路、移相式振荡电路。移相式振荡电路。8.1.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 电路如右图所示电路如右图所示当频率高、容抗低时，该图等效为下图：当频率高、容抗低时，该图等效为下图：cRj11cj1Rcj1ofVV滞后滞后fVoV即：即：当频率低、容抗高时，该图等效为下图：当频率低、容抗高时，该图等效为下图：RC1j11cj1

15、RRofVV即：即：fVoV超前超前所以，总存在一频率，使所以，总存在一频率，使 与与 同相。同相。fVoV1.RC串并联网络串并联网络反馈系数反馈系数)j(V)j(V)j(FofVcj1R/cj1Rcj1R/)cR1-(j31CR令：令：RC10 则则)(j3100 VF令令 f200则上式为：则上式为：)ffff(j3100VF当当RCffRC 21 100 或或幅频响应有最大值幅频响应有最大值 。31max VF使使fV与与同相。同相。oV此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为 用瞬时极性法判断可知，电用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件路满足相位平衡条件(断开输入断

16、开输入)则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件0f 当当RC10 时，时，n2fa (+)(+)(+)(+)Av311f RRAV1313 VVFA电路可以输出频率为电路可以输出频率为 的正弦波的正弦波RCf 210 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波2.RC桥式振荡器桥式振荡器3.3.振荡的建立与稳定振荡的建立与稳定oUpURRCC ARfR100Foff ，时，时，在在A满足相位平衡条件满足相位平衡条件（1 1）振荡频率振荡频率RCffo21（2 2）起振条件起振条件。1 FAu31|F|而 3 Au|311

17、RRUUAfpou12RRf（3 3）稳幅措施稳幅措施采用热敏电阻的稳幅方法采用热敏电阻的稳幅方法11RRAfuoURfI)(1RRPPf温度升高温度升高uAfR1R选用负温度系数电阻选用负温度系数电阻选用正温度系数电阻选用正温度系数电阻采用非线性元件采用非线性元件4负温度系数热敏元件负温度系数热敏元件热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，311f RRAV即即1 VVFA热敏电阻的作用热敏电阻的作用 oV oI 功功耗耗 fR 温温度度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA稳幅稳幅 VA 一级一级RC网络可产网络可产生生090的相移，的相移，二二级级 R C 网 络 可 产 生网 络 可 产

18、生0180的相移，的相移，三级三级R C 网 络 可 产 生网 络 可 产 生0270的相移。依此的相移。依此类推。类推。4.（1）一级一级RC移相网络移相网络（2）二级二级RC移相网络移相网络（3）三级三级RC移相网络移相网络RC1j-11ioVVRC1arctg000900，；，_+uoRCRCR1RFCR反相比例电路反相比例电路 A=180RC移相电路移相电路应有应有 F=180RC移相式振荡电路移相式振荡电路采用二极管稳幅方法采用二极管稳幅方法例例 图示电路中，图示电路中，A为理想运放，其最大输出电压为为理想运放，其最大输出电压为14V。（。（1 1）图中图中D1 1 、D2 2作为稳

19、幅元件，试分析其稳幅原理；（作为稳幅元件，试分析其稳幅原理；（2 2）设电路已）设电路已产生稳幅正弦波振荡，当输出电压达到正弦波峰值时，二极管正产生稳幅正弦波振荡，当输出电压达到正弦波峰值时，二极管正向压降略为向压降略为0.60.6V。试粗略估算出输出电压峰值；（。试粗略估算出输出电压峰值；（3 3）试定性说）试定性说 明因不慎使明因不慎使R2短路时，输出电压的波短路时，输出电压的波 形；（形；（4 4）定性定性说明因不慎使说明因不慎使R2 2开路开路 时，输出电压的波形。（标明振幅）时，输出电压的波形。（标明振幅）oUpURRCC AD2R15.1KD1R3R210K2.7K9.1K0.01

20、5F解：解：（1）当当uo很小时，很小时，1321|RRRAu1.57.21.91 3 3.3有利于起振有利于起振D1、D2截止（开路）截止（开路）oUpURRCC AD2R15.1KD1R3R210K2.7K9.1K0.015F当当uo幅值较大时，幅值较大时，uo0，D2导通导通uo 0，D1导通导通132/1|RrRRADu使使uo幅值趋于稳定。幅值趋于稳定。（2）RCfo216310015.0101021Hz1061OMPNuuu3112RURUUUNNDOM1.5311.96.031OMOMOMUUU 即VUOM35.8（3）132/1|RrRRADu当当R2=0时，时，电路停振电路停

21、振 3Au|直直线线。为为一一条条与与时时间间轴轴重重合合的的ou（4）当当R2=时，时，为方波。为方波。0|uAu，otuo14V-14VoUpURRCC AD2R15.1KD1R3R210K2.7K9.1K0.015F 例例 试用相位平衡条件，判断图示电路能否振荡。试用相位平衡条件，判断图示电路能否振荡。解：解：在在T1射极加射极加 的信号的信号RCf21180A 则则0F 180FA +-uiCRRe2Re1RC2RC1RbRCT1T2Vccuf+-不满足相位平衡条件，不能产生振荡。不满足相位平衡条件，不能产生振荡。CRRe2Re1RC2RC1Rb1RCT1T2Vcc(a)+-ufui+

22、-在在T1基极加基极加 的信号的信号RCf21180A 则0F 180FA 不满足相位平衡条件，不满足相位平衡条件，VccCReRRC2RbT1T2RC-Vee(b)+-ufui+-在在T1基极加基极加 的信号的信号RCf210A 则0F 0FA 满足相位平衡条件，满足相位平衡条件，不能产生振荡。不能产生振荡。能产生振荡。能产生振荡。8.1.3 LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路的构成与正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡正弦波振荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。这里的选频网络是由网络和稳幅电路。这里的选

23、频网络是由LC并联并联谐振电路构成，正反馈网络因不同类型的谐振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正正弦波振荡电路而有所不同。弦波振荡电路而有所不同。1.LC并联网络的特点并联网络的特点 2.变压器反馈变压器反馈LC振荡器振荡器 3.三点式三点式LC振荡器振荡器 4.石英晶体振荡器石英晶体振荡器)()(ioVfV1.LCLC并联网络的特点并联网络的特点LC并联谐振电路如图所示。显然输出电压是频率的函数：并联谐振电路如图所示。显然输出电压是频率的函数：谐振时谐振时0100CLLCf210谐振频率谐振频率谐振特点：谐振特点：Z=R时，时，/Z/最大；最大；与与 同相；同相；，即谐振环流，可选择恰当

24、的参数使：即谐振环流，可选择恰当的参数使：。UILCI-I/I/I/C图图 变压器反馈变压器反馈LC振荡电路振荡电路变压器反馈变压器反馈LC振荡电路如图所示。振荡电路如图所示。LC并联谐振电路作为并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈三极管的负载，反馈线圈L2与电感线圈与电感线圈相耦合相耦合,将将反馈信号送入三极管的输反馈信号送入三极管的输入回路。交换反馈线圈的入回路。交换反馈线圈的两个线头，可使反馈极性两个线头，可使反馈极性发生变化。调整反馈线圈发生变化。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。度条件得以满足。2.变

25、压器反馈变压器反馈LC振荡电路振荡电路3.三点式三点式LC振荡器振荡器仍由仍由LC并联谐振电路构成选频并联谐振电路构成选频网络。中间端的瞬时极性一定网络。中间端的瞬时极性一定在首、尾端电位之间。在首、尾端电位之间。三点的相位关系：三点的相位关系：若中间点交流接地，则首端若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反；与尾端相位相反；若首端或尾端交流接地，则若首端或尾端交流接地，则其他两端相位相同。其他两端相位相同。（1）三点式）三点式LC并联电路并联电路（2）电感三点式电感三点式LC振荡电路振荡电路电感线圈电感线圈L1和和L2是一个线圈，是一个线圈，2点是中间抽头。用瞬时极性点是中间抽头。用瞬时极性法

26、，可判断符合正反馈的相位条件。调节合适的参数将会法，可判断符合正反馈的相位条件。调节合适的参数将会满足振幅条件。满足振幅条件。3.三点式三点式LC振荡器振荡器缺点：反馈取自电感，而电缺点：反馈取自电感，而电感对高次谐波阻抗大，反馈感对高次谐波阻抗大，反馈较强，输出波形中含较多的较强，输出波形中含较多的高次谐波分量，所以输出波高次谐波分量，所以输出波形不理想。形不理想。与电感三点式与电感三点式LC振荡电路类似的有电容三点式振荡电路类似的有电容三点式LC振振荡电路荡电路。（3）电电容三点式三点式LC振荡电路振荡电路特点：由于反馈电压从电容特点：由于反馈电压从电容两端输出，所以对高次谐波两端输出，所

27、以对高次谐波阻抗小，因而可将高次谐波阻抗小，因而可将高次谐波滤除，故输出波形好。滤除，故输出波形好。3.三点式三点式LC振荡器振荡器 利用石英晶体的高品质因数的特点，将石英晶体取代利用石英晶体的高品质因数的特点，将石英晶体取代LC振荡电路中的振荡电路中的L、C元件所组成的正弦波振荡电路。元件所组成的正弦波振荡电路。4.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路（1）频率稳定问题）频率稳定问题Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。LC振荡电路中振荡电路中Q值大约为数百；石英晶体振荡电路中值大约为数百；石英晶体振荡电路中Q值大约值大约为一万至为一万至50万。故石英晶体具有极高

28、的稳定度。万。故石英晶体具有极高的稳定度。（2）石英特性）石英特性压电效应：极板间加电压，晶体产生机械变形；极板间加机械压电效应：极板间加电压，晶体产生机械变形；极板间加机械力，晶体产生电场。力，晶体产生电场。交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，当交变电压频率与固有机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，当交变电压频率与固有频率相等时，振幅最大，即产生压电谐振。频率相等时，振幅最大，即产生压电谐振。符号：4.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路石英晶体有两个谐振频率石英晶体有两个谐振频率R、L、C串联谐振：串联谐振：R、L、C与与C0并联谐振：并联谐振：等效

29、电路：0s0PCC1fCC1LC21fLC21fs0CC故故 fs 与与 fp 很接近。很接近。为此，石英晶体必须呈电感性才能为此，石英晶体必须呈电感性才能形成形成LC并联谐振回路，产生振荡。并联谐振回路，产生振荡。(3)实际使用时，需外接一小电容实际使用时，需外接一小电容Cs4.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路S0sS0CCC1fCCC1LC21fCs0，频率趋于，频率趋于fpCs趋于无穷大，频率趋于趋于无穷大，频率趋于fs即：可调整即：可调整Cs，使频率在，使频率在fs与与fp之间变化。之间变化。82 82 电压比较器电压比较器电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，电压比较器是对输入

30、信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。单限电压比较器单限电压比较器过零比较器过零比较器一般单限比较器一般单限比较器滞回比较器滞回比较器窗口比较器窗口比较器8.2.1 概述概述1.1.概念：概念：输入：模拟量输入：模拟量ui;参考电压：参考电压：（直流）直流）UREF;输出：输出：uo=0(UoL)1 1(UoH)2.传输特性传输特性)(0iufu ouiuTU3.阈值电压阈值电压 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的输入电压称为的输入电压称为电压进行比较，其结果是输出两个不同的电平。高电平

31、和低电平。电压进行比较，其结果是输出两个不同的电平。高电平和低电平。是一种模拟信号处理电路。它是将输入的模拟电压与参考是一种模拟信号处理电路。它是将输入的模拟电压与参考阈值电压，或转折电压，记作阈值电压，或转折电压，记作UT。1.运放的线性工作运用特点运放的线性工作运用特点vOVOHVOLvIO 1)运放的差模输入电压等于零运放的差模输入电压等于零2)运放的输入电流等于零运放的输入电流等于零因运放的因运放的AVO ，虚短成立，虚短成立由运放的由运放的rid，虚断成立。，虚断成立。为了达到集成运放工作在线性区的条件，一般情况下都为了达到集成运放工作在线性区的条件，一般情况下都必须在集成运放电路中

32、引入深度负反馈。必须在集成运放电路中引入深度负反馈。VVAVVOO 运算放大器特性汇总运算放大器特性汇总 由于运放的开环电压放大倍数很由于运放的开环电压放大倍数很高，即使输入毫伏级以下的信号，也高，即使输入毫伏级以下的信号，也足以使输出电压饱和，达到接近正电足以使输出电压饱和，达到接近正电源电压或负电源电压；另外，由于干源电压或负电源电压；另外，由于干扰，使工作难于稳定。扰，使工作难于稳定。vOVOHVOLvIO2.运放的非线性工作运用特点运放的非线性工作运用特点V V 时，时，vOmax=VOHV V 时，时，vOmax=VOL1)运运放放的输出电压值只有的输出电压值只有VOH或或VOL2)

33、理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零由理想运放的差模输入电阻由理想运放的差模输入电阻rid，虚断仍成立。虚断仍成立。在非线性工作时，运放的差模输入电压在非线性工作时，运放的差模输入电压vid=v+-v-可能很大，即可能很大，即v+v-。即。即非线性工作非线性工作时，时，“虚短虚短”现象不成立。现象不成立。在在电压比较器电压比较器电路中，绝大多数集成运放不是处于电路中，绝大多数集成运放不是处于开环开环状态，状态，就是只引入了就是只引入了正反馈正反馈，即输出与输入电压不再是线性关系，即，即输出与输入电压不再是线性关系，即集成运放工作在集成运放工作在非线性区非线性区。4.4.电压比较器结

34、构特点电压比较器结构特点 AuOuPuN AuOuPuN正反正反馈通路馈通路uOUOM-UOM0uP-uN5 5.电压比较器的种类电压比较器的种类（1 1）单限比较器）单限比较器uOUOHUOL0uI（2 2）滞回比较器）滞回比较器（3 3）窗口比较器）窗口比较器uOUT1UT20uIuOUOHUOL0uIUT1UT28.2.2 单限比较器单限比较器1.1.过零比较器过零比较器 AuOuI+UOM-UOMuO0uI AuOuID1D2RUREF=0时，0 uIoMUu0时，0 uIoMUu 0为限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，可加二为限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，可加二极

35、管限幅电路。极管限幅电路。AuOuIDZUZR AuOuIDZR实用电路中为满足负载需要，常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的UOL和UOH。限幅电路稳压管还可跨接在集成运放的输出端和反相输入端之间。虽图中引入了负反馈，但它仍具有电压比较器的基本特征。vIvO-+A+VCC-VEEvIOT 2 3 4 ttvOVOHOVOL输入为正负对称的正弦波时，输入为正负对称的正弦波时，输出为方波输出为方波电压传输特性：电压传输特性：0 为比较门限为比较门限vOVOHVOLvIO注意画波形时必须垂直对齐注意画波形时必须垂直对齐思考思考 1.若过零比较器如图所示，则它若过零比较器如图所示，则

36、它的电压传输特性将是怎样的？的电压传输特性将是怎样的？2.输入为正负对称的正弦波时，输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？输出波形是怎样的？vIvO+-A+VCC-VEEvOVOHVOLvIOvIOT 2 3 4 ttvOVOHOVOL2.2.一般单限比较器一般单限比较器 AuOuIDZUZR1R2RUREFuOuO+UZ-UZ0uIUTREFINURRRuRRRu212211利用叠加原理，利用叠加原理，令令uP=uN=0，求出阈值电压，求出阈值电压当当uIUT时，时，REFTURRU12所以所以uO=+UOM，所以所以uO=-UOM，)0 U REF(uO=UOH=+UZ；uO=UOL

37、=-UZ。uP=0uNup，改变参考电压的大小和极性，以及电阻R1和R2的阻值，就可以改变阈值电压的大小和极性。若要改变UI过UT时UO的跃变方向，则应将集成运放的同相输入端和反相输入端所接外电路互换。分析电压传输特性三个要素的方法是：分析电压传输特性三个要素的方法是：P P427427（）通过电压比较器（）通过电压比较器结构结构确定确定UOL和和UOH ；（）写出（）写出up和和uN的表达式，的表达式，令令uN=up，解得的，解得的输入电压输入电压就是阈值就是阈值电压电压UT ；（）（）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作用于集成运放的哪个作用于集成运放的哪个输入端

38、。输入端。当当uI从反相输入端输入（或通过电阻接反相输入端）时，从反相输入端输入（或通过电阻接反相输入端）时，uIUT，uO=UOL ；当当uI从同相输入端输入（或通过电阻接同相输入端）时，从同相输入端输入（或通过电阻接同相输入端）时，uIUT，uO=UOH。解：解：（1）A 构成过零比较器构成过零比较器（2）RC 为微分电路，为微分电路，RCT例例(a)vO vI+A C R RL D v O+vID vL 电路如图电路如图a所示，当输入信号如图所示，当输入信号如图c所示的正弦波时，定所示的正弦波时，定性画出性画出的的波波形形。及及、LOO vvv vI(c)O T 2 3 4 t t vO

39、 VOH O VOL(d)t v O O(e)vL O(f)t（3）D 削波（限幅、检波）削波（限幅、检波）例例8.2.18.2.1 在图（在图（a 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=6V6V；在图（在图（b 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，稳压管的稳定电压的稳定电压UZ=5V ；它们的输入电压为图（；它们的输入电压为图（c c）所示的三角波。）所示的三角波。试画出图（试画出图（a a）所示电路的输出电压）所示电路的输出电压UO1和图（和图（b b）所示电路的输出）所示电路的输出电压电压UO2。uI

40、/V50-5t图图(c)解：图解：图(a)(a)为过零比较器。为过零比较器。AuOuIDZR图图(a)当当uI0时，时，uO1=-UZ=-6V。6uo1/Vt0-6 AuOuIDZUZR1R2RUREFuO图图(b)5-5t0uo2/VuI/V50-5t-2 AuOuIDZUZR1R2RUREFuO图图(b)VVURRUREFT225512当当uI-2V时，时，uO1=-UZ=-5V。特点：结构简单，灵敏度高；特点：结构简单，灵敏度高；抗干扰能力差，易造成电路误动作。抗干扰能力差，易造成电路误动作。单门限比较器的抗干扰能力差单门限比较器的抗干扰能力差 vI t Vth O vO VOH O t

41、 VOL 应为高电平应为高电平错误电平错误电平8.2.3 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uN=uI，uO=UZ ；AuOuIDZUZR1R2RUREFZREFPURRRURRRu211212ZREFTURRRURRRU2112121ZREFTURRRURRRU2112122uO0uI设设t=0时，时，uO=+UZ，当当uIUT2，uIUT2时，时，UT1UT2 up=UT1。uIUT1时，时，当当uIUT1，up=UT2。重复上述过程，曲线具有方向性。重复上述过程，曲线具有方向性。回差电压回差电压衡量抗干扰能力的强弱衡量抗干扰能力的强弱越大，抗干扰能力越强，但灵

42、敏度差。越大，抗干扰能力越强，但灵敏度差。ZURRRUUUTTT211122up=+UT2；uO=+UZuO=-UZ，uO=-UZ，uO=+UZ 例例8.2.28.2.2 在图（在图（a a）所示的电路中，已知）所示的电路中，已知R1=50k=50k，R2=100k100k，稳压管的稳定电压稳压管的稳定电压UZ=9V，输入电压，输入电压uI的波形如图（的波形如图（b b）所示，）所示，试画出试画出uO O的波形的波形。AuOuIDZUZR1R2R图（图（a）3-3uI/V0t图（图（b）9-9uO/V0t解：解：ZTURRRU211uO9-90uI+3-3VV391005050(b)vO/V

43、10 5 10 5 0 VT VT+vI/V 解：解：（1）门限电压）门限电压（3）输出电压波形输出电压波形例例电路如图电路如图a所示，试求门限电压，画出传输特性和图所示，试求门限电压，画出传输特性和图c所示所示输入信号下的输出电压波形。输入信号下的输出电压波形。（2）传输特性）传输特性(a)vI R3 10k vN +A R4 1k vO DZ VZ=10V R1 20k R2 20k V521OH221REF1T RRVRRRVRVV521OL221REF1T RRVRRRVRV 0REF V0V 1O V(b)vO/V 10 5 10 5 0 VT VT+vI/V (b)vO/V 10

44、5 10 5 0 VT VT+vI/V t1 t3 t t2 vO+10V O 10V(d)vI VT+=+5V O VT=5V(c)t1 t3 t 8.2.4 窗口比较器窗口比较器uOuID1 A1D2R1 A2-+URHURLuO1uO2R2DZ设设URH URL ，R1、R2和和DZ构成限幅电路。构成限幅电路。当当uI URH，当当uI URL，当当URL uI 0时，时，uO0，当当uI 0，UD=0.7V，Aod=5105，为使二极，为使二极管管D1导通导通VVuuNP551014.01057.0D1截止，截止，uO=0。V4.1 从而从而D2导通，导通，从而从而D1导通，导通，D2

45、截止，截止，A1R12RRuID1D2uO1 A2uOR2RRR0tuIuO10tuO0t当当uI0时，时，uO1=-2uI，IOOuuu1 当当 uI0 时，时，uO=2uI-uI=uI；|IOuu 当当uI0时，时，uO1=0。当当uI0时，时，uO=-uI。1.由运放组成的电路如图所示，求输出由运放组成的电路如图所示，求输出uo1、uo的表达式。的表达式。A1+-uI1R1R2uO1uI2RfC A2R3R4uOI1212I2211p1uRRRuRRRuA1为电压跟随器为电压跟随器p1o1uu A2为积分电路为积分电路(0)udtuCR1uoo13o A3R3R4uO3fURC RfR1RC uO1DZR2CuO2A2A110K20K0.110K10K12.如图所示电路为波形发生电路，是说明它是由那些单元电路如图所示电路为波形发生电路，是说明它是由那些单元电路组成的，各起什么作用，并定性画出组成的，各起什么作用，并定性画出uo1、uo2、uo3各点的波形。各点的波形。A1为正弦波振荡电路为正弦波振荡电路A2为过零比较器为过零比较器A3为积分电路为积分电路uo1uo2uo3作作 业业 8.7 8.8 8.11 8.14 8.18 8.19