第9章波形發(fā)生電路和集成運(yùn)放非線性應(yīng)用

第九章 波形發(fā)生電路和集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用正弦波振蕩電路電壓比較電路非正弦波發(fā)生電路習(xí)題：9-4、9-5、9-6、9-7、9-9

、9-16

、9-17

、9-22（1.

2.

3.）1重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：正弦波振蕩電路的組成及振蕩條件的判斷;橋式RC正弦波振蕩電路的組成和工作原理;LC正弦波振蕩電路的組成和工作原理;比較器電壓傳輸特性的分析方法;矩形波、三角波、鋸齒波振蕩電路的波形分析。難點(diǎn)：本章所講述的電路具有一定的綜合性，既含有集成運(yùn)放工作

性區(qū)的積分運(yùn)算電路，又含有集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的滯回比較器，因而給學(xué)習(xí)帶來一定的

。29.1

正弦波振蕩電路第9章9.19.1.

1

概述自激振蕩是指：即使放大電路的輸入端不加信號，它的輸出端也會(huì)出現(xiàn)某一頻率和幅度的波形。在這個(gè)頻率點(diǎn)上，負(fù)反饋電路已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎答侂娐贰Ｘ?fù)反饋放大電路的自激振蕩是要消除的，而正弦波發(fā)生電路就是利用這種自激振蕩的現(xiàn)象來產(chǎn)生正弦信號。這里，人為引入了正反饋。3第9章9.1正弦波發(fā)生電路的框圖正弦波發(fā)生電路的框圖在正弦波發(fā)生電路中，人為地接成正反饋。4X

idX

fX

i

電路的輸入信號

電路的凈輸入信號電路的反饋信號o

電路的輸出信號X第9章9.1正弦波發(fā)生電路的框圖反饋信號能完全代替原來的凈輸入信號，即0i即使輸入信號

X，當(dāng)X

f

出信號

。X

o

時(shí)Xid，仍可以產(chǎn)生輸

X

f

F

X

o

X

o

A

X

id

X

f

X

id

F

X

o

X

o

/

A存在AF

11.正弦波發(fā)生電路的自激條件5AF是正1弦波發(fā)生電路中能維持等幅自激振蕩的平衡條件。因?yàn)?，、是A復(fù)F數(shù)，所以式包含幅值條件和相位條件，即(n為整數(shù))AF

1

2nA

F幅值條件6相位條件要建立振蕩（起振），電路須滿足正反饋條件即：大于

AF

A

，

F同時(shí)2使n反饋信號凈輸X入f

信號

。

，id才能使電路中自激振蕩和輸出信號由小到大建立起來。起振的幅值條件：AF

172.正弦波發(fā)生電路的組成部分8一般由以下基本部分組成：寬頻帶放大電路；引入正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)；正弦波發(fā)生電路的輸出波形應(yīng)是單一頻率的正弦波，要求電路只在所需的頻率上滿足起振和維持振蕩的條件。選頻網(wǎng)絡(luò)可設(shè)置在放大電路或正反饋網(wǎng)絡(luò)中。通常正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)合二為一。94.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。電路滿足起振條件后，輸出信號將逐漸增大。當(dāng)幅值增大到一定程度后，放大電路中的晶體管進(jìn)入飽和或者截止區(qū)，輸出波形將產(chǎn)生失真。故電路中還必須有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，其作用是在振蕩建立后，使幅值條件從AF

1

自動(dòng)演變?yōu)锳F

1

，使輸出波形基本不失真。103.正弦波發(fā)生電路的分析方法分析電路的組成;是否包含放大、反饋、選頻和穩(wěn)幅等基本環(huán)節(jié)。分析放大電路能否正常工作;是否有合適的靜態(tài)工作點(diǎn),動(dòng)態(tài)信號是否能夠輸入、輸出和放大。檢查電路能否滿足自激條件；檢查相位平衡條件和幅值平衡條件，關(guān)鍵檢查相位平衡條件。（4）估算振蕩頻率f（0

。）0取決于選頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。RC正弦波發(fā)生電路、

LC正弦波發(fā)生電路、石英晶體正弦波發(fā)生電路。RC正弦波發(fā)生電路振蕩頻率較低，一般在1MHz以下；

LC正弦波發(fā)生電路的振蕩頻率都在1MHz以上；石英晶體正弦波發(fā)生電路也可等效為LC正弦波發(fā)生電路，其振蕩頻率十分穩(wěn)定。正弦波發(fā)生電路類型分為：119.1.2 RC正弦波發(fā)生電路12RC正弦波發(fā)生電路可分為：為RC串、并聯(lián)電路式（橋式）、移相式、雙T電路式等類型。最常用的是RC串、并聯(lián)電路式。1．RC串、并聯(lián)電路的選頻特性電路由

和R1

的C串1

聯(lián)以及和R的2

并C聯(lián)2

組合串聯(lián)而成，它在RC正弦波發(fā)生電路中既是反饋網(wǎng)絡(luò)又是選頻網(wǎng)絡(luò)。13Z1

R1

1/

jC12

2R22221

jR

CZ

R

//

1

/

jC

)1411R1

1

/

jC1

1

jR2

C22

11

22112

21

jR

CR2R2R

CR

C

)

j(RC

R(1

C2

U

oZ1

Z

2F

U

f

Z

2通常取R1

R2

RC1

C2

C0

)10

3

j(

F

電路的特征角頻率：RC10

)15112

11

221C2

R1(1

)

j(R

C

C

RR

CU

oF

U

f

1610

0

)3

j(

F

10

0

)

29

(F

相頻特性為：3(

0

)0

arctgF幅頻特性為：幅值最大為1/30

0F

0在特征（諧振）頻率點(diǎn)上RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)呈電阻性。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性

時(shí)0

0，

F1170

RCF幅值最大，為1/32．RC橋式正弦波發(fā)生電路（1）電路組成由RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和同相比例運(yùn)算電路構(gòu)成。RC橋式正弦波發(fā)生電路和

為集成運(yùn)放18引入負(fù)反饋，該反饋網(wǎng)絡(luò)沒有選頻作用。FR1RRC串、并聯(lián)電路為集成運(yùn)放引入了另一個(gè)反饋（正反饋），它既是選頻網(wǎng)絡(luò)又是反饋網(wǎng)絡(luò)。（2）振蕩條件和起振條件1）產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件利用瞬時(shí)極性法判斷電路引入了正反饋。電路滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。斷開到運(yùn)放同相輸入端的連線，加入瞬時(shí)極性為正的電壓 。在某一頻率點(diǎn)U

f和

Uo'iU0

上，U

f

極性相同。192）產(chǎn)生振蕩的起振條件和幅值平衡條件同相比例電路電壓增益為：RF0已知當(dāng)

時(shí)

，Au

1

R'F

1320起振條件為AF

1RF

2R'維持振蕩的幅值平衡條件：RF

2R'（3）振蕩的穩(wěn)幅和穩(wěn)頻1）振蕩幅值的穩(wěn)定對于實(shí)際的正弦波發(fā)生電路，電源電壓、溫度、濕度等外界因素的變化將導(dǎo)致晶體管和電路元件參數(shù)發(fā)生改變，從而破壞維持振蕩的幅值平衡條件。AF為了1

穩(wěn)定輸出電壓的幅值，可以在放大電路的負(fù)反饋回路中采用非線性元件來自動(dòng)調(diào)整反饋的強(qiáng)弱。如溫控電阻。212振蕩頻率的穩(wěn)定在實(shí)用電路中往往要求正弦波發(fā)生電路的振蕩頻率有一定的穩(wěn)定度。正弦波發(fā)生電路振蕩頻率穩(wěn)定的條件是相頻特性曲線

F

()

在附0

近的斜率小于零。即

0220d

FdRC橋式正弦波發(fā)生電路中，同相放大電路

的輸出電阻很小，可視為零；輸入阻抗很大，可忽略其對RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的影響。所以電路的振蕩頻率就是RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的特

征（諧振）頻率：（4）振蕩頻率

f（0

）0

的計(jì)算12RC0f

RC正弦波發(fā)生電路通常只能用作低頻和中頻正弦波發(fā)生電路（1Hz

1）MH。z233．RC移相式正弦波發(fā)生電路（1）電路組成和振蕩條件的實(shí)現(xiàn)放大電路是反相輸入的帶電壓并聯(lián)負(fù)反饋的運(yùn)放電路。

A

180若要滿足相位平衡條件，反饋網(wǎng)絡(luò)還必須在某一特定的頻率點(diǎn)上再移相180，

使

A

F

024一節(jié)RC移相網(wǎng)絡(luò)可以移相0°～90°，需要滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件，必須有三節(jié)或者三節(jié)以上的移相電路。只需要調(diào)整

，RF就可以產(chǎn)生正弦波振蕩。2526（2）振蕩頻率的定量計(jì)算可以證明：

jRC

(RC

)

3

2U

'6

111

5(RC

)1Uo o

1RC

60

2RC

610f

振蕩時(shí)反饋系數(shù)為：29

1)

21101

5(0'Uo

(

j

)F

Uo

(

j0

)

RC為達(dá)幅值平衡，應(yīng)有RA

F

29RRC移相電路的相頻特性RC移相式正弦波發(fā)生電路一般用于振蕩頻率固定且穩(wěn)定性要求不高的場合，其頻率范圍為幾

Hz～幾十kHz。)

227)31RC1RC1

5(

(6

F

arctg

RC4．雙T選頻網(wǎng)絡(luò)正弦波發(fā)生電路R和F

為R集1

成運(yùn)放引入正反饋，雙T網(wǎng)絡(luò)引入負(fù)反饋，同時(shí)又是選頻網(wǎng)絡(luò)。雙T網(wǎng)絡(luò)特征頻率為：12RC0f

28調(diào)整可R1以改變正反饋量，使之既滿足起振要求，又不因正反饋過強(qiáng)而使波形嚴(yán)重失真。穩(wěn)壓管

V和S

用VS來2

穩(wěn)定輸出幅值。通常選其穩(wěn)1定電壓約為輸出不失真正弦波峰－峰值的1.5倍。雙T網(wǎng)絡(luò)比RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有更好的選頻特性。其缺點(diǎn)是頻率調(diào)節(jié)

，通常適用于需要產(chǎn)生固定頻率的場合。299.1.3 LC正弦波發(fā)生電路30LC正弦波發(fā)生電路通常用于產(chǎn)生高頻

(>1MHz)正弦信號。LC正弦波發(fā)生電路和RC正弦波發(fā)生電路相比，構(gòu)成方法類似，其選頻網(wǎng)絡(luò)采用可調(diào)諧的LC回路。LC回路工作在諧振頻率時(shí)電路能提供較大的增益，而其余頻率的信號被大大衰減。31通用型集成運(yùn)放的頻帶較窄，高速型集成運(yùn)放成本高，故LC正弦波發(fā)生電路一般采用分立元件組成。由LC并聯(lián)諧振回路構(gòu)成的正弦波發(fā)生電路分為變壓器耦合式和LC三點(diǎn)式兩大類。1．LC諧振回路的選頻特性LC正弦波發(fā)生電路中的選頻網(wǎng)絡(luò)大多采用LC并聯(lián)諧振回路。'一般畫法信號頻率低時(shí)容抗大，呈感性，信號頻率高時(shí)感抗大，呈容性，只有在諧振頻率點(diǎn)上網(wǎng)絡(luò)呈純阻性，且阻抗無窮大。諧振時(shí)電場能和磁場能相互轉(zhuǎn)換。：LC諧振回路的選頻特性。322．變壓器耦合式LC正弦波發(fā)生電路33根據(jù)LC回路的端點(diǎn)接到三極管電極的不同方式，變壓器耦合LC正弦波發(fā)生電路可分為三種類型：集電極調(diào)諧發(fā)射極調(diào)諧基極調(diào)諧放大電路是典型的工作

點(diǎn)穩(wěn)定電路，交流信號

能夠輸入、輸出和放大。（1）共射集電極調(diào)諧變壓器耦合LC正弦波發(fā)生電路1)電路分析：電路包含：共射放大、反饋網(wǎng)絡(luò)、LC選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)（利用三極管的非線性實(shí)現(xiàn)）。C和B

為CE基極和發(fā)射極旁路電容，比LC諧振回路的C值大很多。34斷開反饋輸入點(diǎn)（基極畫×處），加入一個(gè)瞬時(shí)極性為(+)的信號，由此可得反饋接到基極點(diǎn)的極性也為(+)，滿足相位平衡條件。只要合理選擇變壓器原、副邊線圈的匝數(shù)和其他電路參數(shù)，幅值平衡條件就很容易得到滿足。2)用瞬時(shí)極性法判斷電路相位平衡條件35（2）共基發(fā)射極調(diào)諧變壓器耦合LC正弦波發(fā)生電路1)電路分析：交流基極接地，集電極與發(fā)射極同相位。通過互感耦合，反饋信號接發(fā)射極。

CB、CE為耦合電容。36上 的接射極點(diǎn)的瞬通過同名端和互感，L3U

f時(shí)極性也為(＋)。滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。2)用瞬時(shí)極性法判斷電路相位平衡條件斷開反饋輸入點(diǎn)（射極畫×處），加入瞬時(shí)極性為(＋)的信號，集電極瞬時(shí)極性也為(＋)。37（3）共射基極調(diào)諧變壓器耦合LC正弦波發(fā)生電路1)電路分析：交流射極接地，集電極與基極反相。通過互感耦合，反饋信號接基極。

CB、CE為耦合電容。38斷開反饋輸入點(diǎn)（基極畫×處），加入瞬時(shí)極性為(＋)的信號，通過反相放大及同名端和互感L， 接基極點(diǎn)的瞬時(shí)U

f極性也為(＋)。滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。2)用瞬時(shí)極性法判斷電路相位平衡條件39（4）各種變壓器耦合LC正弦波發(fā)生電路的比較與應(yīng)用40共基放大電路的截止頻率高于共射放大電路，共基組態(tài)振蕩頻率較高且比較穩(wěn)定。變壓器耦合式正弦波發(fā)生電路應(yīng)用廣泛，但頻率穩(wěn)定度不夠高。互感線圈的分布電容限制了頻率，一般只適合產(chǎn)生頻率不太高的中、短波的正弦振蕩。3.LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路41將并聯(lián)LC回路中的電容C或者電感L一分為二（或設(shè)置中間抽頭），LC回路就有三個(gè)端點(diǎn)。把這三個(gè)端點(diǎn)分別與三極管的三個(gè)極（或者集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端）相連，就形成了

LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路。這種電路又可以分為電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式兩類。（1）電感三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路放大電路為共基接法。該電路包括了正弦波發(fā)生電路的各個(gè)基本環(huán)節(jié)，放大電路能正常工作。電感三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路也叫哈脫萊（Hartley）振蕩電路。采用了集電極調(diào)諧型

LC并聯(lián)回路，可變電容器用于調(diào)節(jié)LC振蕩頻率。42用瞬時(shí)極性法，可以判斷電路滿足產(chǎn)生正弦振蕩的相位平衡條件。L比1值，能滿足起振的幅值條件。適當(dāng)選擇電感

L、2振蕩頻率近似為:012

L'

Cf

2431L'

L

L

2LUf為L2上的電壓，極性下正上負(fù)。44由于諧振回路可以采取可變電容，其振蕩頻率可在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，在需要經(jīng)常改變頻率的場合中得到廣泛應(yīng)用。由于它的反饋電壓取自電感，它對高次諧波電抗大，故輸出波形中所含高次諧波大，波形較差。（2）電容三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路電容三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路也叫

比茲（Collpitts）振蕩電路。由瞬時(shí)極性法分析，電路滿足相位平衡條件。選擇合適的、C1的C比2值，電路能滿足起振的幅值條件Uf為C2上的電壓，極性下正上負(fù)。4546振蕩頻率近似為：012

LC'f

C1

C2C1C2C'

反饋電壓取自電容，高次諧波分量小，輸出波形較好。電容的容量可以選得很小，振蕩頻率高（可高達(dá)100MHz）。47（3）組成LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路的規(guī)律一般結(jié)構(gòu)：同相輸入端（對應(yīng)于三極管的射極e和場效應(yīng)管的源極s）。a）反相放

）同相放大組成規(guī)律：為了滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件，同性質(zhì)電抗（

和L1

或

L和2

）C1

的C中2

間點(diǎn)必須接集成運(yùn)放的例9－1

電路，分析電路能否起振。為電容三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路，放大電路為結(jié)型場效應(yīng)管組成的共源電路。應(yīng)用組成規(guī)律分析，同性源極s，可知選頻網(wǎng)絡(luò)引入了正反饋，能振蕩。質(zhì)的

C和1

中間點(diǎn)接管子的C的2用瞬時(shí)極性法進(jìn)行分析，C1上的電壓為Uf，極性上正下負(fù)。(+)(-)(+)(-)(+)(-)48

17MHz49Hz2

LC'680

752

1.3106

680

75

1012110f

振蕩頻率：9.1.4

石英晶體振蕩電路50石英晶體振蕩電路具有很高的頻率穩(wěn)定度，適用于頻率穩(wěn)定性要求高的場合。其頻率穩(wěn)定度高于數(shù)量10級5

。石英諧振器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)而制成的諧振器件。C0為靜態(tài)電容，

L模擬晶片慣性，C模擬晶片彈性，R為摩擦損耗。1．石英諧振器的電特性51符號等效電路當(dāng)忽略R時(shí)，回路的等效電抗為：(C0

C

2

LC0

C)

2

LC

11

1

)C0

C

(L

X

(L

1

1

)C0

C石英晶體電抗X的頻率特性522．晶體振蕩電路石英晶體工作在和s

之間p，X呈感性的頻段內(nèi)，它和兩個(gè)外接電容 和

C1C構(gòu)2成了電容三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路。（1）并聯(lián)型晶體振蕩電路53（2）串聯(lián)型晶體振蕩電路石英晶體工作在

處

s，是串聯(lián)諧振，相當(dāng)于純電阻。它接在電路的反饋網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)成正反饋，滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。反饋網(wǎng)絡(luò)也是選頻網(wǎng)絡(luò)。調(diào)節(jié)電阻R可使電路滿足幅值平衡條件。549.2

電壓比較電路55電壓比較電路的功能是比較兩個(gè)電壓（如輸入電壓u

和I

參考電壓

U）R

的大小，并用輸出的高、低電平表示比較結(jié)果，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元。電壓比較電路在測量、控制以及波形發(fā)生等許多方面有著廣泛的應(yīng)用。它的種類很多，如單門限比較電路，滯回比較電路以及窗口比較電路等等。9.2.1.

電壓比較電路特點(diǎn)1.電壓比較器的輸入、輸出信號輸入信號：模擬信號。輸出信號：高電平或低電平（二值信號）。使輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)所對應(yīng)的輸入電壓稱“閾值電壓”(或轉(zhuǎn)折電壓、門限電壓)，用UTH表示。56當(dāng)集成運(yùn)放處于開環(huán)工作狀態(tài)或引入了正反饋時(shí)，工作在非線性工作區(qū)。2.集成運(yùn)放工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)3.電壓比較器電路輸入與輸出是非線性關(guān)系只要兩輸入端間有無窮小壓差，輸出電壓就可達(dá)到正最大值或負(fù)最大值。當(dāng)UP>UN時(shí)，輸出+UOM

;當(dāng)UP<UN時(shí)，輸出-UOM

。理想運(yùn)放的差摸輸入電阻為無窮大。存在ip=iN=0運(yùn)放輸出電壓跳變的臨界條件是：uN

up58第8章8

2輸出電壓高、低電平值UOH和UOL；閾值電壓UTH值；當(dāng)輸入電壓變化經(jīng)過UTH時(shí)，輸出電壓躍變的方向。（是從UOH到UOL，還是從UOL到UOH

）4.畫電壓傳輸特性的三要素59當(dāng) 小于零時(shí)，輸出電壓將達(dá)到正向最大值u略IU

OM當(dāng)

u

I略大于零時(shí)，輸出電壓將達(dá)到負(fù)的最大值U。OMU

O和M的正、負(fù)向輸出電壓值。為U集OM

成運(yùn)放飽和時(shí)9.2.2

單門限電壓比較電路此比較電路叫“過零比較電路”1.參考電壓U

R

06061電路傳輸特性單門限電壓比較電路也可采用同相輸入接法，這樣就獲得了輸出電壓跳變方向相反的電壓傳輸特性。

0UTH閾值電壓：略u

I當(dāng)

時(shí)U

R，輸出為；U當(dāng)OM大于u

I

時(shí)，輸U(kuò)出R

為

。U

OM

U

R閾值電壓：

U

TH2.參考電壓U

R

0（設(shè)UR為正值）62在實(shí)際的比較電路中，為了防止輸入電壓過大，損壞集成運(yùn)放輸入級的晶體管，常在運(yùn)放輸入端接入二極管限幅電路，雙向限制運(yùn)放的輸入電壓。輸入限幅保護(hù)的過零比較電路具有輸入限幅保護(hù)的過零比較電路63為了滿足負(fù)載的需要，常在集成運(yùn)放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的U

O和H

U。OL具有輸入、輸出限幅保護(hù)的比較電路6465例9-2

電路求閾值電壓，并畫出電路的電壓傳輸特性。，設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為6V

。解：輸出電壓發(fā)生跳變的條件是：u

u

0

0u

R

u

IR2

R1此時(shí)有:因而有:THRIR2u

R1

U

U當(dāng)u

I

U時(shí)TH

，u。

此0時(shí)

u，

u為

高uO電平，uO

U；Z

當(dāng)時(shí)，u

IU

T，H為低u電

。平0

，uOuO

U

ZTHI

RR2u

R1

U

U（設(shè)UR為正值）思考：設(shè)R1=R2=5K，UR=2V,輸入為正弦波(幅值為5V），試對應(yīng)輸入畫出電路的輸出波形。669.2.3

滯回比較電路單門限電壓比較電路有中，輸入電壓在閾值電壓附近任何微小變化都將引起輸出電壓的躍變。如果輸入中帶有噪聲，當(dāng)輸入經(jīng)過閾值時(shí)，輸出可能發(fā)生多次跳變，能力差。67為解決

能力問題，電路中采用正反饋，比較電路具有了兩個(gè)閾值。這種電路的輸出既與當(dāng)前的輸入電壓有關(guān)，又與輸入的歷史狀態(tài)有關(guān)，具有滯回特性，故叫做“滯回比較電路”，又叫做“觸發(fā)電路”。681．求閾值比較電路的輸出電壓發(fā)生跳變的臨界條件是：u

u2

369

R3U

R

R2

uOR

Ru利用疊加原理有：對應(yīng)

u-u+

時(shí)的uI

即為UTH。又uO

U

ZR2

R3

R3UR

R2UZTH

1U2

3

R3U

R

R2U

ZTH

2R

RUu

Iu

u

I3702

R3U

R

R2

uOR

Ru設(shè)則71只有當(dāng)輸入逐漸增大并達(dá)到正向電壓傳輸特性。因運(yùn)放是反相輸入，當(dāng)

u足I

夠負(fù)時(shí),為uO高電平

。，

發(fā)U

T生H

1跳變uO，此為2．分析輸出和輸入之間的關(guān)系正向時(shí)在閾值電壓附近正反饋過程：u

IuOu

u

u正反饋的結(jié)果使輸出電壓uO

迅速變?yōu)閁。Z-6Vu

I性。當(dāng)

足u

I夠正時(shí)，

為u低O

電平。當(dāng)輸入逐漸減小并達(dá)到

，U輸TH出2

又一次發(fā)生跳變，這是負(fù)向電壓傳輸特+6V723．滯回電壓傳輸特性u

I滯回比較電路有兩個(gè)閾值電壓，其差叫做

“回差電壓”或“遲滯電壓”。U

思考：輸入為正弦波(幅值為

5V）時(shí)的輸出波形。734．滯回比較電路的應(yīng)用u

I和單門限電壓比較電路相比，滯回比較電路有較強(qiáng)的 能力，不易產(chǎn)生誤跳變。滯回比較電路可應(yīng)用在環(huán)境干擾比較大的場合用作波形整形。但由于存在遲滯電壓，工作精度不夠高。74例9－3

電路如圖，設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值

UZ

6V畫出電路的傳輸特性；已知輸入信號波形，試對應(yīng)畫出輸出波形。解：管擊穿。穩(wěn)壓管為集成運(yùn)放引入了深度負(fù)反饋，。在u＋=u－的臨界點(diǎn)上，uo=0,穩(wěn)壓管未擊穿，負(fù)反饋支路電阻無窮大，相當(dāng)開路，無負(fù)反饋。75只要

u

，u應(yīng)

有uO，此U時(shí)OM穩(wěn)壓R2

R3R2u

u

OZu

uO

U在uO

跳變時(shí)，必有u

u

。)32RRZOu

U

(132R2TH O

R

RU

uuO

9V

3VUTH1．畫出電路的傳輸特性（根據(jù)三要素）的滯回比較電路有很強(qiáng)能力。當(dāng)輸入波形不規(guī)則時(shí)，得到的輸出波形都是規(guī)則的矩形波。2.對應(yīng)輸入畫輸出波形9.2.4

集成電壓比較器78由于電壓比較電路可將模擬信號轉(zhuǎn)換成二值信號，其響應(yīng)速度快，傳輸延時(shí)短，廣泛用于模擬電路和數(shù)字電路的接口電路，79分類：按一個(gè)集成器件中所含比較器的數(shù)目，分為單、雙、四電壓比較器；按信號傳輸速度，可分高速、中速比較器；按功能，可分為普通型、高速型、低功耗型、低電壓型和高精度型；按輸出方式，可分為普通、集電極（漏極）開路、互補(bǔ)輸出等。雙電壓比較器LM119兩個(gè)輸出端并聯(lián)構(gòu)成了“窗口比較電路”。809.3

非正弦波發(fā)生電路81矩形波、三角波、鋸齒波、尖頂波和階梯波等均為非正弦波。非正弦波發(fā)生電路的基本組成包括：電壓比較電路、反饋環(huán)節(jié)和延遲環(huán)節(jié)。其中比較電路是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本節(jié)主要介紹矩形波、三角波和鋸齒波發(fā)生電路的組成、工作原理、波形分析和主要參數(shù)。矩形波發(fā)生電路是基礎(chǔ)，加上積分環(huán)節(jié)，就可組成三角波或鋸齒波發(fā)生電路。若在電壓比較電路的基礎(chǔ)上加上延遲和反饋環(huán)節(jié)，可使比較電路的輸出發(fā)生周期性跳變，從而產(chǎn)生振蕩。82和R1組C成“有延遲的反饋網(wǎng)絡(luò)”，電容兩端的電壓就是反饋電壓。為R4集成運(yùn)放的限流電阻。9.3.1

矩形波發(fā)生電路R41.方波發(fā)生電路的組成和工作原理1）電路組成電路由滯回電壓比較電路和RC電路組成的。83設(shè)t

輸0

出電壓為：uO

U

ZuC

0

，則u

R2

R2

R3Z(U

)u通O隨之變?yōu)椋哼^

向1

電容

充C電，一旦

上u

升到略大于

時(shí)，u

輸出電壓 迅速地uO由 跳變到 。運(yùn)U放Z

同相端電壓也U

Z(U

Z

)32R2'R

Ru

2)工作原理84如此周而復(fù)始，在輸出端將產(chǎn)生周期信號。此時(shí)，電容

通C

過電阻R1放電，電容兩端電壓逐漸下降。當(dāng)

u下

降到略小于u時(shí)，

正反饋又產(chǎn)生作用，輸出電壓迅速地由跳變U

到Z

。U

Z853)工作波形電路中電容正向充電和反向放電的時(shí)間常數(shù)均為

R1C,且充放電的電壓幅值也相等，故輸出為方波信號，而電容兩端電壓波形近似為三角波。86874)方波周期的確定電容兩端電壓的變化規(guī)律為：

tuC

(t)

UC

()

[U

C

(0)

UC

()]e

R2

R2

R3Z(U

)CU

(0)UC

()

U

Z

R1C選取 起點(diǎn)，有：t為1R

t

R1CR2

R3uC

U

Z

[

2

UZ

(U

Z

)]e則可以得到方波的周期為：)321RT

2R

Cn(1

2RR

t

R1CR2

R3uC

U

Z

[

2

UZ

(U

Z

)]eR2

R3R2Z(U

)Cu

在t1～t2半周期內(nèi),電容放電的最后值為：882.矩形波發(fā)生電路1)電路組成與工作原理矩形波發(fā)生電路與圖方波發(fā)生電路的區(qū)別僅僅在于電容充、放電回路不同。矩形波發(fā)生電路的充電回路為VD1、R和C，放電回路為VD2、R’和C，工作原理與方波發(fā)生電路相似。89忽略VD1和VD2的導(dǎo)通壓降，電容充電時(shí)間常數(shù)為RC，放電時(shí)間常數(shù)為

R’C。輸出電壓處于高電平（電容充電）的時(shí)間為：31RT

RCn(1

2R2

)輸出電壓處于低電平（電容放電）的時(shí)間為：3902RT

R'

Cn(1

2R2

)T1

T2輸出波形的周期：T

T1

T2占空比為：RC

R'

C1

R'RT R

R'D

T1

1R改變

R即'

R可以改變占空比。91若則9.3.2

三角波發(fā)生電路1．電路組成和工作原理92圖中集成運(yùn)放

為A1同相輸入的滯回電壓比較電路，集成運(yùn)放

為A積2

分電路。壓為

分uO1

，

U經(jīng)Z壓后RP的向電容充電，線性下降u，O

2從而使

A1的同相端電壓1

2

UZ

R1u

uO

2

R2R

R

R

R11

2也下降。U跳Z變到。U

Z隨u之

變?yōu)?O1當(dāng)

u略小于

u(=0)時(shí)，

u從u2R1

R2R1

R2U

R

u

Ru2

Z

1

O

2

2

2．工作原理設(shè)比較電路初始電93使電上升，從而使同相端電升于從跳uO1RP

容