第八章波形的发生和信号的转换 本章重点难点 重点:正弦波振荡的条件、正弦波振荡电路的组成及电路产生正弦波振荡可能性的判 断方法,桥式正弦波振荡电路的工作原理、振荡频率和起振条件,LC、石英晶体正弦波振荡 电路的组成和影响振荡频率的因素;单限、滞回、双限比较器的特点及用途,电压比较器 电压传输特性的分析方法;矩形波、三角波、锯齿波振荡电路的波形分析及影响振荡频率、 振荡幅值的因素。 难点:本章所讲述的电路具有一定的综合性,例如,三角波振荡电路中既含有集成运放 工作在线性区的积分运算电路,又含有集成运放工作在非线性区的滞回比较器,因而给学 习带来一定的困难。 、知识结构 1.正弦波振荡电路 (1)了解正弦波振荡电路的组成、分类及正弦波振荡的条件 2)掌握RC串并联网络作为选频网络和正反馈网络组成的桥式正弦波振荡电路及其 起振条件 (3)掌握LC正弦波振荡电路的结构特点及其起振条件,了解两种改进型的LC正弦波 振荡电路 2.电压比较器 (1)掌握电压比较器的功能、种类及其电压传输特性 (2)掌握电压比较器的传输特性及其阈值的求法 3.非正弦波发生电路 (1)掌握矩形波发生电路的工作原理、波形、振荡频率、振荡幅值的分析,了解输出 电压占空比可调的方法 (2)掌握利用积分运算电路和滞回比较器组成的三角波发生电路及其工作原理、波 形、振荡频率、振荡幅值的分析。 (3)掌握将三角波发生电路改成为锯齿波发生电路的方法及其工作原理、波形分析 振荡电路的组成、分类及正弦波振荡的条件
- 1 - 第八章 波形的发生和信号的转换 一、本章重点难点 重点：正弦波振荡的条件、正弦波振荡电路的组成及电路产生正弦波振荡可能性的判 断方法,桥式正弦波振荡电路的工作原理、振荡频率和起振条件,LC、石英晶体正弦波振荡 电路的组成和影响振荡频率的因素；单限、滞回、双限比较器的特点及用途,电压比较器 电压传输特性的分析方法；矩形波、三角波、锯齿波振荡电路的波形分析及影响振荡频率、 振荡幅值的因素。 难点：本章所讲述的电路具有一定的综合性,例如,三角波振荡电路中既含有集成运放 工作在线性区的积分运算电路,又含有集成运放工作在非线性区的滞回比较器,因而给学 习带来一定的困难。 二、知识结构 1.正弦波振荡电路 （1）了解正弦波振荡电路的组成、分类及正弦波振荡的条件； （2）掌握RC串并联网络作为选频网络和正反馈网络组成的桥式正弦波振荡电路及其 起振条件； （3）掌握LC正弦波振荡电路的结构特点及其起振条件，了解两种改进型的LC正弦波 振荡电路； 2.电压比较器 （1）掌握电压比较器的功能、种类及其电压传输特性。 （2）掌握电压比较器的传输特性及其阈值的求法。 3.非正弦波发生电路 （1）掌握矩形波发生电路的工作原理、波形、振荡频率、振荡幅值的分析,了解输出 电压占空比可调的方法。 （2）掌握利用积分运算电路和滞回比较器组成的三角波发生电路及其工作原理、波 形、振荡频率、振荡幅值的分析。 （3）掌握将三角波发生电路改成为锯齿波发生电路的方法及其工作原理、波形分析。 振荡电路的组成、分类及正弦波振荡的条件；
、知识总结 81正弦波振荡电路 产生正弦波振荡的条件 (1)振幅条件 AF|=1 (2)相位条件 4+PF=2nT 正弦波振荡电路的组成及分类 1.正弦波振荡电路必须由以下四个部分组成 (1)放大电路:保证电路能够有从起振到动态平衡的过程,使电路获得一定幅值的输出 量,实现能量的控制。 (2)选频网络: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 (3)正反馈网络:引人正反馈,使放大电路的输入信号等于反馈信号。 (4)稳幅环节:也就是非线性环节,作用是使输出 信号幅值稳定。 2.正弦波振荡电路的分类 正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来分 (1)RC正弦波振荡电路 (2)LC正弦波振荡电路 (3)石英晶体正弦波振荡电路 三、RC正弦波振荡电路 1.RC串并联选频网络 2.RC桥式正弦波振荡电路 图8.1.7R桥式正弦波振荡电路
- 2 - 三、知识总结 8.1 正弦波振荡电路 一、产生正弦波振荡的条件 （1）振幅条件： （2）相位条件： 二、正弦波振荡电路的组成及分类 1.正弦波振荡电路必须由以下四个部分组成: (1)放大电路:保证电路能够有从起振到动态平衡的过程,使电路获得一定幅值的输出 量,实现能量的控制。 (2)选频网络: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。 (3)正反馈网络:引人正反馈,使放大电路的输入信号等于反馈信号。 (4)稳幅环节:也就是非线性环节,作用是使输出 信号幅值稳定。 2.正弦波振荡电路的分类: 正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来分 （1）RC正弦波振荡电路 （2）LC正弦波振荡电路 （3）石英晶体正弦波振荡电路 三、RC正弦波振荡电路 1.RC串并联选频网络 2.RC桥式正弦波振荡电路 图8.1.7 RC桥式正弦波振荡电路 | AF | 1 A F 2n
3.起振条件 R 2 2R 四、LC正弦波振荡电路 1.变压器反馈式振荡电路 振荡频率 B> Bs'beR'c @oMQ 起振条件 f o 优缺点 (1)易于起振 (2)输出电压失真小 (3)应用范围广 (4)耦合不紧、损耗大、振荡频率稳定性不高 2.电感反馈式振荡电路 振荡频率 f 2z√(L1+L2+2M)C 起振条件 B> LI+M L +M r 3.电容反馈式振荡电路 振荡频率 f0≈ 2丌,|L CC? 起振条件 V C1+C2 CI Ri 8.2电压比较器 8.2.1概述 电压比较器的电压传输特性 比较器的输出电压υ0与输入电压uI之间的对应关系叫作比较器的传输特性,它可用曲
- 3 - 3.起振条件 四、LC正弦波振荡电路 1.变压器反馈式振荡电路 振荡频率 起振条件 优缺点 （1）易于起振 （2）输出电压失真小 （3）应用范围广 （4）耦合不紧、损耗大、振荡频率稳定性不高 2.电感反馈式振荡电路 振荡频率 起振条件 3.电容反馈式振荡电路 振荡频率 起振条件 8.2 电压比较器 8.2.1概述 一、电压比较器的电压传输特性 比较器的输出电压uO与输入电压uI之间的对应关系叫作比较器的传输特性,它可用曲 2 1 R 2R MQ rbe 0 M rbeRC L C f 1 0 2 1 L L M C f 2 ( 2 ) 1 1 2 0 L be R r L M L M 2 1 1 2 1 2 0 2 1 C C C C L f L be R r C C 1 2
线表示,也可用方程式表示 电压传输特性的三个要素: 1.输出高电平和低电平的数值:Uo=UOH(正向饱和)、Uo=UOL(负向饱和); 2.比较器的阈值:比较器的输出状态发生跳变的时刻,所对应的输入电压值叫作比 较器的阈值电压,简称阈值:或叫门限电压,简称门限。记作UT。 3.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 平到低电平跃变。 、集成运放的非线性工作区 反馈通路 图8.2.1集成运放工作在非线性区的电路特点及其电压传输特性 、电压比较器的种类 1.单限比较器 2.滞回比较器 3.窗口比较器 图8.2.2电压比较器电压传输特性举例
- 4 - 线表示,也可用方程式表示。 电压传输特性的三个要素： 1. 输出高电平和低电平的数值：Uo=UOH(正向饱和)、Uo=UOL(负向饱和)； 2. 比较器的阈值：比较器的输出状态发生跳变的时刻,所对应的输入电压值叫作比 较器的阈值电压,简称阈值；或叫门限电压,简称门限。记作UT。 3. 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 平到低电平跃变。 二、集成运放的非线性工作区 图8.2.1集成运放工作在非线性区的电路特点及其电压传输特性 三、电压比较器的种类 1.单限比较器 2.滞回比较器 3.窗口比较器 图8.2.2电压比较器电压传输特性举例
8.2.2单限比较器 过零比较器 +Uom +Uom Uo 例:利用电压比较器将正弦波变为方波 li +U 电路改进1:用二极管进行输入限幅。 R DD 本W 图8.2.4电压比较器输入级的保护电路
- 5 - 8.2.2单限比较器 一、过零比较器 例：利用电压比较器将正弦波变为方波。 电路改进1：用二极管进行输入限幅。 图8.2.4电压比较器输入级的保护电路 + + uo ui uo u 0 +UOM -UOM + + uo u u ui 0 +UOM -UOM t ui uo t +Uo -Uom
电路改进2:用稳压管稳定输出电压。 图8.2.5电压比较器的输出限幅电路 1.若u从同相端输入 U Un参考电压 被比较信号 U 传输特性 2.若山i从反相端输入 +U >oO 3.若ui与参考电压UREF在同端输入 图8.2.7一般单限比较器及其电压传输特性
- 6 - 电路改进2：用稳压管稳定输出电压。 图8.2.5 电压比较器的输出限幅电路 1.若ui从同相端输入 2.若ui从反相端输入 3.若ui与参考电压UREF在同端输入 图8.2.7一般单限比较器及其电压传输特性 UR：参考电压 ui：被比较信号 + + uo ui UR – uo ui 0 +Uom -Uom UR 传输特性 + + uo ui UR uo ui 0 +Uom -Uom
3.若ui与参考电压URF在同端输入 图8.2.7一般单限比较器及其电压传输特性 R-u+ R2-U R1+R2R1+R2 令 R REF 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UOL和高电平UoH; (2)写出u、u的表达式,令让=up求出Ur (3)根据输出信号的跃变反向,确定反相输入还是同相输入。 单限比较器的特点 1.电路简单。 2.当Ao不够大时,输出边沿不陡。 3.容易引入干扰 8.2.3滞回比较器 反相输入滞回比较器 1.没加参考电压的反相输入滞回比较器 图8.2.9滞回比较器及其电压传输特性
- 7 - 3.若ui与参考电压UREF在同端输入 图8.2.7一般单限比较器及其电压传输特性 令： 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UOL和高电平UOH； （2）写出uN、uP的表达式，令uN=uP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输入。 单限比较器的特点 1.电路简单。 2.当Ao不够大时，输出边沿不陡。 3.容易引入干扰。 8.2.3滞回比较器 一、反相输入滞回比较器 1.没加参考电压的反相输入滞回比较器 图8.2.9滞回比较器及其电压传输特性 N I UREF R R R u R R R u 1 2 2 1 2 1 0 N P u u T UREF R R U 1 2
R R R1+R2 R 例:反相输入滞回比较器的输入为正弦波时,画出输出的波形 2.加上参考电压后的反相输入滞回比较器 图8.2.10加了参考电压的滞回比较器 R R R1+R2R1+R2 RE R-U +R2 R1+R2 R1+R2 同相输入滞回比较器 1.没加参考电压的同相输入滞回比较器 R R R U =+U R1+R2R1+R2 R R R 0 R1+R2R1+R2 R2 2.加上参考电压后的同相输入滞回比较器
- 8 - 例：反相输入滞回比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形。 2.加上参考电压后的反相输入滞回比较器 图8.2.10 加了参考电压的滞回比较器 二、同相输入滞回比较器 1.没加参考电压的同相输入滞回比较器 2.加上参考电压后的同相输入滞回比较器 － + + uo R R1 R2 ui Uom UT R R R U 1 2 1 Uom UT R R R U 1 2 1 T om UREF R R R U R R R U 1 2 2 1 2 1 2 T om UREF R R R U R R R U 1 2 2 1 2 1 1 0 1 2 1 1 2 2 i Uom R R R u R R R 0 1 2 1 1 2 2 i Uom R R R u R R R i Uom UT R R u 2 1 i Uom UT R R u 2 1
R R R R R1+R2R1+R2 代U+R+B2Ua R R2 R, R1 R1+R2 R1+R2R1+R2 R, R2 8.2.4窗口比较器 图8.2.13双限比较器及其电压传输特性 当输入电压uI大于URH时,必然大于URL,所以集成运放A的输出u01=+UOM,A2的输出 u02=uUoM,使得二极管D1导通,D2截止,电流通路如图中实线所标注,稳压管Dz工作在稳压 状态,输出电压uo=+Uz 当uI小于URL时,必然小于URH,所以A1的输出u01=-UOM,A2的输出u02=+UOM因此D2导 通,D1截止,电流通路如图中虚线所标注,Dz工作在稳压状态,uo仍为+Uz。 当URL<uⅠ<URH时,uo1=u02=-Uo0M,所以D1和υ均截止,稳压管截止,uo=0 8.3非正弦波发生电路 ∏∧11 图8.3.1几种常见的非正弦波
- 9 - 8.2.4窗口比较器 图8.2.13 双限比较器及其电压传输特性 当输入电压uI大于URH时,必然大于URL,所以集成运放A1的输出u01=+UOM,A2的输出 u02=-UOM,使得二极管D1导通,D2截止,电流通路如图中实线所标注,稳压管Dz工作在稳压 状态,输出电压uo=+Uz 当uI小于URL时,必然小于URH,所以A1的输出u01=-UOM,A2的输出u02=+UOM因此D2导 通,D1截止,电流通路如图中虚线所标注,Dz工作在稳压状态,uo仍为+Uz。 当URL<uI<URH时,u01=u02=-UOM,所以D1和D2均截止 , 稳压管截 止 ,uo=0 。 8.3 非正弦波发生电路 图8.3.1 几种常见的非正弦波 － + + R R1 R2 ui UR uo i Uom UR R R R u R R R 1 2 1 1 2 2 i Uom UR R R R u R R R 1 2 1 1 2 2 T om UR R R R U R R U 2 1 2 2 1 T om UR R R R U R R U 2 1 2 2 1
8.3.1矩形波发生电路 电路组成及工作原理 图8.3.2矩形波发生电路 反相输入的滞回比较器,输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端 R R1+R2 R1+R2 、波形分析及主要参数 1.设uo=+UZ则:uP=+UT 此时,输出给C充电! 在ucu,uo立即由+UZ变成-UZ 2.当uo=-U时,uP=-UT 此时,C经输出端放电。uc降到-UT时,uo上翻。当uo重新回到+UZ以后,电路又进入 另一个周期性的变化 图8.3.3电压传输特性
- 10 - 8.3.1矩形波发生电路 一、电路组成及工作原理 图8.3.2 矩形波发生电路 反相输入的滞回比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。 二、波形分析及主要参数 1.设uo=+UZ 则：uP=+UT 此时，输出给C充电! 在ucUT,就有u->u+,uo立即由＋UZ变成－UZ 2.当uo=-UZ时，uP=-UT 此时，C经输出端放电。uc降到-UT时，uo上翻。当uo重新回到＋UZ以后，电路又进入 另一个周期性的变化。 图8.3.3 电压传输特性 T UZ R R R U 1 2 1 T UZ R R R U 1 2 1
