1、9.1 正弦波振蕩電路第九章 波形發生電路和集成運放的非線性應用9.2 電壓比較電路9.3 非正弦波發生電路作業： 9-4 、9-5、 9-6、 9-7、 9-9 、 9-16 、9-17 、9-22（1. 2. 3.）本章的重點： 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。重點與難點 本章所講述的電路具有一定的綜合性，既含有集成運放工作在線性區的積分運算電路，又含有集成運放工作在非線性區的滯回比較器，因而給學習帶來一定的困難。9.1 正弦波振

2、蕩電路第9章 9.19. 1. 1 概述 由第7章可知，負反饋放大電路在一定的條件下可能產生自激振蕩，使放大電路不能正常工作。所謂自激振蕩是指：即使放大電路的輸入端不加信號，它的輸出端也會出現某一頻率和幅度的波形。也就是說，在這個頻率點上，負反饋電路已經轉變為正反饋電路。 9.1 正弦波振蕩電路第9章 9.19. 1. 1 概述 自激振蕩本是我們不希望看到的，但正弦波發生電路就是利用這種自激振蕩的現象來產生正弦信號。在正弦波發生電路中，人為地在電路中引入了正反饋。 第9章 9.19.1.1 概述 正弦波發生電路的框圖如圖91所示。 圖91 正弦波發生電路的框圖是電路的輸入信號 是電路的凈輸入信

3、號 是電路的反饋信號 是電路的輸出信號 在正弦波發生電路中，人為地接成正反饋。 第9章 9.19.1.1 概述圖91 正弦波發生電路的框圖 即使輸入信號 ，當反饋信號能完全代替原來的凈輸入信號，即 時，仍可以產生輸出信號 。由圖91得： 因為 ，所以有: 或者 (91) 9.1.1 概述 是正弦波發生電路中能維持等幅自激振蕩的平衡條件。因為， 、 是復數，所以式（91）包含幅值條件和相位條件，即 （92）9.1.1 概述 要建立振蕩，或者說“起振”，電路必須滿足正反饋條件即： ，同時使反饋信號 大于凈輸入信號 ，或者說 （93） 只有這樣，才能使電路中自激振蕩和輸出信號由小到大建立起來，因此式

4、（93）是波形發生電路起振的幅值條件。2.正弦波發生電路的組成部分 正弦波發生電路一般由以下四個基本部分組成：1、寬頻帶放大電路；2、引入正反饋的反饋網絡；3、選頻網絡；由于正弦波發生電路的輸出波形應是單一頻率的正弦波，要求電路只在所需的頻率時才滿足起振和維持振蕩的條件。因此，在環路中應包含一個具有選頻特性的選頻網絡。它既可設置在放大電路中，也可設置在正反饋網絡中。在很多正弦波發生電路中，正反饋網絡和選頻網絡實際上是同一個網絡。2.正弦波發生電路的組成部分4、穩幅環節。電路滿足起振條件起振后，輸出信號將隨時間逐漸增大。當幅值增大到一定程度后，放大電路中的晶體管進入飽和或者截止區，輸出波形將產生

5、失真。所以在波形發生電路中還必須有穩幅環節，它的作用是在振蕩建立后，使幅值條件從 自動演變為 ，輸出波形基本不失真。3.正弦波發生電路的分析方法（1）分析電路的組成是否包含放大、反饋、選頻和穩幅等基本環節；（2）分析放大電路能否正常工作，是否有合適的靜態工作點且動態信號是否能夠輸入、輸出和放大；（3）檢查電路能否滿足自激條件； 1 關鍵在于檢查相位平衡條件。 2 檢查幅值平衡條件。 （4）估算振蕩頻率 （ ），它取決于選頻網絡參數。9.1.1 概述 正弦波發生電路分為RC正弦波發生電路、LC正弦波發生電路和石英正弦波發生電路三種類型。RC正弦波發生電路振蕩頻率較低，一般在1MHz以下；LC正弦

6、波發生電路的振蕩頻率都在1MHz以上；石英晶體正弦波發生電路也可等效為LC正弦波發生電路，其特點是振蕩頻率十分穩定。9.1.2 RC正弦波發生電路 根據結構的不同，RC正弦波發生電路又可分為RC串、并聯電路式（橋式）、移相式和雙T電路式等類型，最常見的是RC串、并聯電路式。 1RC串、并聯電路的選頻特性 圖所示電路由 和 的串聯組合以及 和 的并聯組合串聯組成，它在RC正弦波發生電路中既是反饋網絡又是選頻網絡。 9.1.2 RC正弦波發生電路 由于 和 的串聯阻抗 ， 和 的并聯阻抗 ，電路輸出電壓 與輸入電壓 的關系為 9.1.2 RC正弦波發生電路 通常取 ， ，有 （94） 式中， 是電

7、路的特征角頻率。 的幅頻特性為：（95）相頻特性為： (96)圖93 RC串并聯網絡的頻率特性9.1.2 RC正弦波發生電路 時， F幅值最大，其值為1/3 2 RC橋式正弦波發生電路（1）電路組成 利用RC串、并聯電路和同相比例運算電路可構成RC橋式正弦波發生電路，具體電路如圖94所示。 圖94 RC橋式正弦波發生電路 圖中集成運放和電阻 、 構成同相比例放大電路。 2 RC橋式正弦波發生電路 通過 和 為集成運放引入負反饋，這個反饋網絡沒有選頻作用。 圖94 RC橋式正弦波發生電路 RC串、并聯電路為集成運放引入了另一個反饋，這個電路既是選頻網絡又是反饋網絡。 2 RC橋式正弦波發生電路（

8、2）振蕩條件和起振條件1 產生振蕩的相位平衡條件 需要引入正反饋。 （利用瞬時極性法分析） 斷開 到集成運放同相輸入端的連線，加入瞬時極性為正的電壓 。由于集成運放是同相輸出，所以 和 極性相同。又在某一頻率點 上， 和 極性也相同。 所以電路滿足產生振蕩的相位平衡條件。 2 RC橋式正弦波發生電路圖94 RC橋式正弦波發生電路 2 產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： 已知當 時， 。 起振條件為 維持振蕩的幅值平衡條件： 2 RC橋式正弦波發生電路（3）振蕩的穩幅和穩頻1 振蕩幅值的穩定 對于實際的正弦波發生電路，電源電壓、溫度、濕度等外界因素的變化將導致晶體管和電路元

9、件參數發生改變，從而破壞維持振蕩的幅值平衡條件 。為了穩定輸出電壓的幅值，可以在放大電路的負反饋回路中采用非線性元件來自動調整反饋的強弱。如溫控電阻。2 RC橋式正弦波發生電路 2 振蕩頻率的穩定 除了振蕩幅度需要穩定之外，在實用電路中往往要求正弦波發生電路的振蕩頻率有一定的穩定度，如射頻振蕩器、時鐘發生器都要求振蕩頻率十分穩定。 正弦波發生電路振蕩頻率穩定的條件是相頻特性曲線 在 附近的斜率小于零，即 。 2 RC橋式正弦波發生電路 在RC橋式正弦波發生電路中，同相比例放大電路的輸出電阻很小，可視為零，而輸入阻抗很大，可以忽略其對RC串、并聯網絡的影響。所以電路的振蕩頻率就是RC串、并聯網絡

10、的特征（諧振）頻率： （4）振蕩頻率 （ ）的計算（99） RC正弦波發生電路通常只能用作低頻和中頻正弦波發生電路（ ）。 3RC移相式正弦波發生電路RC移相式正弦波發生電路如下圖所示。（1）電路組成和振蕩條件的實現 圖中放大電路是反相輸入的帶電壓并聯負反饋的運放電路，因此 。 若需要滿足式(92)的相位平衡條件，反饋網絡還必須在某一特定的頻率點上使正弦電壓再移相 ，使3RC移相式正弦波發生電路（1）電路組成和振蕩條件的實現RC電路有超前移相和滯后移相的作用。 由于一節RC移相網絡可以移相090，需要滿足產生振蕩的相位平衡條件，必須有三節或者三節以上的移相電路。此時，只需要調整電阻 ，就可以產

11、生正弦波振蕩。 3RC移相式正弦波發生電路（2）振蕩頻率的定量計算列出RC移相電路中電壓與電流的關系式，可得 : （910） （911） 振蕩時反饋系數為： 3RC移相式正弦波發生電路為達到幅值平衡，應有 （912） 畫出RC移相電路的相頻特性曲線如圖b）所示。 RC移相式正弦波發生電路一般用于振蕩頻率固定且穩定性要求不高的場合，其頻率范圍為幾Hz幾十kHz。 （913） 通過式（910），有4雙T選頻網絡正弦波發生電路 雙T選頻網絡正弦波發生電路如圖96所示。 和 為集成運放引入正反饋，雙T網絡則引入負反饋，同時又是選頻網絡。 在第8章中已經指出，雙T網絡特征頻率為： 圖964雙T選頻網絡正

12、弦波發生電路 圖96 調整正反饋網絡中的 可以改變正反饋量，使之既滿足起振要求，又不至于因正反饋過強而使波形嚴重失真。 穩壓管 和 用來穩定輸出幅值。通常選穩壓管的穩定電壓約為電路輸出不失真正弦波峰峰值的1.5倍。 4雙T選頻網絡正弦波發生電路 圖96 雙T網絡比RC串、并聯網絡具有更好的選頻特性，因此這種正弦波發生電路選頻性能好。其缺點是頻率調節困難，故一般適用于需要產生固定頻率的場合。 9.1.3 LC正弦波發生電路 LC正弦波發生電路通常用于產生高頻(1MHz)正弦信號。LC和RC正弦波發生電路組成原則基本相同，只是選頻網絡采用可調諧的LC回路。LC回路在諧振頻率時能提供較大的增益，而其

13、余頻率的信號則被大大衰減。通過一個正反饋使整個發生電路在LC回路諧振頻率處形成一個可持續的振蕩。 9.1.3 LC正弦波發生電路 1LC諧振回路的選頻特性 LC正弦波發生電路中的選頻網絡大多采用LC并聯諧振回路，如圖a）所示。 電路的等效導納為： （914）令 ，則： （915）9.1.3 LC正弦波發生電路 可以看出，電路的諧振頻率為： 電壓 的幅值： 電壓 的相角（相對于 ）： 品質因數Q為： 品質因數Q是評價回路損耗大小的指標，一般Q值在幾十到幾百的范圍內。 9.1.3 LC正弦波發生電路 由此可畫出LC并聯回路的諧振曲線和相頻特性，如圖b）所示。 當諧振時，U最大或者Z最大。當 時，L

14、C回路呈感性；當 時，LC回路呈容性。 9.1.3 LC正弦波發生電路 在 附近， ， ， ， 。令諧振時最大電壓 ，則: 由上式可以畫出以相對失諧 表示的幅頻特性和相頻特性，如圖c）。9.1.3 LC正弦波發生電路 圖a）的并聯LC回路也可等效地畫成圖d）的形式。在 的條件下 由于通用型集成運放的頻帶較窄，而高速型集成運放又較貴，所以LC正弦波發生電路一般采用分立元件組成，在必要時還應采用共基放大電路。9.1.3 LC正弦波發生電路 采用LC并聯諧振回路的LC正弦波發生電路通常可分為變壓器耦合式和LC三點式兩大類。 2變壓器耦合式LC正弦波發生電路 根據LC回路的端點接到三極管電極的不同方式

15、，變壓器耦合LC正弦波發生電路可分為集電極調諧、發射極調諧和基極調諧三種類型。 2變壓器耦合式LC正弦波發生電路 （1）共射集電極調諧型變壓器耦合LC正弦波發生電路 電路如圖所示。首先判斷電路是否能夠產生正弦波振蕩。1、電路包含共射放大、反饋網絡、LC選頻網絡和穩幅環節（利用三極管的非線性實現）四個部分。 2、放大電路是典型的工作點穩定電路，交流信號能夠輸入、輸出和放大。 （1）共射集電極調諧型變壓器耦合LC正弦波發生電路4、對于幅值平衡條件，一般情況下只要合理選擇變壓器原、副邊線圈的匝數和其他電路參數，就很容易得到滿足。 3、斷開反饋輸入點（基極畫處），加入一個瞬時極性為的信號，電路中各點的

16、瞬時極性如圖所示。由此可得 接到基極點的極性為 ，滿足產生振蕩的相位平衡條件。 （1）共射集電極調諧型變壓器耦合LC正弦波發生電路 需要指出的是，在圖中， 和 為基極和發射極旁路電容，在數值上比LC諧振回路的C值大很多。但由于LC振蕩電路的頻率較高，所以即使是 和 也不過是幾百pF數量級。 （2）共基發射極調諧型變壓器耦合LC正弦波發生電路 電路如圖所示。斷開反饋輸入點（射極畫處），加入一個瞬時極性為()的信號，集電極瞬時極性也為() 。通過同名端和互感L， 上 的接射極點的瞬時極性也為() 。因此，滿足產生振蕩的相位平衡條件。 圖 99 （3）共射基極調諧型變壓器耦合LC正弦波發生電路 電路

17、如圖所示。斷開反饋輸入點（基極畫處），加入一個瞬時極性為()的信號，通過反相放大以及同名端和互感L， 接基極點的瞬時極性也為 () 。因此，滿足產生振蕩的相位平衡條件。 圖 910（4）各種變壓器耦合LC正弦波發生電路的比較及應用 由于共基放大電路的截止頻率大大高于共射放大電路，所以共基組態能產生頻率較高且比較穩定的正弦波振蕩。 變壓器耦合式正弦波發生電路應用廣泛，但頻率穩定度都不高。同時由于互感線圈的分布電容限制了頻率，所以一般只適合產生頻率不太高的中、短波的正弦振蕩。圖99的電路常作為收音機中的“本機振蕩電路”。 3. LC三點式正弦波發生電路 將并聯LC回路中的電容C或者電感L一分為二（

18、或設置中間抽頭），LC回路就有三個端點。把這三個端點分別與三極管的三個極（或者集成運放的兩個輸入端和一個輸出端）相連，就形成了LC三點式正弦波發生電路。這種電路又可以分為電感三點式和電容三點式兩類。 （1）電感三點式LC正弦波發生電路 電感三點式LC正弦波發生電路也叫哈脫萊（Hartley）振蕩電路 （1）電感三點式LC正弦波發生電路 電感三點式LC正弦波發生電路如圖所示。圖中采用了NPN型雙極型晶體管和集電極調諧型LC并聯回路，可變電容器用于調節LC振蕩頻率。 判斷該電路是否能夠起振：首先該電路包括了正弦波發生電路的各個基本環節，放大電路也能正常工作。（1）電感三點式LC正弦波發生電路 然后

19、采用瞬時極性法，可以判斷電路滿足產生正弦振蕩的相位平衡條件。 最后只要適當選擇電感 和 比值，就能使電路能滿足起振的幅值條件。 正弦波的振蕩頻率近似為: 其中， 為諧振回路等效電感（1）電感三點式LC正弦波發生電路 由于電感三點式LC正弦波發生電路中電容可以采取可變的，因此它的振蕩頻率可在較寬的范圍內調節，在需要經常改變頻率的場合中得到廣泛應用。但是由于它的反饋電壓取自電感 ，后者對高次諧波電抗大，因此輸出波形中所含高次諧波大，波形較差。（2）電容三點式LC正弦波發生電路 電容三點式LC正弦波發生電路也叫考爾比茲（Collpitts）振蕩電路，如圖所示。如電感三點式LC正弦波發生電路一樣對該電

20、路進行分析，電路滿足相位平衡條件。 如果選擇合適的 和 的比值，電路能滿足起振的幅值條件。通常 和 比值選為0.010.5左右。 （2）電容三點式LC正弦波發生電路振蕩頻率近似為：其中， 為諧振回路等效電感: 由于反饋電壓取自電容 ，高次諧波分量小，因此輸出波形較好。由于電容 、 的容量可以選得很小（但受放大電路的輸入電容和輸出電容的影響），所以振蕩頻率可高達100MHz。 （3）組成LC三點式正弦波發生電路的規律 LC 三點式正弦波發生電路的一般結構如圖913所示。 圖913 LC三點式正弦波發生電路的一般結構a）反相放大 b）同相放大（3）組成LC三點式正弦波發生電路的規律 考慮到圖a）中

21、的負載阻抗 ，運放輸出電阻為 ，無反饋時的 的 ， ，因此：其中， ， ， 。 為了使電路振蕩，應有 ，上式應為實數，分母的虛部應為零。 （3）組成LC三點式正弦波發生電路的規律 可得： 上式說明，在913a）的情況下，為了產生振蕩， 、 的符號必須相同，而 必須與 、 異號。換言之，如果 、 為電感，則 必須為電容（電感三點式）；如果 、 為電容，則 必須為電感（電容三點式）。 即： （3）組成LC三點式正弦波發生電路的規律 圖b）中的負載阻抗：，。因此為了使電路振蕩，由上式可得：因此， 必須與 異號。 （3）組成LC三點式正弦波發生電路的規律 、 的符號必須相同，而 必須與 、 異號。由于

22、 ，所以必須有 。進而可得：結論：在LC三點式正弦波發生電路中，為了滿足產生振蕩的相位平衡條件，同性質電抗（ 和 或 和 ）的中間點必須接集成運放的同相輸入端（對應于三極管的射極e和場效應管的源極s）。 例91 三點式正弦波發生電路如圖所示。 這是一個電容三點式正弦波發生電路，選頻網絡為并聯LC諧振回路，放大電路為結型場效應管組成的共源電路。通過瞬時極性法對反饋極性進行分析，或直接應用上面導出的關于三點式正弦波發生電路組成規律，由于同性質的 和 的中間點接管子的源極s，可知選頻網絡引入了正反饋，所以振蕩。9.1.4 石英晶體振蕩電路 石英晶體振蕩電路具有很高的頻率穩定度，適用于頻率穩定性要求高

23、的電路。通常RC正弦波發生電路不難獲得0.1%的穩定度，適用于袖珍計算器中多位數字顯示（1kHz）；LC正弦波發生電路的穩定度在相當長的時間內能夠達到0.01%，能滿足無線電接收機和電視機的要求。如果要求頻率穩定度高于 的數量級，就必須采用石英晶體振蕩電路。 9.1.4 石英晶體振蕩電路1石英諧振器的電特性 石英諧振器是利用石英晶體的壓電效應而制成的諧振器件。將石英晶體按一定方位切割成薄片后拋光和涂敷銀層，并作為兩個極引出管腳，加以封裝，就構成石英諧振器。圖a)和b)為石英晶體的符號和等效電路。 9.1.4 石英晶體振蕩電路 石英晶體具有壓電效應。如果在晶片的兩電極加交變電壓，晶片中會產生機械

24、振動和聲波，而機械振動又會在晶體表面產生交變電場，因而在一定頻率下晶片會產生共振。在一般情況下，無論機械振動的振幅還是交變電場的振幅都非常小。但當交變電場的頻率為某一固定值時，振幅驟然增大，產生共振。這個特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也叫“諧振頻率”。 9.1.4 石英晶體振蕩電路 當石英晶體不振動時，用靜態電容 來模擬，通常 的值為幾到幾十pF。石英晶體振動時，用電感L模擬晶片的慣性，L的值為 ；用電容C模擬晶片的彈性，C的值一般只有0.00020.1pF；晶片振動時的摩擦損耗用電阻R來等效，其值一般為100左右，理想值為0。 由于晶片的L很大，C很小，R也很小，所以品質因數Q很大，可達到

25、 。從石英晶片的物理參數很穩定，也可以看出利用石英諧振器可以組成頻率穩定度很高的振蕩電路。 9.1.4 石英晶體振蕩電路 當忽略R時，回路的等效電抗為： 電抗X的頻率特性曲線如圖c）所示。 (9-30)9.1.4 石英晶體振蕩電路 當X=0時，相應的角頻率 為L、C支路的串聯諧振角頻率。由式（930），令 ，則： 當 時，諧振回路發生了并聯諧振。令式（930）分母中的 ，得 2晶體振蕩電路 1、并聯型晶體振蕩電路 電路如圖916所示。石英晶體工作在 和 之間，即X呈感性的頻段內，它和兩個外接電容 和 構成了電容三點式正弦波發生電路。根據電路組成規律，具有同性質的 和 的中間點接晶體管的發射極e

26、，滿足產生振蕩的相位平衡條件。圖 9162晶體振蕩電路 2、串聯型晶體振蕩電路 電路如圖917所示。石英晶體工作在 處。因為是串聯諧振，晶體相當于一個純電阻，它接在電路的反饋網絡中，構成正反饋，以滿足產生振蕩的相位平衡條件。同時，它又是選頻網絡。調節電阻R的大小，可使電路滿足幅值平衡條件。 圖 9179.2 電壓比較電路 電壓比較電路的功能是比較兩個電壓（如輸入電壓 和參考電壓 ）的大小，并用輸出的高、低電平表示比較結果。電壓比較電路在測量、控制以及波形發生等許多方面有著廣泛的應用。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 單門限電壓比較電路圖 918 單

27、門限電壓比較電路如圖918所示，參考電壓 。當輸入電壓 略小于零時，由于運放處于開環狀態，輸出電壓將達到正的最大值當輸入電壓 略大于零時，輸出電壓將達到負的最大值 。 和 分別為集成運放飽和時的正負向輸出電壓值。 9.2.1 單門限電壓比較電路 可以看出，使運放輸出電壓發生跳變的“閾值電壓”（也叫“門限電壓”） ， 是根據臨界條件 得到的。這種設定參考電壓 的比較電路叫“過零比較電路”，其傳輸特性如圖919。圖 9199.2.1 單門限電壓比較電路 若參考電壓 ，當 時，輸出電為 ；當 略大于 時，輸出電壓為 ，其傳輸特性如圖920所示。這里，閾值電壓 。 圖 920 單門限電壓比較電路也可采

28、用同相輸入接法，即把輸入電壓接到集成運放的同相輸入端。這樣就獲得了輸出電壓跳變方向相反的電壓傳輸特性。9.2.1 單門限電壓比較電路 在實際的比較電路中，為了防止輸入電壓過大，損壞集成運放輸入級的晶體管，常在運放輸入端接入二極管限幅電路，雙向限制運放的輸入電壓，如圖所示。 圖 輸入限幅保護的過零 比較電路9.2.1 單門限電壓比較電路 為了滿足負載的需要，常在集成運放的輸出端加穩壓管限幅電路，從而獲得合適的 和 ，如圖b）。電路的傳輸特性如圖c）所示， 值等于穩壓管的穩壓值 。由圖可見，在理想的情況下，輸出電壓跳變是在瞬間完成的。 例92 電路如圖922所示，設穩壓管 的穩壓值為 。求閾值電壓

29、 ，并畫出電路的電壓傳輸特性。 解 圖922為非零單門限電壓比較電路，輸出電壓發生跳變的條件是： 。此時有:因而有:當 時， 。此時 ， 為高電平， ；當時， ， 為低電平， 。電路的電壓傳輸特性如圖b）所示。 例929.2.2 電壓比較電路的特點1集成運放工作在開環或正反饋狀態。 如圖918和圖921a）、b）中的集成運放都工作在開環狀態。為了提高比較電路的靈敏度和響應速度，在集成運放中有時還引入正反饋，如滯回比較電路中的集成運放就是工作在正反饋狀態。 2電壓比較電路的輸入與輸出之間是非線性關系。 由于集成運放工作在開環或正反饋狀態，只要兩個輸入端之間有很小的差值電壓，輸出電壓就將達到正的最

30、大值或者負的最大值。因此，集成運放的輸出與輸入呈現非線性關系。 9.2.2 電壓比較電路的特點 電壓比較電路相當于一個受輸入信號 控制的開關。輸入信號可以是模擬信號，但輸出 只有兩種可能：高電平 和低電平 。當輸入信號通過閾值 時，輸出電壓從一個電平跳變到另一個電平。 9.2.2 電壓比較電路的特點 我們可以通過電壓傳輸特性，即輸入電壓 和輸出電壓 的函數關系來描述電壓比較電路。為了正確畫出電壓傳輸特性，必須求出三個要素： 1、輸出電壓的高電平值 和低電平值 ；2、閾值電壓 ，它根據臨界條件 求出；3、當 變化且經過 時， 跳變的方向，即是從 跳變為 ，還是從 跳變為 。 9.2.3 滯回比較

31、電路 單門限電壓比較電路有兩個缺點：1、如果輸入變化非常緩慢，輸出的變化也可能相當慢；2、如果輸入中帶有噪聲，當輸入經過閾值時，輸出可能發生多次跳變（如圖所示）。這兩個缺點都可以通過采用“正反饋”得到彌補。 9.2.3 滯回比較電路 由于采用了正反饋，比較電路具有了兩個閾值，分別取決于輸出所處的狀態。另外，不管輸入波形的變化速率如何，正反饋能保證輸出的迅速跳變。由于這種電路的輸出既與當前的輸入電壓有關，又與輸入的歷史狀態有關，所以叫做“滯回比較電路”，又叫做“施密特觸發器”。 9.2.3 滯回比較電路 電路如圖924所示。在集成運放中，通過 引入了正反饋。 為輸入信號， 為參考電壓，集成運放輸

32、出電壓為 。 圖 9241求閾值 比較電路的輸出電壓發生跳變的臨界條件是： 。 9.2.3 滯回比較電路圖 924 式中，輸出電壓 可以看出，在滯回電壓比較電路中，出現了兩個閾值。9.2.3 滯回比較電路2分析輸出和輸入之間的關系 設 ， ，有 ， 。由于電路中集成運放是反相輸入，因此，當 足夠負時, 為高電平 ， 。只有當輸入 逐漸增大并達到 ， 發生跳變，這是正向電壓傳輸特性。 圖 9249.2.3 滯回比較電路2分析輸出和輸入之間的關系 當 足夠正時， ， 為低電平， ， 。此時如果輸入 逐漸減小并達到 ， 又一次發生跳變，這是負向電壓傳輸特性。 圖 9249.2.3 滯回比較電路3電壓

33、傳輸特性 滯回比較電路的電壓傳輸特性如圖所示。圖中，單箭頭表示正向過程，雙箭頭表示負向過程，曲線具有方向性。 輸出電壓的正跳變過程和負跳變過程基本一致。圖中正向過程中ab段的變化和負向過程中cd段的變化都十分迅速，近似于跳變。 9.2.3 滯回比較電路3電壓傳輸特性 當 時， 為高電平。但是，當 上升到使 接近并略小于 時，由于 集成運放進入線性放大狀態。又由于電路引入了正反饋，加快了輸出電壓的跳變過程。 正反饋過程：正反饋的結果就是使輸出電壓 迅速變為 。 9.2.3 滯回比較電路4滯回比較電路的應用 和單門限電壓比較電路相比，滯回比較電路有較強的抗干擾能力，不易產生誤跳變。因此，滯回比較電

34、路可應用在環境干擾比較大的場合和波形整形。但由于存在遲滯電壓，滯回比較電路的工作精度比較差。 滯回比較電路有兩個閾值電壓，其差 叫做“回差電壓”或“遲滯電壓”。 例93 電路如圖926所示。設穩壓管 的穩壓值為 ，1畫出電路的傳輸特性；2如果輸入信號波形如圖926b），試畫出輸出的波形。圖 9-26 a）解 1圖926a）所示為滯回電壓比較電路。 注意：運放負反饋電路中出現了穩壓管。只要 ，應有 ，此時穩壓管擊穿。可以認為穩壓管為集成運放引入了深度負反饋，可以用線性分析方法進行分析。 例93 電路如圖926所示。設穩壓管 的穩壓值為 ，1畫出電路的傳輸特性；2如果輸入信號波形如圖926b），試

35、畫出輸出的波形。在 跳變時，必有 。 比較電路的傳輸特性如圖926c）所示。 圖 9-26c）例93 電路如圖926所示。設穩壓管 的穩壓值為 ，1畫出電路的傳輸特性；2如果輸入信號波形如圖926b），試畫出輸出的波形。2從電壓傳輸特性可以看出，輸入電壓增加或減小，輸出電壓只跳變一次。正向閾值電壓為 ，負向閾值電壓為 。輸出電壓波形如圖928d）所示。滯回比較電路有很強的抗干擾能力。當 波形不整齊時，得到的 都是標準的矩形波， 9.2.4 集成電壓比較器 由于電壓比較電路可將模擬信號轉換成高低電平信號，因此，電壓比較電路可用為模擬電路和數字電路的接口電路。 上述的電壓比較電路輸出電平在最大正負

36、輸出電壓之間跳變，如果要把它和數字電路相連，還必須有附加電路。為了可以直接驅動數字電路，生產了專用的集成電壓比較器。 集成電壓比較器的輸出級大多為集電極開路（OC）方式和發射極開路（OE）方式，其頻率特性也與集成運放有明顯不同。電壓比較器的頻帶較寬，沒有也無需相位補償， 9.2.4 集成電壓比較器 按一個集成器件中所含比較器的數目，分為單電壓、雙電壓、四電壓比較器；按信號傳輸速度，可分高速、中速比較器；按性能指標，可分為精密比較器和高精度比較器等。 集成電壓比較器的響應速度一般比集成運放快，但是它的輸入級的偏置電流比運放大，輸入失調電壓也比集成運放大（一般都超過1mV），而它的差模電壓增益和共

37、模抑制比卻不太高。因此，在響應速度要求低，精度要求高的場合，應選用精密集成運放構成電壓比較器。9.2.4 集成電壓比較器 圖927為集電極開路的雙電壓比較器LM119。兩個輸出端并聯構成了“窗口比較電路”。 圖 9279.3 非正弦波發生電路 除了正弦波外，常用的還有矩形波、三角波、鋸齒波、尖頂波和階梯波等非正弦波。非正弦波發生電路的基本組成環節是：電壓比較電路、反饋環節和延遲環節，其中比較電路是關鍵環節。 本節主要講述矩形波、三角波和鋸齒波三種非正弦波發生電路的組成、工作原理、波形分析和主要參數。矩形波發生電路是基礎。有了它，加上積分環節，就可組成三角波或鋸齒波發生電路。9.3 非正弦波發生

38、電路 通過前面的分析可知，電壓比較電路的輸出只有高低兩種電平。如果在電壓比較電路的基礎上加上延遲和反饋環節，保證在一定的延遲時間后，比較電路的輸出就會發生周期性跳變，從而產生振蕩。電路結構和波形圖如圖928所示。圖 9289.3.1 矩形波發生電路 矩形波有兩種：一種是輸出處于高電平的時間和低電平的時間相等，叫做“方波”；一種是輸出處于高電平和低電平的時間不等，叫做“矩形波”。后者通常用“占空比”來描述，占空比是指在一個時鐘周期內輸出處于高電平的時間與周期之比。可以看出，方波的占空比為50。 9.3.1 矩形波發生電路1.方波發生電路的組成和工作原理 方波發生電路如圖929所示，它是由滯回電壓

39、比較電路和RC電路組成的。 圖 929 和 組成“有延遲的反饋網絡”，電容 兩端的電壓 就是反饋電壓；穩壓管構成輸出限幅電路； 為集成運放的限流電阻。 1.方波發生電路的組成和工作原理圖 929設 輸出電壓為： ，則 通過 向電容 充電，一旦 上升到略大于 時，輸出電壓 迅速地由 跳變到 。集成運放同相端電壓也隨之變為：圖 929 此時，電容 通過電阻 放電，電容兩端電壓逐漸下降。當 下降到略小于 時，內部正反饋又產生作用，輸出電壓迅速地由 跳變到 。如此周而復始，在輸出端將產生周期信號。 1.方波發生電路的組成和工作原理1.方波發生電路的組成和工作原理 由于電路中電容正向充電和反向放電的時間

40、常數均為 ,而且充放電的電壓幅值也相等，所以輸出為方波信號，而電容兩端電壓的波形則近似為三角波。輸出電壓和電容電壓的波形如圖所示。 圖 9302方波周期的確定 方波周期可以由電容充放電規律和波形發生器的工作原理得到。電容兩端電壓的變化規律為： 可以得到方波的周期為：選取圖 930 的為 起點，有：則 在二分之一的周期內,電容放電的最后值為 2.矩形波發生電路 矩形波發生電路如圖931a)所示，它與圖929的方波發生電路的區別僅僅在于電容充、放電回路不同。矩形波發生電路的充電回路為VD1、R和C，放電回路為VD2、R和C，工作原理與圖929完全相似。 圖 931 a）2.矩形波發生電路 如果忽略

41、二極管VD1和VD2的導通管壓降，則電容充電時間常數為RC，放電時間常數為RC。 輸出電壓處于高電平（即電容充電）的時間為： 圖 931 a） 輸出電壓處于低電平（即電容放電）的時間為：2.矩形波發生電路 如果 ，則 ，此時輸出電壓和電容兩端電壓的波形如圖931b）所示。可知，輸出波形的周期 ，占空比為 圖 931 可見，改變 即可以改變占空比，故圖931a）所示電路叫做“占空比可調”的矩形波發生電路。 9.3.2 三角波發生電路1電路組成和工作原理 三角波發生電路如圖932所示。圖中集成運放 為同相輸入的滯回電壓比較電路，集成運放 為積分電路。 圖 9321電路組成和工作原理 假定電壓比較電

42、路初始輸出電壓為 ，經 分壓后的向電容充電， 線性下降，從而使的同相端電壓也下降。當使 略小于 (=0)時， 從 跳變到 。 隨之變為 : 1電路組成和工作原理 經 使電容放電， 線性上升，從而使同相端電壓 也上升。當使 略大于 時， 從 跳到 。 如此周而復始，就產生了振蕩。 由下式可得滯回比較電路的兩個閾值電壓 1電路組成和工作原理 右圖所示為三角波發生電路的波形。 由于圖932中電容的充放電時間常數相同，幅值變化相同，因而 為方波， 的波形為三角波。 2周期的確定 以 作為時間的起點。經過T/4后， ， 從0變為 。 當 時， ，而 。有2周期的確定 上式說明，改變 、 、 和 的值，可

43、以改變三角波的周期或頻率，改變 的值還會影響三角波的幅值。周期式中 ，并且 所以 9-453鋸齒波發生電路 如果電容C的充、放電時間常數不相等，則可使積分電路的輸出為鋸齒波，滯回比較電路的輸出為矩形波。電路如圖934所示。 圖 9343鋸齒波發生電路 忽略二極管的導通內阻，當 時， 經二極管 對電容C充電，時間常數為 。當 時， 使二極管 導通，電容C放電，時間常數為 。若 時，積分電路輸出波形上升速率小于下降速率，輸出為鋸齒波，輸出波形如右圖所示。 3鋸齒波發生電路參考式（945） 習慣上 叫做逆程時間，叫做順程時間。振蕩周期為： 占空比為：3鋸齒波發生電路圖936 可見，改變 即可以改變占空比。如果要求在改變占空比的同時不影響振蕩頻率，則應該在改變 的同時，使 保持為常數。這時可采用圖936所示的鋸齒波發生電路。 改變 和電容C，可以改變振蕩周期和頻率，但占空比不變。 9.3.3 壓控振蕩器 壓控振蕩器（VCO）一通過外加電壓來控制輸出信號的頻率，輸出波形可以是正弦波、方波、三角波等等，但通常的輸出波形是矩形波。目前，壓控振蕩器廣泛應用于模擬/數字信號的轉換、調頻、遙控遙測等各種設備之中。壓控振蕩器有多種形式，主要有復位式和電荷平衡式兩種。 1復位式壓控振蕩電路 復位式壓控振蕩電路原理圖如圖a）所示。它包括積分電路、電壓比較電路和模擬開關等，模擬開關