本章讨论的问题： 1.在模拟电子电路中需要哪些波形的信号作为测试信号和　控制信号？ 2.正弦波振荡电路所产生的自激振荡和负反馈放大电路中　所产生的自激振荡有什么区别？ 3.为什么正弦波振荡电路中必须有选频网络？选频网络由　哪些元件组成？ 4.为什么说矩形波发生电路是产生非正弦波信号的基础？为什么非正弦波发生电路中几乎都有电压比较器？ 5.电压比较器与放大电路有什么区别？集成运放在电　压比较器和运算放大电路中的工作状态一样吗？6.如何组成矩形波、三角波和锯齿波发生发生电路？7.为什么需要将输入信号进行转换？有哪些基本转换？ 8.1正弦波振荡电路 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。 8.1.1 概述 一、正弦波产生电路的组成 为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路的组成 放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅电路 二、 产生正弦波的条件 产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。  (a)负反馈放大电路 (b)正反馈振荡电路 　　图8.1.1 振荡器的方框图 比较图　图8.1.1 (a) 和 (b)就可以明显地看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别了。由于振荡电路的输入信号=0，所以=。由于正、负号的改变，有反馈的放大倍数为：  振荡条件是 =1 幅度平衡条件 ((=1 相位平衡条件 (AF = (A+(F = (2n( （动画11-1） 三、 起振条件和稳幅原理 振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求 ((＞ 1 这称为起振条件。既然((＞ 1，起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的增加，这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用，选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。 也可以在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益，从而达到稳幅的目的。这在下面具体的振荡电路中加以介绍。 8.1.2 RC正弦波振荡电路 一、RC网络的频率响应 RC串并联网络的电路如图8.1.1所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的  　图8.1.2　　RC串并联网络 阻抗用Z2表示。其频率响应如下   谐振频率为 f0= 当R1 = R2，C1 = C2时，谐振角频率和谐振频率分别为：  ，  幅频特性  相频特性  当f=f0时的反馈系数 ，且与频率f0的大小无关，此时的相角 (F=0(。即调节谐振频率不会影响反馈系数和相角，在调节频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。 二、 RC桥式正弦波振荡电路 1. RC文氏桥振荡电路的构成 RC文氏桥振荡器的电路如图　图8.1.3所示，RC串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负反馈网络。  　图8.1.3　　RC文氏桥振荡器 C1、R1和C2、R2正反馈支路与R3、R4负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。当C1 =C2、R1 =R2时  (F=0( f0= 为满足振荡的幅度条件 ((=1，所以Af≥3。加入R3R4支路，构成串联电压负反馈  2. RC文氏桥振荡电路的稳幅过程 RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置，如图8.1.4。 采用反并联二极管的稳幅电路如图所示。电路的电压增益为  式中 R”p是电位器上半部的电阻值，R’p是电位器下半部的电阻值。R’3= R3 // RD，RD是并联二极管的等效平均电阻值。当Vo大时，二极管支路的交流电流较大，RD较小，Avf较小，于是Vo下降。由图(b)可看出，二极管工作在C、D点所对应的等效电阻，小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。二极管工作在A、B点，电路的增益较大，引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增益下降，最后达到稳定幅度的目的。  (a) 稳幅电路 (b) 稳幅原理图 　图8.1.4　反并联二极管的稳幅电路（动画11-2） 8.1.3 LC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，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LC并联谐振电路构成，正反馈网络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。 一、 LC谐振电路的频率特性 LC并联谐振电路如　图8.1.5 (a)所示。显然输出电压是频率的函数  输入信号频率过高，电容的旁路作用加强，输出减小；反之频率太低，电感将短路输出。并联谐振曲线如图（b）所示。  (a)LC并联谐振电路 (b) 并联谐振曲线 　图8.1.5　　 并联谐振电路及其谐振曲线 谐振时  谐振频率  考虑电感支路的损耗，用R表示，如　图8.1.6 所示。谐振时，电感支路电流或电容支路 电流与总电流之比，称为并联谐振电路的品 质因数 　图8.1.6　　 有损耗的谐振电路  对于　图8.1.5　（b）的谐振曲线，Q值大的曲线较陡较窄，图中Q1＞Q2。 并联谐振电路的谐振阻抗  谐振时，LC并联谐振电路相当一个电阻。 二、 变压器反馈式振荡电路 变压器反馈LC振荡电路如　图8.1.7所示。LC并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈Ｌ2与电感线圈Ｌ相耦合，将反馈信号送入三极管的输入回路。交换反馈线圈的两个线头，可改变反馈的极性。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。有关同名端的极性请参阅图8.1.8。   　图8.1.7　　 变压器反馈LC振荡电路 　图8.1.8　　同名端的极性 变压器反馈LC振荡电路的振荡频率与并联LC谐振电路相同，为  三、 电感三点式振荡电路 　图8.1.9 为电感三点式LC振荡电路。电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。如果设某个瞬间集电极电流减小，线圈上的瞬时极性如图所示。反馈到发射极的极性对地为正，图中三极管是共基极接法，所以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。　图8.1.10是另一个电感三点式LC振荡电路。   　图8.1.9　 电感三点式LC振荡电路（CB） 　图8.1.10　　 电感三点式LC振荡电路（CE）  分析三点式LC振荡电路常用如下方法，将谐振回路的阻抗折算到三极管的各个电极之间，有Zbe、Zce、Zcb，如　图8.1.11所示。 对于图11.09是L2、是L1、是C。 可以证明，若满足相位平衡条件，和必 须同性质，即同为电容或同为电感，且与 性质相反。 四、电容三点式振荡电路 与电感三点式LC振荡电路类似的有电容三点式LC振荡电路，见　图8.1.12。  （a）CB组态 （b）CE组态 　图8.1.12　电容三点式LC振荡电路 例1　：图　图8.1.13为三点式振荡电路试判断是否满足相位平衡条件。  (a) (b) 　图8.1.13　　 例题1的电路图 四、石英晶体振荡电路 利用石英晶体高品质因数的特点，构成LC振荡电路，如　图8.1.14所示。  (a)串联型 f0 =fs （b）并联型 fs <f0<fp 　图8.1.14　　 石英晶体振荡电路 石英晶体的阻抗频率特性曲线见　图8.1.15　,它有一个串联谐振频率fs,一个并联谐振频率 fp，二者十分接近。对于　图8.1.1 4(a)的电路与电感三点式振荡电路相似。要使反馈信号能传递到发射极，为此石英晶体应处于串联谐振点，此时晶体的阻抗接近为零。 对于　图8.1.1 4(b)的电路，满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电感性才能形成LC并联谐振回路，产生振荡。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。  　图8.1.15　　 石英晶体的电抗曲线 例2：分析　图8.1.16的振荡电路能否产生振荡，若产生振荡石英晶体处于何种状态？  （a） (b) 　图8.1.1 例2电路图 8.2 电压比较器 比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。常用的幅度比较电路有电压幅度比较器，具有滞回特性的比较器。这些比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。 8.2.1 概述 一、电压比较器的电压传输特性 二、集成运放的非线性工作区 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 8.2.2 单限比较器 一、过零比较器 过零电压比较器是典型的幅度比较电路，它的电路图和传输特性曲线如图8.2.1所示。  (a) 电路图 (b) 电压传输特性 图8.2.1 过零电压比较器 二、一般单限比较器 将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压值上，就得到电压比较器，电路如图8.2.2所示。调节可方便地改变阈值。  (a) 电路图 (b)电压传输特性 图8.2.2 固定电压比较器 比较器的基本特点 工作在开环或正反馈状态。 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。 非线性，因是大幅度工作，输出和输入不成线性关系。 8.2.3滞回比较器 从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图8.2.3(a)所示电路。  (a) 电路图 (b) 传输特性 图8.2.3 滞回比较器电路图 当输入电压vI从零逐渐增大，且时，，称为上限阀值（触发）电平。  当输入电压时，。此时触发电平变为，称为下限阀值（触发）电平。  当逐渐减小，且以前，始终等于，因此出现了如图8.2.3(b)所示的滞回特性曲线。 回差电压：  8.2.4 窗口比较器 窗口比较器的电路如图8.2.4所示。电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。设R1 =R2，则有  窗口比较器的电压传输特性如图8.2.5所示。当vI(VH时，vO1为高电平，D3导通；vo2为低电平，D4截止，vO= vO1。 当vI( VL时，vO2为高电平，D4导通；vO1为低电平，D3截止，vO= vO2。 当VH>vI> VL时，vO1为低电平，vO2为低电平，D3、D4截止，vO=低电平。 高电平信号的电位水平高于某规定值VH的情况，相当比较电路正饱和输出。 低电平信号的电位水平低于某规定值VL的情况，相当比较电路负饱和输出。 该比较器有两个阈值，传输特性曲线呈窗口状，故称为窗口比较器。  图8.2.4 窗口比较器 图8.2.5 窗口比较器的传输特性 8.2.5 比较器的应用 比较器主要用来对输入波形进行整形，可以将不规则的输入波形整形为方波输出,其原理如图8.2.6所示。  (a) 正弦波变换为矩形波 (b) 有干扰的正弦波变换为方波 图8.2.6 用比较器实现波形变换 8.3 非正弦波发生电路 8.3.1 矩形波发生电路 一、电路组成及工作原理 矩形波发生电路是由滞回比较器和RC定时电路构成的，电路见图8.3.1。 电源刚接通时设 ,电容C充电，升高。参阅图8.3.2。  图8.3.1 方波发生器 当≥时，，所以，电容C放电， 下降。 当≤时，，返回初态。  图8.3.2 方波发生器波形图（动画14-1）（动画14-2） 二、波形分析及主要参数 方波的周期Ｔ用过渡过程公式可以方便地求出  三、占空比可调电路 显然，为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波电路如图8.3.3所示。  图8.3.3 占空比可调的矩形波发生电路 C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D1、R1； C放电时，放电电流经R1、二极管D2、电位器的下半部。 占空比为：  其中， 是电位器中点到上端电阻，是二极管导D1通电阻。  其中，是二极管D2导通电阻。即改变的中点位置，占空比就可改变。 8.3.2 三角波发生电路 一、电路组成 三角波发生器的电路如图8.3.4所示。它是由滞回比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的。  图8.3.4 三角波发生器 二、工作原理 当vO1=+VZ时,则电容C充电, 同时vO按线性逐渐下降，当使A1的Vp略低于VN 时，vO1 从+VZ跳变为-VZ。波形图参阅图8.3.5。  图8.3.5 三角波发生器的波形 (动画14-3) 在后，电容开始放电， 按线性上升，当使的略大于零时， 从跳变为，如此周而复始，产生振荡。的上升、下降时间相等，斜率绝对值也相等，故为三角波。 输出峰值：正向峰值，负向峰值。 三、振荡周期   8.3.3 锯齿波发生器 锯齿波发生器的电路如图8.3.6所示，显然为了获得锯齿波，应改变积分器的充、放电时间常数。图中的二极管D和R(将使充电时间常数减小为(R∥R()C，而放电时间常数仍为RC。锯齿波电路的波形图如图8.3.7所示。  图8.3.6 锯齿波发生器电路图  图8.3.7 锯齿波发生器的波形（动画14-4） 于是有：