9 信号产生电路
9.1 正弦波振荡电路的振荡条件 ?
9.2 RC正弦波振荡电路 ?
9.3 LC正弦波振荡电路 ?
*9.4 非正弦波振荡电路 ?
*9.5 集成函数发生器 8038简介 ?
特点,无输入 vi,自动产生输出 vo(正弦、方波、三角波 )
? 正反馈的自激振荡
2
9.1 正弦波振荡电路的振荡条件
1,振荡条件
3,起振和稳幅
4,振荡电路基本组成部分
2,振荡电路的方框图
3
1,振荡条件
负
反
馈
X f
F
X o
A
X i X id
–
+
正
反
馈
X f
F
X o
A
X i X id
+
+
比较环节
fiid XXX ??? ?? fiid XXX ??? ??
闭环增益
FA
AA
??
??
?? 1F FA
AA
??
??
?? 1F
振荡
条件
1??FA ?? 1?FA ??
1?FA ??
)2(180fa ???? ???? n
1?FA ??
)2(0fa ??? n???
起振条件 1?FA ??
4
2,振荡电路的方框图
X f
X o
A
X id
F
特点,闭合环路, 无输入, 有输出 。
如何分析？
f
id
aX?
若环路增益 1?FA ??
af XX ?? ?，则
去掉, 闭合环路,
aX?
oX?
仍有稳定的输出, 形成振荡 。
振荡平衡条件,
1?FA ??
1?FA ??
)2(0fa ??? n???
振幅平衡条件
相位平衡条件 2个 问题？
? 如何自行建立振荡 （ 起振 ）？ 1?FA ??
? 如何保证输出信号频率？
? 应有选频网络 RC正弦波振荡电路
LC正弦波振荡电路
5
3,起振和稳幅
起振原因,电路器件内部噪声
X f
X o
A
X id
F
电源接通时的阶跃
起振条件,1?AF
)2(0fa ??? n???
噪声中, 满足相位平衡条件的某一频率 ?0的噪声信号被
放大, 成为振荡电路的输出信号 。
稳幅,当输出信号幅值增加到一定程度时, 就要限制它继续
增加, 否则波形将出现失真 。
稳幅的作用就是, 当输出信号幅值增加到一定程度时,
使振幅条件从 回到 1?AF 。 1?AF
6
4,振荡电路基本组成部分
X f
X o
A
X id
F
? 放大电路 （ 包括负反馈放大电路 ）
? 反馈网络 （ 构成正反馈的 ）
? 选频网络 （ 选择满足相位平衡条件的一个频率 ）
? 稳幅环节
end
7
9.2 RC正弦波振荡电路
1,电路组成
2,RC串并联选频网络的选频特性
3,振荡电路工作原理
4,稳幅措施
8
1,电路组成 图 9.2.1 RC 桥式振荡电路
特点,文氏电桥
分析,
? 满足相位平衡条件？
)2(0fa ??? n???
构成 正反馈？
? 满足振幅平衡条件？
)1( 1 ?? AFAF
?
(+)
(+)
(+)
(+)
电压串联
负反馈
(+)
正反馈？
关键,
RC串并联网络 的频率响应 —— 选频特性？
9
2,RC串并联选频网络的选频特性
求反馈系数的频率响应
21
2
o
f
)(
)()(
ZZ
Z
sV
sVsF
V ???
sC
s R C
sCRZ
???? 11
1
s R C
R
sCR
sCR
sCRZ ????? 1/1
/1//
2
s R C
R
sC
s R C
s R C
R
sF V
?
?
?
??
1
1
1)(
2)(31 s R Cs R C
s R C
???
又 ?j?s 且令
RC
1
0 ??
则,
)(j3
1
0
0 ?
?
?
? ???VF
?
10
2,RC串并联选频网络的选频特性
)(j3
1
0
0 ?
?
?
? ???VF
?
20
0
2 )(3
1
?
?
?
? ??
?VF
3
)(
a r c t g
0
0
f
?
?
?
?
?
?
??
RC
1
0 ?? ??当 RCff ?2
1
0 ??或
幅频响应有最大值
3
1
ma x ?VF
相频响应
0f ??
11
3,振荡电路工作原理
继续分析,
? 满足相位平衡条件？
? 满足振幅平衡条件？
C
v O
R f
C
R
–
+
A
R
R 1
?
(+)
(+) ?? 0a?
(+)
(+)
只对 f0
为正反馈 ！
时只有 RCff ?2 1 0 ??
?? 0f?
)2(0fa ??? n???
此时若
31
1
f ???
R
RA
V
则
1313 ???VV FA
电路可以输出正弦波, 频率为
RCf ?2
1
0 ?
（ 频率低于 1 MHz）
1f 2 RR ?
1 ?? AF若要起振 1f 2 RR ?
12
4,稳幅措施
稳幅原理,
起振时,AV > 3 ?
oV? ?VA
3?VA 1?VV FA
稳幅
采用非线性元件
? 热敏电阻
? 场效应管
? 二极管
1
f1
R
RA
V ??
? 热敏电阻
?oV? ?oI? ?功耗 ?温度
1
f
R
R
)(f 负温度系数?R
正温度系数）(1 ?R
?VA
13
? 场效应管
4,稳幅措施 采用非线性元件
选频
网络
同相比例
放大
31
DS3
p3 ?
??? RR
RA
V
v DS
i D
v GS = 0 V
- 1 V
- 2 V
- 3 V
可变电阻区，
斜率随 vGS不同
而变化
34 CRD,、
整流滤波
?oV? ?)(GS 负值V ?DSR ?VA 3?VA
14
? 二极管稳幅原理
4,稳幅措施 图 9.2.1 例 9.2.1电路图
设 D开路, 则
331.31
1
32 ?????
R
RRA
V
有利于起振！
V5.016.0 o
321
o3
3 ????
?? v
RRR
vRv
R
V13.3o ?v D才导通
1
32 //1
R
rRRA D
V
???此时,?oV? ?Dr ?VA
end
15
9.4 非正弦波振荡电路
9.4.1 比较器
9.4.3 锯齿波产生电路
9.4.2 方波产生电路
单门限电压比较器
迟滞比较器
16
9.4.1 比较器
1,单门限电压比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V RE F
?特点,开环, )10( 5
VO ???A
运放工作在 非线性状态 下
?工作原理,)(
R E FIVOO VvAv ??
REFI Vv ? 0O ?v ???Ov CCOHO VVv ???
REFI Vv ? 0O ?v ???Ov EEOLO VVv ???
?传输特性,直观
v O
V O H
V O L
v I O
V R E F 逻辑‘ 1’（高电平） NP vv ?
逻辑‘ 0’（低电平）
NP vv ?
?其他电路,
17
?其他电路,
9.4.1 比较器
1,单门限电压比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V RE F
( a )
v O
V O H
V O L
v I O
V R E F
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V RE F
( b )
v O
V O H
V O L
v I O
V R E F
同相比较
反相比较
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
( c )
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
( d )
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
( e )
v O
V O H
V O L
v I O
v O
V O H
V O L
v I O
同相过零比较器
反相过零比较器
同 (c)图（虚断）
?分析任务及方法
求传输特性
? 方向
? 输出电平 VOH, VOL
? 门限电压 Vth
18
?分析任务及方法
9.4.1 比较器
1,单门限电压比较器
求传输特性
? 方向
? 输出电平 VOH, VOL
? 门限电压 Vth
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V RE F
( a )
v O
V O H
V O L
v I O
V R E F
—同相 和 反相
Vom (运放线性范围 =VCC-VCES )
Vom= ? VCC (忽略饱和压降 )
Vom= ? VZ (稳压电路 )
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V R E F
D Z 1
D Z 2
R
限流电阻
另 1种稳压电路见
习题 9.4.3； 9.4.6
—— 输出 vO翻转 时相应的 输入电压
显然当 vP ? vN 时状态翻转，可用 虚短、虚断
19
分析举例 1
v I
v O
-
+
A
V R E F
? V Z
R 3
2k ?
10k ?
10k ?
R 1
R 2
习题 9.4.4 设运放是理想的,且 VREF= -1V,
VZ= 5V,试求门限电压 Vth,画出传输特性
解, 求门限电压 Vth
利用 虚短, 虚断
0PN ?? vv
R E F
21
1
I
21
2
N VRR
Rv
RR
Rv ?
?????
02121 R E FIN ???? Vvv
V1 R E FIth ＝可得,VvV ???
画传输特性
由稳压管电路，得,VO= ? VZ=? 5V。
vI?反相端 ? 反相电压比较器
v O
+ 5 V
v I O
- 5V
1V
20
?比较器的应用
9.4.1 比较器
1,单门限电压比较器
? 基本应用 — 判断电压大小，如安全监控等
? 获取周期 T — 过零比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
( c )
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
( d )
v I
O
T
? 2 ? 3 ? 4 ?
? t
t
v O
V O H
O
V OL
v I
O
T
? 2 ? 3 ? 4 ?
? t
t
v O
V O H
O
V OL
? 波形整形
21
? 波形整形
?比较器的应用
9.4.1 比较器
1,单门限电压比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V RE F
( a )
v O
V O H
V O L
v I O
V R E F
v I
O
T
? 2 ? 3 ? 4 ?
? t
t
v O
O
V R E F
V O H
V OL
v I
t
V th
= V R EF
O
v O
V O H
O
t
V O L
应为高电平
错误电平
单门限比较器的抗干扰能力差
22
分析举例 2 画传输特性
v I
v O 1
-
+
A 1
5 V
v O
-
+
A 2
+ 12 V
- 12 V
+ 12 V
- 12 V
5 V
v O 2
+ 6 V
D 1
D 2
R 1
R 2
51k ?
5, 1 k ?
? = 5 0
习 9, 4, 1
解,(1) A1,A2开环 ?单门限比较器
5VI ??v V12O1 ??v
5VI ??v V12O1 ??v
5VI ??v V12O2 ??v
5VI ??v V12O2 ??v
(2) D1,D2和三极管 ?或非门逻辑电路
时，当 5 V 5V I ???? v V12O2O1 ??? vv
则 D1,D2和三极管 都截止 ? V6O ??v
时，或当 5V 5 V II ???? vv V12V12 O2O1 ???? vv 或
则 D1,D2有 1个导通 ?三极管 Je正偏
?
?????
?
???
5, 1 k
6VmA6.1050
k51
V4.1V12
CSBC Iii ?
所以,三极管饱和 ? vO = 0V
v O
+ 6 V
v I
O - 5V 5V
窗口比较器
23
分析举例 3 电路如图 9.4.2a所示, 当输入信号如图 c所示的 正弦波时, 定性画出
的波形。及,LOO vvv ?
( a )
v O
v I
+
–
A
C
R R L
D
v ? O +
–
v I D
v L v
I
( c ) O
T
? 2 ? 3 ? 4 ?
? t
t
v O
V O H
O
V OL
( d )
t
v ? O
O ( e )
v
L
O ( f ) t
解,（ 1） A 构成过零比较器
（ 2） RC 为微分电路,
RC<<T
（ 3） D 削波 （ 限幅, 检波 ）
24
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V R E F
9.4.1 比较器
2,迟滞比较器
v I
v O -
+
A
+ 12 V
- 12 V
V REF
=4 V
R 1 20k ?
R 2
20k ?
v F
?特点,正反馈, ???
VOF AA
显然在 非线性状态,输出只有 2种状态
?工作原理,)(
IFVOO vvAv ??
0R E F＝先令 v V6
21
O2
F ???? RR
vRv则：
vI与 vF的关系为,
vI最大（ vI > +6V）
vI居中（ -6V < vI < +6V）
vI最小（ vI < -6V）
? vO = -12V
? 保持 原状态不变
? vO = +12V
时，＝当 V4R E Fv
v O / V
12
– 6
– 12
6 0
V T – V T +
v I / V
V2V6
21
R E F1
21
O2
FIth ????????? RR
VR
RR
vRvvV由虚短：
V12V4V8 TTT ???? ?? VVV ；回差电压－，所以：
传输特性右移 2V
单门限比较器的抗干扰能力差
25
例 9.4.2 试求门限电压, 画出传输特性和图 c所示输入信号下的输出电压波形 。
( a )
v I R 3
10k ? v
N
–
+
A
R 4
1k ?
v O
D Z
V Z = ? 10V
R 1
20k ?
R 2 20k ?
解,（ 1） 门限电压
（ 3） 输出电压波形
（ 2） 传输特性
21
O2
PNI RR
vRvvv
????由虚短、虚断：
V
21
O2
Ith 5?????? RR
vRvV
0 V 1ZO ??? VV由稳压电路：
( b )
v O / V
10
– 5
– 10
5 0
V T – V T +
v I / V
t 1 t 3
t
t 2
v O
+10V
O
– 10V
( d )
v I
V T+ =
+5V
O
V T – =
– 5V
( c ) t 1
t 3 t
反相迟滞比较器
26
习题 9.4.5
? V Z D
Z
–
+
R 4
v N
v P
v O
R 1 R 2
R 3
v I
2k ?
15k ? 5k ?
求门限电压；画出传输特性；画出输入正弦信号
时的输出电压波形 。 （ VZ= 9V）
求门限电压,
画出传输特性,
输出电压波形,
0?? NP vv由虚短、虚断：
解,
21
I2
21
O1
P RR
vR
RR
vRv
??? ＋而：
V)( ZO
2
1
Ith 33
1 ????????? Vv
R
RvV
v O / V
9
– 3
– 9
3 0
V T – V T +
v I / V
v O / V
10
– 5
– 10
5 0
V T – V T +
v I / V
同相迟滞比较器
v I
O
T
? 2 ? 3 ? 4 ?
? t
t
v O
O
3
- 3
9
- 9
end
27
9.4.2 方波产生电路
1,电路组成
（ 多谐振荡电路 ）
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
图 9, 4, 7 ( a )
v F
反相迟滞比较器
RC低通
积分环节
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
图 9, 4, 7 ( b )
v F
R
稳压管双向限幅
能否不串入该电阻？
Z
21
O2
FCth FVRR
vRvvV ??
????
28
2,工作原理
9.4.2 方波产生电路
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
图 9.4.7 ( b )
v F
R
Z
21
O2
FCth FVRR
vRvvV ??
????
设 vO = +VZ （ 输出只有 2种状态 ）
vC = 0 （ 电容初值 ）
vO = +VZ R?C充电 vC ?
vF = +FVZ
当 vC > vF时 vO ?
vO = ?VZ R?C反向充电 vC ?
vF = -FVZ
当 vC < vF时 vO ?
周而复始，形成振荡
29
3,波形
9.4.2 方波产生电路
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
图 9, 4, 7 ( b )
v F
R
V
Z
v
O
O
– V
Z
t
O
t
FV
Z
– FV
Z
V
Z
v
C
– V
Z
T
1
T
2
0
+
4,计算周期
?tevvvtv ?? ????? )]()0([)()( CCCC根据：
ZC )0( FVv ??? ZC )( Vv ??
Z1C )( FVTv ?? RC??
?1][ ZZZZ TeVFVVFV ???????
)21l n (211ln22
1
2
1 R
RRC
F
FTT ??
?
??? ?
问题,能否调整占空比，产生矩形波？
30
5,占空比可变的方波产生电路
9.4.2 方波产生电路
C
–
+
A
v
C
R
R
1
R
2
v
O
D
Z1
? V
Z
D
Z 2
–
+
R
f2
R
f1
D
2
D
1
V
Z
v
O
O
– V
Z
t
T
1
T
2
O
t
FV
Z
– FV
Z
V
Z
v
C
– V
Z
0
+
问题,能否同时产生方波和三角波？
end
31
反相迟滞比较器
RC积分环节
9.4.3 锯齿波产生电路
1,方波、三角波产生电路
?电路变换
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
图 9, 4, 7 ( b )
v F
R
C
R
v S
v O1 +
–
A 1 5, 1 k ?
0, 0 4 7 ? F
反相积分电路
? V Z D
Z
–
+
v N
v P
v O 2
R 1 R 2
R 3
v I
2k ?
15k ? 5, 1 k ?
A 2
? V Z = ? 8 V
同相迟滞比较器
习题 9.4.9
32
习题 9.4.9 求振荡频率；画出 vO1,vO的波形。
C
R
v S
v O1 +
–
A 1 5, 1 k ?
0, 0 4 7 ? F
? V Z D
Z
–
+
v N
v P
v O 2
R 1 R 2
R 3
v I
2k ?
15k ? 5, 1 k ?
A 2
? V Z = ? 8 V
反相积分电路 同相迟滞比较器
)0(1 O10 SO1 ???? ? VdtvRCv t
)0(O1O2 ???? VtRCV
0N
21
I2
21
O1
P ????? vRR
vR
RR
vRv ＋
V72.2ZO
2
1
Ith ??????? FVvR
RvV
33
t
vO2
0
vO1
0 t
习题 9.4.9 求振荡频率；画出 vO1,vO的波形。
C
R
v S
v O1 +
–
A 1 5, 1 k ?
0, 0 4 7 ? F
? V Z D
Z
–
+
v N
v P
v O 2
R 1 R 2
R 3
v I
2k ?
15k ? 5, 1 k ?
A 2
? V Z = ? 8 V
)0()( O1O21O ???? VtRCVtv
ZZ
Z
1O )(2)2( FVFV
T
RC
VTv ???????
Z
Z4
V
FVRCT ?
k H z34
1
2 ??
RCR
Rf
34
9.4.3 锯齿波产生电路
同相输入 迟
滞比较器
积分电路
–
+
A 1
v I
R 2
R 3
v O1
? V Z D Z
R 1
R 4
v P1
v N1
1
C
–
+
A 2 v I2
R 7
v O
R 6
R 5 D
充放电时间 常
数不同
v O1
V Z
O
t 1 t 3
t
– V Z
t 2
T 1 T 2
v O
O
t
V T+
= V Z
R 1
R 2
V T –
= – V Z
R 1
R 2
end
9.1 正弦波振荡电路的振荡条件 ?
9.2 RC正弦波振荡电路 ?
9.3 LC正弦波振荡电路 ?
*9.4 非正弦波振荡电路 ?
*9.5 集成函数发生器 8038简介 ?
特点,无输入 vi,自动产生输出 vo(正弦、方波、三角波 )
? 正反馈的自激振荡
2
9.1 正弦波振荡电路的振荡条件
1,振荡条件
3,起振和稳幅
4,振荡电路基本组成部分
2,振荡电路的方框图
3
1,振荡条件
负
反
馈
X f
F
X o
A
X i X id
–
+
正
反
馈
X f
F
X o
A
X i X id
+
+
比较环节
fiid XXX ??? ?? fiid XXX ??? ??
闭环增益
FA
AA
??
??
?? 1F FA
AA
??
??
?? 1F
振荡
条件
1??FA ?? 1?FA ??
1?FA ??
)2(180fa ???? ???? n
1?FA ??
)2(0fa ??? n???
起振条件 1?FA ??
4
2,振荡电路的方框图
X f
X o
A
X id
F
特点,闭合环路, 无输入, 有输出 。
如何分析？
f
id
aX?
若环路增益 1?FA ??
af XX ?? ?，则
去掉, 闭合环路,
aX?
oX?
仍有稳定的输出, 形成振荡 。
振荡平衡条件,
1?FA ??
1?FA ??
)2(0fa ??? n???
振幅平衡条件
相位平衡条件 2个 问题？
? 如何自行建立振荡 （ 起振 ）？ 1?FA ??
? 如何保证输出信号频率？
? 应有选频网络 RC正弦波振荡电路
LC正弦波振荡电路
5
3,起振和稳幅
起振原因,电路器件内部噪声
X f
X o
A
X id
F
电源接通时的阶跃
起振条件,1?AF
)2(0fa ??? n???
噪声中, 满足相位平衡条件的某一频率 ?0的噪声信号被
放大, 成为振荡电路的输出信号 。
稳幅,当输出信号幅值增加到一定程度时, 就要限制它继续
增加, 否则波形将出现失真 。
稳幅的作用就是, 当输出信号幅值增加到一定程度时,
使振幅条件从 回到 1?AF 。 1?AF
6
4,振荡电路基本组成部分
X f
X o
A
X id
F
? 放大电路 （ 包括负反馈放大电路 ）
? 反馈网络 （ 构成正反馈的 ）
? 选频网络 （ 选择满足相位平衡条件的一个频率 ）
? 稳幅环节
end
7
9.2 RC正弦波振荡电路
1,电路组成
2,RC串并联选频网络的选频特性
3,振荡电路工作原理
4,稳幅措施
8
1,电路组成 图 9.2.1 RC 桥式振荡电路
特点,文氏电桥
分析,
? 满足相位平衡条件？
)2(0fa ??? n???
构成 正反馈？
? 满足振幅平衡条件？
)1( 1 ?? AFAF
?
(+)
(+)
(+)
(+)
电压串联
负反馈
(+)
正反馈？
关键,
RC串并联网络 的频率响应 —— 选频特性？
9
2,RC串并联选频网络的选频特性
求反馈系数的频率响应
21
2
o
f
)(
)()(
ZZ
Z
sV
sVsF
V ???
sC
s R C
sCRZ
???? 11
1
s R C
R
sCR
sCR
sCRZ ????? 1/1
/1//
2
s R C
R
sC
s R C
s R C
R
sF V
?
?
?
??
1
1
1)(
2)(31 s R Cs R C
s R C
???
又 ?j?s 且令
RC
1
0 ??
则,
)(j3
1
0
0 ?
?
?
? ???VF
?
10
2,RC串并联选频网络的选频特性
)(j3
1
0
0 ?
?
?
? ???VF
?
20
0
2 )(3
1
?
?
?
? ??
?VF
3
)(
a r c t g
0
0
f
?
?
?
?
?
?
??
RC
1
0 ?? ??当 RCff ?2
1
0 ??或
幅频响应有最大值
3
1
ma x ?VF
相频响应
0f ??
11
3,振荡电路工作原理
继续分析,
? 满足相位平衡条件？
? 满足振幅平衡条件？
C
v O
R f
C
R
–
+
A
R
R 1
?
(+)
(+) ?? 0a?
(+)
(+)
只对 f0
为正反馈 ！
时只有 RCff ?2 1 0 ??
?? 0f?
)2(0fa ??? n???
此时若
31
1
f ???
R
RA
V
则
1313 ???VV FA
电路可以输出正弦波, 频率为
RCf ?2
1
0 ?
（ 频率低于 1 MHz）
1f 2 RR ?
1 ?? AF若要起振 1f 2 RR ?
12
4,稳幅措施
稳幅原理,
起振时,AV > 3 ?
oV? ?VA
3?VA 1?VV FA
稳幅
采用非线性元件
? 热敏电阻
? 场效应管
? 二极管
1
f1
R
RA
V ??
? 热敏电阻
?oV? ?oI? ?功耗 ?温度
1
f
R
R
)(f 负温度系数?R
正温度系数）(1 ?R
?VA
13
? 场效应管
4,稳幅措施 采用非线性元件
选频
网络
同相比例
放大
31
DS3
p3 ?
??? RR
RA
V
v DS
i D
v GS = 0 V
- 1 V
- 2 V
- 3 V
可变电阻区，
斜率随 vGS不同
而变化
34 CRD,、
整流滤波
?oV? ?)(GS 负值V ?DSR ?VA 3?VA
14
? 二极管稳幅原理
4,稳幅措施 图 9.2.1 例 9.2.1电路图
设 D开路, 则
331.31
1
32 ?????
R
RRA
V
有利于起振！
V5.016.0 o
321
o3
3 ????
?? v
RRR
vRv
R
V13.3o ?v D才导通
1
32 //1
R
rRRA D
V
???此时,?oV? ?Dr ?VA
end
15
9.4 非正弦波振荡电路
9.4.1 比较器
9.4.3 锯齿波产生电路
9.4.2 方波产生电路
单门限电压比较器
迟滞比较器
16
9.4.1 比较器
1,单门限电压比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V RE F
?特点,开环, )10( 5
VO ???A
运放工作在 非线性状态 下
?工作原理,)(
R E FIVOO VvAv ??
REFI Vv ? 0O ?v ???Ov CCOHO VVv ???
REFI Vv ? 0O ?v ???Ov EEOLO VVv ???
?传输特性,直观
v O
V O H
V O L
v I O
V R E F 逻辑‘ 1’（高电平） NP vv ?
逻辑‘ 0’（低电平）
NP vv ?
?其他电路,
17
?其他电路,
9.4.1 比较器
1,单门限电压比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V RE F
( a )
v O
V O H
V O L
v I O
V R E F
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V RE F
( b )
v O
V O H
V O L
v I O
V R E F
同相比较
反相比较
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
( c )
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
( d )
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
( e )
v O
V O H
V O L
v I O
v O
V O H
V O L
v I O
同相过零比较器
反相过零比较器
同 (c)图（虚断）
?分析任务及方法
求传输特性
? 方向
? 输出电平 VOH, VOL
? 门限电压 Vth
18
?分析任务及方法
9.4.1 比较器
1,单门限电压比较器
求传输特性
? 方向
? 输出电平 VOH, VOL
? 门限电压 Vth
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V RE F
( a )
v O
V O H
V O L
v I O
V R E F
—同相 和 反相
Vom (运放线性范围 =VCC-VCES )
Vom= ? VCC (忽略饱和压降 )
Vom= ? VZ (稳压电路 )
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V R E F
D Z 1
D Z 2
R
限流电阻
另 1种稳压电路见
习题 9.4.3； 9.4.6
—— 输出 vO翻转 时相应的 输入电压
显然当 vP ? vN 时状态翻转，可用 虚短、虚断
19
分析举例 1
v I
v O
-
+
A
V R E F
? V Z
R 3
2k ?
10k ?
10k ?
R 1
R 2
习题 9.4.4 设运放是理想的,且 VREF= -1V,
VZ= 5V,试求门限电压 Vth,画出传输特性
解, 求门限电压 Vth
利用 虚短, 虚断
0PN ?? vv
R E F
21
1
I
21
2
N VRR
Rv
RR
Rv ?
?????
02121 R E FIN ???? Vvv
V1 R E FIth ＝可得,VvV ???
画传输特性
由稳压管电路，得,VO= ? VZ=? 5V。
vI?反相端 ? 反相电压比较器
v O
+ 5 V
v I O
- 5V
1V
20
?比较器的应用
9.4.1 比较器
1,单门限电压比较器
? 基本应用 — 判断电压大小，如安全监控等
? 获取周期 T — 过零比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
( c )
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
( d )
v I
O
T
? 2 ? 3 ? 4 ?
? t
t
v O
V O H
O
V OL
v I
O
T
? 2 ? 3 ? 4 ?
? t
t
v O
V O H
O
V OL
? 波形整形
21
? 波形整形
?比较器的应用
9.4.1 比较器
1,单门限电压比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V RE F
( a )
v O
V O H
V O L
v I O
V R E F
v I
O
T
? 2 ? 3 ? 4 ?
? t
t
v O
O
V R E F
V O H
V OL
v I
t
V th
= V R EF
O
v O
V O H
O
t
V O L
应为高电平
错误电平
单门限比较器的抗干扰能力差
22
分析举例 2 画传输特性
v I
v O 1
-
+
A 1
5 V
v O
-
+
A 2
+ 12 V
- 12 V
+ 12 V
- 12 V
5 V
v O 2
+ 6 V
D 1
D 2
R 1
R 2
51k ?
5, 1 k ?
? = 5 0
习 9, 4, 1
解,(1) A1,A2开环 ?单门限比较器
5VI ??v V12O1 ??v
5VI ??v V12O1 ??v
5VI ??v V12O2 ??v
5VI ??v V12O2 ??v
(2) D1,D2和三极管 ?或非门逻辑电路
时，当 5 V 5V I ???? v V12O2O1 ??? vv
则 D1,D2和三极管 都截止 ? V6O ??v
时，或当 5V 5 V II ???? vv V12V12 O2O1 ???? vv 或
则 D1,D2有 1个导通 ?三极管 Je正偏
?
?????
?
???
5, 1 k
6VmA6.1050
k51
V4.1V12
CSBC Iii ?
所以,三极管饱和 ? vO = 0V
v O
+ 6 V
v I
O - 5V 5V
窗口比较器
23
分析举例 3 电路如图 9.4.2a所示, 当输入信号如图 c所示的 正弦波时, 定性画出
的波形。及,LOO vvv ?
( a )
v O
v I
+
–
A
C
R R L
D
v ? O +
–
v I D
v L v
I
( c ) O
T
? 2 ? 3 ? 4 ?
? t
t
v O
V O H
O
V OL
( d )
t
v ? O
O ( e )
v
L
O ( f ) t
解,（ 1） A 构成过零比较器
（ 2） RC 为微分电路,
RC<<T
（ 3） D 削波 （ 限幅, 检波 ）
24
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE V R E F
9.4.1 比较器
2,迟滞比较器
v I
v O -
+
A
+ 12 V
- 12 V
V REF
=4 V
R 1 20k ?
R 2
20k ?
v F
?特点,正反馈, ???
VOF AA
显然在 非线性状态,输出只有 2种状态
?工作原理,)(
IFVOO vvAv ??
0R E F＝先令 v V6
21
O2
F ???? RR
vRv则：
vI与 vF的关系为,
vI最大（ vI > +6V）
vI居中（ -6V < vI < +6V）
vI最小（ vI < -6V）
? vO = -12V
? 保持 原状态不变
? vO = +12V
时，＝当 V4R E Fv
v O / V
12
– 6
– 12
6 0
V T – V T +
v I / V
V2V6
21
R E F1
21
O2
FIth ????????? RR
VR
RR
vRvvV由虚短：
V12V4V8 TTT ???? ?? VVV ；回差电压－，所以：
传输特性右移 2V
单门限比较器的抗干扰能力差
25
例 9.4.2 试求门限电压, 画出传输特性和图 c所示输入信号下的输出电压波形 。
( a )
v I R 3
10k ? v
N
–
+
A
R 4
1k ?
v O
D Z
V Z = ? 10V
R 1
20k ?
R 2 20k ?
解,（ 1） 门限电压
（ 3） 输出电压波形
（ 2） 传输特性
21
O2
PNI RR
vRvvv
????由虚短、虚断：
V
21
O2
Ith 5?????? RR
vRvV
0 V 1ZO ??? VV由稳压电路：
( b )
v O / V
10
– 5
– 10
5 0
V T – V T +
v I / V
t 1 t 3
t
t 2
v O
+10V
O
– 10V
( d )
v I
V T+ =
+5V
O
V T – =
– 5V
( c ) t 1
t 3 t
反相迟滞比较器
26
习题 9.4.5
? V Z D
Z
–
+
R 4
v N
v P
v O
R 1 R 2
R 3
v I
2k ?
15k ? 5k ?
求门限电压；画出传输特性；画出输入正弦信号
时的输出电压波形 。 （ VZ= 9V）
求门限电压,
画出传输特性,
输出电压波形,
0?? NP vv由虚短、虚断：
解,
21
I2
21
O1
P RR
vR
RR
vRv
??? ＋而：
V)( ZO
2
1
Ith 33
1 ????????? Vv
R
RvV
v O / V
9
– 3
– 9
3 0
V T – V T +
v I / V
v O / V
10
– 5
– 10
5 0
V T – V T +
v I / V
同相迟滞比较器
v I
O
T
? 2 ? 3 ? 4 ?
? t
t
v O
O
3
- 3
9
- 9
end
27
9.4.2 方波产生电路
1,电路组成
（ 多谐振荡电路 ）
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
图 9, 4, 7 ( a )
v F
反相迟滞比较器
RC低通
积分环节
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
图 9, 4, 7 ( b )
v F
R
稳压管双向限幅
能否不串入该电阻？
Z
21
O2
FCth FVRR
vRvvV ??
????
28
2,工作原理
9.4.2 方波产生电路
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
图 9.4.7 ( b )
v F
R
Z
21
O2
FCth FVRR
vRvvV ??
????
设 vO = +VZ （ 输出只有 2种状态 ）
vC = 0 （ 电容初值 ）
vO = +VZ R?C充电 vC ?
vF = +FVZ
当 vC > vF时 vO ?
vO = ?VZ R?C反向充电 vC ?
vF = -FVZ
当 vC < vF时 vO ?
周而复始，形成振荡
29
3,波形
9.4.2 方波产生电路
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
图 9, 4, 7 ( b )
v F
R
V
Z
v
O
O
– V
Z
t
O
t
FV
Z
– FV
Z
V
Z
v
C
– V
Z
T
1
T
2
0
+
4,计算周期
?tevvvtv ?? ????? )]()0([)()( CCCC根据：
ZC )0( FVv ??? ZC )( Vv ??
Z1C )( FVTv ?? RC??
?1][ ZZZZ TeVFVVFV ???????
)21l n (211ln22
1
2
1 R
RRC
F
FTT ??
?
??? ?
问题,能否调整占空比，产生矩形波？
30
5,占空比可变的方波产生电路
9.4.2 方波产生电路
C
–
+
A
v
C
R
R
1
R
2
v
O
D
Z1
? V
Z
D
Z 2
–
+
R
f2
R
f1
D
2
D
1
V
Z
v
O
O
– V
Z
t
T
1
T
2
O
t
FV
Z
– FV
Z
V
Z
v
C
– V
Z
0
+
问题,能否同时产生方波和三角波？
end
31
反相迟滞比较器
RC积分环节
9.4.3 锯齿波产生电路
1,方波、三角波产生电路
?电路变换
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
图 9, 4, 7 ( b )
v F
R
C
R
v S
v O1 +
–
A 1 5, 1 k ?
0, 0 4 7 ? F
反相积分电路
? V Z D
Z
–
+
v N
v P
v O 2
R 1 R 2
R 3
v I
2k ?
15k ? 5, 1 k ?
A 2
? V Z = ? 8 V
同相迟滞比较器
习题 9.4.9
32
习题 9.4.9 求振荡频率；画出 vO1,vO的波形。
C
R
v S
v O1 +
–
A 1 5, 1 k ?
0, 0 4 7 ? F
? V Z D
Z
–
+
v N
v P
v O 2
R 1 R 2
R 3
v I
2k ?
15k ? 5, 1 k ?
A 2
? V Z = ? 8 V
反相积分电路 同相迟滞比较器
)0(1 O10 SO1 ???? ? VdtvRCv t
)0(O1O2 ???? VtRCV
0N
21
I2
21
O1
P ????? vRR
vR
RR
vRv ＋
V72.2ZO
2
1
Ith ??????? FVvR
RvV
33
t
vO2
0
vO1
0 t
习题 9.4.9 求振荡频率；画出 vO1,vO的波形。
C
R
v S
v O1 +
–
A 1 5, 1 k ?
0, 0 4 7 ? F
? V Z D
Z
–
+
v N
v P
v O 2
R 1 R 2
R 3
v I
2k ?
15k ? 5, 1 k ?
A 2
? V Z = ? 8 V
)0()( O1O21O ???? VtRCVtv
ZZ
Z
1O )(2)2( FVFV
T
RC
VTv ???????
Z
Z4
V
FVRCT ?
k H z34
1
2 ??
RCR
Rf
34
9.4.3 锯齿波产生电路
同相输入 迟
滞比较器
积分电路
–
+
A 1
v I
R 2
R 3
v O1
? V Z D Z
R 1
R 4
v P1
v N1
1
C
–
+
A 2 v I2
R 7
v O
R 6
R 5 D
充放电时间 常
数不同
v O1
V Z
O
t 1 t 3
t
– V Z
t 2
T 1 T 2
v O
O
t
V T+
= V Z
R 1
R 2
V T –
= – V Z
R 1
R 2
end
