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
9.4.0 理想运算放大器特点汇总
9.4.0 理想运算放大器特性汇总
1,理想运放的技术指标
开环差模电压增益 AVO=∞ （ 无限大 ）
差模输入电阻 rid= ∞ （ 无限大 ）
输出电阻 ro=0（ 无限小 ）
共模抑制比 KCMR无限大
2,理想运放的线性工作运用特点
v O
V O H
V O L
v IO
1) 理想运放的差模输入电压等于零
2) 理想运放的输入电流等于零因理想运放的 AVO →∞,虚短成立由理想运放的 rid→∞,虚断成立。
为了达到集成运放工作在线性区的条件，一般情况下都必须在集成运放电路中引入深度负反馈，以减小直接施加在集成运放两个输入端的净输入电压。
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
9.4.0 理想运算放大器特性汇总
VVAV VOO
v O
V O H
V O L
v IO
VOH
VOL
3,理想运放的非线性工作运用特点
vI >0 时,vOmax = VOH
vI <0 时,vOmax = VOL
1) 运 放 的输出电压值只有 VOH或 VOL
2) 理想运放的输入电流等于零由于开环电压增益很高,线性范围很小例如 741型运放,AVO =106dB=2× 105倍；
ViMax = Vcc / AVO = 60uV
由理想运放的差模输入电阻 rid→∞,虚断仍成立在非线性工作时，运放的差模输入电压 vid= v+- v-可能很大，即 v+≠ v-。
即 非线性工作时,“虚短”现象不成立
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
9.4.0 理想运算放大器特性汇总
|vO |不可能超过 VM
9.4.1 比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
特点：
时,
0
M
I A
Vv?
1,单门限电压比较器
（ 1） 过零比较器开环工作,开环增益 A0大于 105
CCOEE VvV
MI0O VvAv
（ 一般低于直流电源某个值,例如等于 VOM）
所以 vI >0 时,vOmax = VOM （ 正饱和 ）
vI <0 时,vOmax = V’OM （ 负饱和 ）
（ 过零比较器 ）
运算放大器工作在非线性状态下
CCEE VV假设
9.4.1 比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
输入为正负对称的正弦波时,
输出为方波电压传输特性,0为比较门限v
O
V O H
V O L
v IO
思考
1,若过零比较器如图所示,则它的电压传输特性将是怎样的？
2,输入为正负对称的正弦波时,
输出波形是怎样的？
v I
v O
+
-
A
+ V CC
- V EE
v O
V O H
V O L
v IO
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
9.4.1 比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EEV R E F
（ 2） 比较门限电压不为零的比较器电压传输特性：门限电压为 VREF
v O
V O H
V O L
v IO V
R E F
输入为正负对称的正弦波时输出波形
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
V
R EF
9.4.1 比较器注意画波形时必须垂直对齐解,（ 1） A构成过零比较器
（ 2） RC 为微分电路,
RC<<T
例
( a)
v O
v I
+
–
A
C
R R L
D
v? O +
–
v I D
v L
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?
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
（ 3） D削波 （ 限幅,检波 ）
单门限比较器的抗干扰能力
v I
t
V th
= V R E F
O
v O
V O H
O
t
V O L
应为高电平错误电平
9.4.1 比较器
2,迟滞比较器 （ 施密特触发器 ）
（ 1） 电路组成
v
I
v N
v P
–
+
A
v O
R 1
10k?
R 2
10 0?
V R EF
=1V
（ 2） 门限电压 为门限电压,
Pv
门限电压的两个的两个电压值可得有关，对应于与而 POOP vvvv
)( OLOPI 低电平时,Vvvv )( OHOPI 高电平时,Vvvv
21
OH2
21
R E F1
T RR
VR
RR
VRV
21
OL2
21
R E F1
T RR
VR
RR
VRV
上门限电压下门限电压回差电压
21
OLOH2
TTT
)(
RR
VVRVVV
9.4.1 比较器
v O /V
V OH
0 ( a )
V T+ v I /V
V OL
（ 3） 传输特性
v
I
v N
v P
–
+
A
v O
R 1
10k?
R 2
10 0?
V R EF
=1V
v
O /V
0 ( b )
V T – v I /V
V OH
V OL v
O /V
0 ( c )
V T – v I /V V T +
V OH
V OL
(VOH)OL
9.4.1 比较器
（ 4） 同相输入迟滞比较器
( b )
v O / V
10
– 5
– 10
5 0
V T – V T +
v I / V
解,（ 1） 门限电压
（ 3） 输出电压波形例 电路如图 9.4.6a所示,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 。
（ 2） 传输特性
( 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?
V5
21
OH2
21
R E F1
T RR
VR
RR
VRV
V5
21
OL2
21
R E F1
T RR
VR
RR
VRV
0R EF?V 0 V 1OV
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
9.4.2 方波产生电路
1,电路组成 （ 多谐振荡电路 ）
迟滞比较器
RC充放电支路
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
( a )
稳压管双向限幅
C
–
+
A
v C
N
R f
R O
R 1
R 2
v O
D Z1
V Z1
D Z 2
V Z 2
( b )
+ V CC
1
- V EE
能否不串入该电阻？
V Z
v
v O
FV Z
O
– V Z
– FV Z
t
v C
9.4.2 方波产生电路
2,工作原理由于迟滞比较器中正反馈的作用,电源接通后瞬间,输出便进入饱和状态 。
假设为正向饱和状态
C
–
+
A
v C R
R 1
R 2
v O
D Z1
V Z
D Z 2
R f
i +
RC 放电
i –
RC 充电
T 1 T 2
9.4.2 方波产生电路
3,占空比可变的方波产生电路
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
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
运放的应用 有源滤波器运算加减微积分线性非线性乘除对指数运放处于线性放大状态
（负反馈）
运放处于非线性状态
（开环或正反馈）
注：正弦波振荡器中运放仍处于线性放大状态。
end
比较器信号发生器正弦波非正弦波
1.以运放的输出为边界，以运放为核心分级；
3.求解各级和整个系统输入输出 关系；
2.确定运放状态 (线性 /非线性 )；
运放应用电路的一般分析步骤：
思考与习题思考题：
P.426-9.4.1
习题：
P.426-9.4.4
P.436-9.4.2,9.4.10
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
9.4.0 理想运算放大器特点汇总
9.4.0 理想运算放大器特性汇总
1,理想运放的技术指标
开环差模电压增益 AVO=∞ （ 无限大 ）
差模输入电阻 rid= ∞ （ 无限大 ）
输出电阻 ro=0（ 无限小 ）
共模抑制比 KCMR无限大
2,理想运放的线性工作运用特点
v O
V O H
V O L
v IO
1) 理想运放的差模输入电压等于零
2) 理想运放的输入电流等于零因理想运放的 AVO →∞,虚短成立由理想运放的 rid→∞,虚断成立。
为了达到集成运放工作在线性区的条件，一般情况下都必须在集成运放电路中引入深度负反馈，以减小直接施加在集成运放两个输入端的净输入电压。
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
9.4.0 理想运算放大器特性汇总
VVAV VOO
v O
V O H
V O L
v IO
VOH
VOL
3,理想运放的非线性工作运用特点
vI >0 时,vOmax = VOH
vI <0 时,vOmax = VOL
1) 运 放 的输出电压值只有 VOH或 VOL
2) 理想运放的输入电流等于零由于开环电压增益很高,线性范围很小例如 741型运放,AVO =106dB=2× 105倍；
ViMax = Vcc / AVO = 60uV
由理想运放的差模输入电阻 rid→∞,虚断仍成立在非线性工作时，运放的差模输入电压 vid= v+- v-可能很大，即 v+≠ v-。
即 非线性工作时,“虚短”现象不成立
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
9.4.0 理想运算放大器特性汇总
|vO |不可能超过 VM
9.4.1 比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
特点：
时,
0
M
I A
Vv?
1,单门限电压比较器
（ 1） 过零比较器开环工作,开环增益 A0大于 105
CCOEE VvV
MI0O VvAv
（ 一般低于直流电源某个值,例如等于 VOM）
所以 vI >0 时,vOmax = VOM （ 正饱和 ）
vI <0 时,vOmax = V’OM （ 负饱和 ）
（ 过零比较器 ）
运算放大器工作在非线性状态下
CCEE VV假设
9.4.1 比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EE
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
输入为正负对称的正弦波时,
输出为方波电压传输特性,0为比较门限v
O
V O H
V O L
v IO
思考
1,若过零比较器如图所示,则它的电压传输特性将是怎样的？
2,输入为正负对称的正弦波时,
输出波形是怎样的？
v I
v O
+
-
A
+ V CC
- V EE
v O
V O H
V O L
v IO
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
9.4.1 比较器
v I
v O
-
+
A
+ V CC
- V EEV R E F
（ 2） 比较门限电压不为零的比较器电压传输特性：门限电压为 VREF
v O
V O H
V O L
v IO V
R E F
输入为正负对称的正弦波时输出波形
v
I
O
T
2? 3? 4?
t
t
v
O
V
O H
O
V
OL
V
R EF
9.4.1 比较器注意画波形时必须垂直对齐解,（ 1） A构成过零比较器
（ 2） RC 为微分电路,
RC<<T
例
( a)
v O
v I
+
–
A
C
R R L
D
v? O +
–
v I D
v L
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?
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
（ 3） D削波 （ 限幅,检波 ）
单门限比较器的抗干扰能力
v I
t
V th
= V R E F
O
v O
V O H
O
t
V O L
应为高电平错误电平
9.4.1 比较器
2,迟滞比较器 （ 施密特触发器 ）
（ 1） 电路组成
v
I
v N
v P
–
+
A
v O
R 1
10k?
R 2
10 0?
V R EF
=1V
（ 2） 门限电压 为门限电压,
Pv
门限电压的两个的两个电压值可得有关，对应于与而 POOP vvvv
)( OLOPI 低电平时,Vvvv )( OHOPI 高电平时,Vvvv
21
OH2
21
R E F1
T RR
VR
RR
VRV
21
OL2
21
R E F1
T RR
VR
RR
VRV
上门限电压下门限电压回差电压
21
OLOH2
TTT
)(
RR
VVRVVV
9.4.1 比较器
v O /V
V OH
0 ( a )
V T+ v I /V
V OL
（ 3） 传输特性
v
I
v N
v P
–
+
A
v O
R 1
10k?
R 2
10 0?
V R EF
=1V
v
O /V
0 ( b )
V T – v I /V
V OH
V OL v
O /V
0 ( c )
V T – v I /V V T +
V OH
V OL
(VOH)OL
9.4.1 比较器
（ 4） 同相输入迟滞比较器
( b )
v O / V
10
– 5
– 10
5 0
V T – V T +
v I / V
解,（ 1） 门限电压
（ 3） 输出电压波形例 电路如图 9.4.6a所示,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 。
（ 2） 传输特性
( 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?
V5
21
OH2
21
R E F1
T RR
VR
RR
VRV
V5
21
OL2
21
R E F1
T RR
VR
RR
VRV
0R EF?V 0 V 1OV
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
9.4.2 方波产生电路
1,电路组成 （ 多谐振荡电路 ）
迟滞比较器
RC充放电支路
R f
v C
C
–
+
A
v O
R 1
R 2
( a )
稳压管双向限幅
C
–
+
A
v C
N
R f
R O
R 1
R 2
v O
D Z1
V Z1
D Z 2
V Z 2
( b )
+ V CC
1
- V EE
能否不串入该电阻？
V Z
v
v O
FV Z
O
– V Z
– FV Z
t
v C
9.4.2 方波产生电路
2,工作原理由于迟滞比较器中正反馈的作用,电源接通后瞬间,输出便进入饱和状态 。
假设为正向饱和状态
C
–
+
A
v C R
R 1
R 2
v O
D Z1
V Z
D Z 2
R f
i +
RC 放电
i –
RC 充电
T 1 T 2
9.4.2 方波产生电路
3,占空比可变的方波产生电路
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
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
运放的应用 有源滤波器运算加减微积分线性非线性乘除对指数运放处于线性放大状态
（负反馈）
运放处于非线性状态
（开环或正反馈）
注：正弦波振荡器中运放仍处于线性放大状态。
end
比较器信号发生器正弦波非正弦波
1.以运放的输出为边界，以运放为核心分级；
3.求解各级和整个系统输入输出 关系；
2.确定运放状态 (线性 /非线性 )；
运放应用电路的一般分析步骤：
思考与习题思考题：
P.426-9.4.1
习题：
P.426-9.4.4
P.436-9.4.2,9.4.10
