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
1FA 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
1313VV 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?
oVVA
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
oVoI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,?oVDr?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
VOA
运放工作在 非线性状态 下
工作原理,)(
R E FIVOO VvAv
REFI Vv? 0O?vOv CCOHO VVv
REFI Vv? 0O?vOv 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
5VIv V12O1v
5VIv V12O1v
5VIv V12O2v
5VIv V12O2v
(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? V6Ov
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 =?VZR?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
1FA 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
1313VV 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?
oVVA
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
oVoI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,?oVDr?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
VOA
运放工作在 非线性状态 下
工作原理,)(
R E FIVOO VvAv
REFI Vv? 0O?vOv CCOHO VVv
REFI Vv? 0O?vOv 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
5VIv V12O1v
5VIv V12O1v
5VIv V12O2v
5VIv V12O2v
(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? V6Ov
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 =?VZR?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
