第7章 波形产生与信号变换电路 7.1　正弦波产生电路 7.2　电压比较器 7.3　非正弦波产生电路 7.4　信号变换电路 7.5　辅修内容

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1 第7章 波形产生与信号变换电路 7.1　正弦波产生电路 7.2　电压比较器 7.3　非正弦波产生电路 7.4　信号变换电路 7.5　辅修内容 小 结

2 你知道吗？ 你想知道吗？ 电工,电子 实验需要 高频感应 加热设备 这些信号是怎么来的？ 产生这些信号的电路？ 显像管 场行扫描 无线通信
调制波 ？？? 电压 电流 ？？? 电流 电压 ？？? 电压 频率 ？？? 频率 电压 谁大？ 谁小？ 输入信号1 输入信号2 输出信号

3 7.1.1 正弦波振荡电路的起振与平衡条件 7.1.2 RC正弦波振荡电路 7.1.3 LC正弦波振荡电路
7.1　正弦波产生电路 7.1.1　正弦波振荡电路的起振与平衡条件 7.1.2　RC正弦波振荡电路 7.1.3　LC正弦波振荡电路 7.1.3　石英晶体正弦波振荡电路

4 概 述 信号产生电路 (振荡器—Oscillators) 分类： RC 振荡器(1 kHz ~ 数百 kHz) 正弦波振荡:
LC 振荡器(几百 kHz 以上) 石英晶体振荡器(频率稳定度高) 非正弦波振荡： 方波、 三角波、 锯齿波等 主要性 要求能： 输出信号的幅度准确稳定 输出信号的频率准确稳定

5 微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。
正弦波振荡电路的起振与平衡条件条件 一、振荡条件 放大器 Au 反馈网络 Fu Uo Uf Ui + Xi=0 放大器 反馈网络 Ui • Au Fu Uo Uf RL 放大器 Au 反馈网络 Fu Uo Uf Ui 微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。 初始的微小信号从何而来？

6 起振条件： 平衡条件： Uo Ui Au Uf Fu — 幅值平衡条件 — 相位平衡条件 n = 0, 1, 2,  放大器 RL
• • 平衡条件： • • • 放大器 反馈网络 Ui • Au Fu Uo Uf RL • • • — 幅值平衡条件 — 相位平衡条件 n = 0, 1, 2,  为什么产生的是正弦波信号，而不是别的什么信号？

7 二、起振过程 uo uo 1/Fu Au Fu < 1 Au Fu > 1 Au Au Fu= 1 uf Uf2 ui uf O
放大器 Au 反馈网络 Fu Uo Uf Ui • • • • uo uo 1/Fu Au Fu < 1 Au Fu > 1 Uo4 Au Uo3 Au Fu= 1 Uo2 uf Uo1 Uf1 Uf2 Uf2 ui uf O Ui1 Ui2 Ui3 Ui4 起振 稳幅

8 组成 等幅振荡（稳幅） 增幅振荡（起振） 减幅振荡（停振） 三、电路的组成和起振的判断 1. 放大电路 Au 满足振荡条件
• • 放大器 Au 反馈网络 Fu Uo Uf Ui • • 增幅振荡（起振） • • 减幅振荡（停振） 三、电路的组成和起振的判断 1. 放大电路 Au 满足振荡条件 2. 正反馈网络 Fu 组成 3. 选频率网络—实现单一频率的振荡 4. 稳幅环节—使振荡稳定、波形好

9 定性分析是否构成正弦波振荡: 放大器 选频 放大器 选频正 正反馈 1. 电路组成：包括4个基本环节？
反馈网络 Uo Uf Ui 选频 放大器 正反馈 网络 Uo Uf Ui 定性分析是否构成正弦波振荡: 1. 电路组成：包括4个基本环节？ 2.放大电路是否有效？直流通路、交流通路有无开路、短路现象？“Q”是否合适？ 3. 是否满足起振条件? 只要是正反馈，就认为满足相位条件。

10 RC 正弦波振荡电路 1. RC 串并联选频网络 • • 式中: 0 = 1/RC

11 7.1.2 RC 正弦波振荡电路 1. RC 串并联选频网络 式中: 0 = 1/RC . 当  = 0 时 . Fu= 1/3
•  0 Fu  . 当  = 0 时  0 f 90 -90 Fu= 1/3 .  = 0º RC串并联网络是怎样选频的？选的哪一频率？

12 2. RC 桥氏振荡电路 F = 0º A = 2n 该振荡电路的放大电路是？ Rf R C R1 Rf R1 R C 同相 放大器
• F = 0º 同相 放大器 A = 2n

13 1)振荡条件 应使： Rf 不能太大，否则正弦波将变成方波 2)振荡频率 Rf R1 相位条件： R C 幅值条件：
• 1)振荡条件 相位条件： • • • 幅值条件： 应使： Rf 不能太大，否则正弦波将变成方波 2)振荡频率 该振荡电路的放大电路的放大倍数应满足？

14 3)稳幅措施 为使电 Au 为非线性，起振时，应使 Au > 3，稳幅后 Au = 3。 热敏电阻稳幅 负温度系数 Rf 正温度系数
C C R 如果没有稳幅环节，会？

15 起振时信号小，二极管电阻大，若视为开路：
二极管稳幅 起振时信号小，二极管电阻大，若视为开路： R1 R2 V1 V2 R3 8.2 k 6.2 k 22 k 4.3 k 0.01 F Au  1 + (R2+ R3)/R1 > 3 R2 > 2R1 - R3 稳幅时信号大，二极管电阻小，若视为短路： Au  1 + R2/R1 = 3 R2=2R1 考虑R3并未完全短路： R2 < 2R1 f0 = 1.94 kHz 12.4 k > R2 > 8.1 k

16 一节 RC 环节 移相(超前)  90 二节 RC 环节 移相(超前)  180 三节 RC 环节 移相(超前) 270 对于
Rf 二节 RC 环节 移相(超前)  180 三节 RC 环节 移相(超前) 270 对于 的信号， — 满足相位平衡条件 优点： 结构简单 缺点： 选频特性差，输出波形差

17 例7-1 图示为RC桥式正弦波振荡短路，已知运放的最大输出电压为±14V。(1)振荡频率＝？(2)二极管D1、 D2的作用？
解 (1) 解 (2) 两二极管起稳幅作用。 稳幅原理： 起振过程中， 振荡电路振幅小时， 二 极管无电流或电流小，阻值大；随着振荡电路振幅增大，二极管电流增大，阻值减小，使振荡电路从起振到平衡时，放大电路A u 从大于 3 自动调整到等于 3。

18 例7-1 图示为RC桥式正弦波振荡短路，已知运放的最大输出电压为±14V。
解 (3) 起振时振幅小，二极管电流小，电阻大，若视为开路： 平衡时振幅大，二极管电流大，电阻小，若视为短路： 考虑二极管不能视为完全短路，应使 所以

19 例7-1 图示为RC桥式正弦波振荡短路，已知运放的最大输出电压为±14V。
(4)若R2 =10kΩ，当uo处于正弦波波峰或波谷时，设二极管正向压降为0.7V， uo振幅等于多少？ 解 (4) 振荡电路平衡时， 流过R3′的电流 uo的振幅

20 例7-1 图示为RC桥式正弦波振荡短路，已知运放的最大输出电压为±14V。(5)说明R2短路时，输出电压uo的波形？
解 (5) R2短路时 振荡电路停振，输出波形为uo=0的一条直线

21 例7-1 图示为RC桥式正弦波振荡短路，已知运放的最大输出电压为±14V。 (6)画出R2开路时，输出电压uo 的波形？
解 (6) R2开路时 振荡电路输出波形为幅值很大的正弦波的波峰和波谷被削掉后而变成的近似方波。

22 R3 R2 D1 D2 R1 R C 例A(同例7.1) ①D1D2作为稳幅元件的稳幅原理？ 10 k 5.1 k 9.1 k
0.01 5F R C UO越大，二极管的电阻越小，负反馈越强，放大电路放大倍数越小，使AF>1→AF=1 ②R2短路时UO的波形？ R2短路时，负反馈太强，A太小，使AF<1，电路停振。UO输出恒值。 ③R2开路时UO的波形？ R2开路时，运放开环运行，A→∞，运放为正或负饱和输出状态，UO输出方波。

23 不要被放大电路的复杂性所迷惑！ 也就是一个电压串联负反馈放大电路而已！ 例7-2 ①振荡的总相位条件φ＝？
R C UF C1 C2 C3 Ce2 +VCC Rb Re1 Rb1 Rb2 RF Rc1 Re2 Rc2 ③已知Re1 ＝1KΩ ，应如何选择RF才能使电路起振？ ①振荡的总相位条件φ＝？ ΦA+ ΦF=360O+0O=360O ②设C＝0.01μF，R＝10k，振荡频率f0＝？ F0＝1/(2πRC)＝1600Hz 不要被放大电路的复杂性所迷惑！ 也就是一个电压串联负反馈放大电路而已！

24 例7-2 R C UF C1 C2 C3 Ce2 +VCC Rb Re1 Rb1 Rb2 RF Rc1 Re2 Rc2
⑤若在RF支路中串入热敏电阻Rt，用以稳定电路的输出幅值，试说明应选择何种温度系数的热敏电阻？若Rt串入T1的发射极支路，它的温度系数又如何选择？ 若在RF支路中串入热敏电阻Rt，应选择具有负温度系数的热敏电阻。 若Rt串入T1的发射极支路，应选择具有正温度系数的热敏电阻。 ④若满足了振荡的两个条件后电路仍不能起振，试分析是什么原因？应采取什么措施？ 说明RC串并联网络对基本放大电路有影响，应加一级射极跟随器作隔离级。

25 7.1.3 LC 正弦波振荡电路 Z RC正弦波振荡电路的特点？ 类型：变压器反馈式 、 电感三点式、 电容三点式
类型：变压器反馈式 、 电感三点式、 电容三点式 1. LC 并联回路的特性 Z ① 谐振频率 L 的等效损耗电阻 ② 回路品质因数 ③ 谐振阻抗

26 LC并联网络是怎样选频的？选的哪一频率？
④ 频率特性 Z f0 Z  Z 0 f Q 大 Q 小 f f0  90º -90º Q 增大 U • 幅频特性 相频特性 ⑤ 并联谐振的本质 — 电流谐振 I • IL • IC • 2)形成环流， 大小是总电流的 Q 倍 • • 1) Z = Z0 呈纯阻

27 × 2. 变压器反馈式振荡电路 基本组成？ L C +VCC T RE RB1 RB2 CE CB —满足相位平衡条件
放大电路 选频网络 正反馈网络 稳幅环节 L C +VCC T RE RB1 RB2 CE CB —满足相位平衡条件 只要为正反馈就满足相位条件 × 同名端同极性 正反馈 如何选频？选的哪一频率？ 对于频率为f0的信号，发生LC并联谐振，相当于三极管集电极接了一个阻值最大的纯电阻RC ，因而放大倍数最大！

28 变压器太笨重，耦合也不紧，损耗也大，频率也不稳定，不用变压器！
电感三点式和电容三点式振荡电路 把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就 有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个 极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。 它们又分为电感三点式和电容三点式两类。 ＋ ＋ ＋ - Ui ＋ - Ui 输入信号？ - - 反馈信号？ Uf - 为正反馈？ Uf ＋ - ＋ ＋ ＋ LC三点式正弦波发生电路图 a）电感三点式 b）电容三点式

29 LC三点式正弦波发生电路的一般结构如下图所示。
a）反相放大 b）同相放大 图 LC三点式正弦波发生电路的一般结构 图a）为中点接地，图b）为一端接地

30 在LC三点式正弦波发生电路中， 为了判断相位平衡条件，有： 对于判断反馈极性太重要了！ 注意瞬时极性是相对于参考点而言

31 × 3. 电感三点式 振荡电路（哈特来振荡电路） 优点： 易起振(L 间耦合紧)； 易调节(C 可调)。 缺点： 输出取自电感，对
+VCC T RE RB1 RB2 CE CB L1 L2 C1 优点： 易起振(L 间耦合紧)； 易调节(C 可调)。 • ＋ - 缺点： 1 2 3 × 输出取自电感，对 高次谐波阻抗大，意味着对高次谐波放大倍数大，故 输出波形差。 M

32 × 4. 电容三点式振荡电路 考毕兹振荡器(Colpitts) +VCC T RE RB1 RB2 CE CB L C1 C2 1 2 3
优点：波形较好 缺点： • ＋ - 1) 调频时易停振 2) T 极间电容影响 f0 ×

33 5. 改进型电容三点式振荡电路 若要提高f0 ，则 要减小C1 、C2，由于受极间电容的影响，当C1 、C2减小到一定时，效果不再明显，为此，加一电容C3 +VCC T RE RB1 RB2 CE CB L C1 C2 1 2 3 L C3 当C3 << C1 、 C3 << C2时，

34 主要看：放大电路有没有直流通路和交流通路开路、
短路发生？是不是正反馈？ 例7.3 下列电路是否能振荡？若不能，试修改。 +VCC 问题1： 基极电位为0。 改进： 加耦合电容 CB T 问题2： 为负反馈。 改进： 改变同名端。 （a) 放大电路? 选频网络？正反馈网络？稳幅环节？ 分压式共射 LC变压器 反馈式 三极管 非线性

35 例7-3 下列电路是否能振荡？若不能，试修改。
+VCC 问题1： 发射极交流短路。 改进： 去掉发射极电容 画交流通路时不要把 LC选频网络中的电容也短路！ （b) 对正弦波振荡电路定性分析很重要！ 放大电路? 选频网络？正反馈网络？稳幅环节？ 分压式共基 LC电容 三点式 三极管 非线性

36 例7-3 下列电路是否能振荡？若不能，试修改。
+VCC 问题1： 发射极极电位为VCC 改进： 加耦合电容 （c) 认清是共射还是共基放大电路！ 放大电路? 选频网络？正反馈网络？稳幅环节？ 分压式共基 LC电感 三点式 三极管 非线性

37 例7-4 下列电路是否能振荡？若能振荡，其频率是多少？
放大电路? 选频网络？正反馈网络？稳幅环节？ R3 R2 L C R1 R3 R1 L C R2 （b) （a) 正反馈选频网络 负反馈选频网络 振荡频率： 振荡频率： 选频网络是？怎样选频的？选的哪一频率？

38 7.1.4 石英晶体(Crystal)振荡电路 1. 石英晶体的基本特性 结构 ① 结构和符号 ② 压电效应 符号 压电谐振—
涂银层 焊点 1. 石英晶体的基本特性 结构 ① 结构和符号 化学成分 SiO2 晶片 ② 压电效应 符号 形变 形变 机械振动 外力 我现在需要一个频率很稳定 的正弦波信号！ 压电谐振— 　　外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。

39 ③ 等效电路 C L C0 r Co — 晶片静态电容 (几 ~ 几十 pF) L — 晶体的动态电感 (10-3 ~ 102 H)(大)
C — 晶体的动态电容 (< 0.1 pF)(小) r C0 C L 大 小 Q值很高，谐振频率很稳定。 Co 、 Co、 L、 r— 对于制作成型的石英晶体，这些参数都是固定不变的！

40  ④ 频率特性和谐振频率 C L C0 r 石英晶体振荡器是怎样选频的？选的哪一频率？ fS — 串联谐振频率 fP — 并联谐振频率
（∵C0>>C）  fS — 串联谐振频率 f X fP fS 感性 fP — 并联谐振频率 容性 容性 石英晶体振荡器是怎样选频的？选的哪一频率？

41 ⑤ 使用注意 1)要接一定的负载电容 CL(微调)， 以达标称频率。 2)要有合适的激励电平。过大会影响 频率稳定度、振坏晶片；过小会使 噪声影响大，还能停振。

42 × 2. 石英晶体谐振电路 1. 并联型 选频网络是？ 怎样选频的？ 选的哪一频率？ +VCC RC RB1 V RB2 C3 C1 RE
CE C3 C1 C2 RC • ＋ - × • ＋ - 输入信号？ 反馈信号？ 为正反馈？

43 2. 串联型 f = fs，晶体呈纯阻 +VCC RC RB1 选频网络是？ 怎样选频的？ T2 选的哪一频率？ T1 RW CB RB2
RE RB1 RB2 RC T2 • ＋ - RW 选频网络是？ 怎样选频的？ 选的哪一频率？ • ＋ - • ＋ - f = fs，晶体呈纯阻 输入信号？ 反馈信号？ 为正反馈？ 放大电路是共基还是共射？

44 7.2　电压比较器 7.2.1 单限比较器 7.2.2滞回比较器 7.2.3 窗口比较器

45 比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小
电压比较器(Comparer)的分类 功能： 比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小 简单比较器(单门限) 基本比较器 类型 窗口比较器(双门限) 滞回比较器(施密特触发器) 7.2.1 单限比较器 UOH 1. 过零电压比较器 O uI uO uI < 0 UOmax uO uI -UOmax UOL uI > 0

46 2. 同相输入单限比较器 门限 电压 UT O uI uO uI > UREF UZ UREF -UZ uI < UREF
门限电压 UT = UREF 阈值电压（门限电压、门槛电压 ） UT — 使uo发生跳变时的uI。当uP = uN时的uI即为UT 特点: 1)工作在非线性区 2)不存在虚短 (除了uI = UREF 时) 3)存在虚断 同相输入电压比较器的翻转方向？

47 3. 反相输入单限比较器 4. 输入输出限幅 门限 电压 UT uO UZ uI > UREF uI O UREF -UZ
反相输入电压比较器的翻转方向？ 4. 输入输出限幅 uO uI R A ±UZ 可以不要吗？ uO uI ±UZ R1 R2 A

48 uI t O 例C 画出 的波形。 uL uI R A RL D uO uO O t U -U U -U uO uI O t -U O t
电压传输特性 O t -U O t U uL

49 uI 例7-5 R1 UR R2 uI R UT uO A t O uO +UZ uO -UZ UZ 由uN = uP = 0得
①画出电压传输特性？ O uI uO UZ UT -UZ 由uN = uP = 0得 电压比较器能 进行波形变换！ 注意单限比较器的结构：开环电路！

50 当 uI > uP 时， uO = -UZ 7.2.2 滞回比较器 1. 反相型滞回比较器
滞回比较器 当 uI > uP 时， uO = -UZ 1. 反相型滞回比较器 当 uI < uP 时， uO = +UZ 1)电路和门限电压 当 uI = uP 时， 状态翻转 uI R R1 UREF R2 R3 UZ P uO uP = uN时的uI即为UT 正反馈 uO = +UZ时，对应阈值电压为UT+ ; uO = -UZ时，对应阈值电压为UT- 怎样求阈值电压？ 注意滞回比较器的结构：正反馈电路！

51 2)传输特性 U = UT+ - UT- 特点： uI 上升时与上门限比, uI 下降时与下门限比。 uO O uI UZ R R1 uI
UREF R2 R3 UZ P uO 上门限 UT- UT+ 下门限 uO = +UZ时，对应阈值电压为UT+ ; uO = -UZ时，对应阈值电压为UT- -UZ U 回差 电压 当 uI 逐渐增大时 U = UT+ - UT- 只要 uI < UT+ ，则 uO = UZ 一旦 uI > UT+ ，则 uO = -UZ 特点： 当 uI 逐渐减小时 uI 上升时与上门限比, 只要 uI > U T- ，则 uO = -UZ uI 下降时与下门限比。 一旦 uI < UT- ，则 uO = UZ 反相输入滞回比较器的翻转方向？

52 2. 同相型滞回比较器 R1 R uI UREF R2 R3 UZ N P uO 由uP = uN得 O uI uO UT+ UT- UZ
注意滞回比较器的结构：正反馈电路！ uO = +UZ时，对应阈值电压为UT- ; uO = -UZ时，对应阈值电压为UT+ 传输特性 同相输入滞回比较器的翻转方向？

53 例7-6 反相滞回比较器如图 所示， R1= 30kΩ，R2= 15kΩ，UR= 0V，±UZ= ±6V。 （1）求阈值，画出电压传输特性曲线； （2）若 uI= 6sinωt （V） ，画出 uO 的波形。 O uI(V) 6V uo(V) -6V 2V -2V R R1 uI UR R2 R3 UZ P uO 解(1)： 求阈值电压是关键！ 输出状态怎样翻转？

54 例7-6 反相滞回比较器如图 所示， R1= 30kΩ，R2= 15kΩ，UR= 0V，±UZ= ±6V。 （1）求阈值，画出电压传输特性曲线； （2）若 uI= 6sinωt （V） ，画出 uO 的波形。 电压比较器能 进行波形变换！ R R1 uI UR R2 R3 UZ P uO 滞回比较器输出状态何时翻转？ 解(2)： O uI(V) 6V uo(V) -6V 2V -2V 输入增加时，碰到高阈值电压翻转！ 输入减小时，碰到低阈值电压翻转！ 无论是同相还是反相滞回比较器！

55 单门限比较器 uO 抗干扰能力差! 干扰 uO uI UT UT +UZ uO O t UZ -UZ uI O UT -UZ
电压比较器输入可连续变化，而输出只有两种状态！

56 滞回比较 uO 抗干扰能力强! R1 R uI UREF R2 R3 UZ N P uO 干扰 O uI t UT- UT+ +UZ
电压比较器输入可连续变化，而输出只有两种状态！

57 例7-7 已知输入波形，画出输出uo1和uo2的波形。
解：先求同相输入滞回比较器图(b)的阈值电压：

58 图(a)和图(b)的电压传输特性如图所示：
uo1和uo2的波形如图所示。 单限比较器抗扰能力差！ 滞回比较器抗扰能力强！

59 例7-8 ①这是什么电路？ 当DZ不稳压（相当于断开）时，为反相滞回比较器。 R1 uI R2 R3 UZ P uO DZ 由uN=uP得阈值电压： 双向稳压管接在负反馈回路也能输出限幅！ 且避免运放饱和输出！翻转速度更快！ 同时运放的差模输入也得到了限幅！

60 R1 uI R2 R3 UZ P uO DZ ②uo=？ O uI uO UT+ UT- ③电压传输特性？ 阈值电压： 例7-8

61 滞回比较 uI 整形 R1 R uI UREF R2 R3 UZ N P uO O t UT+ UT- uO +UZ -UZ uO O
电压比较器能 进行波形整形！

62 滞回比较 uI 整形 R1 R uI UREF R2 R3 UZ N P uO O t UT+ UT- uO +UZ -UZ uO O
电压比较器能 进行波形整形！

63 7.2.3 窗口比较器 设 U1 > U2 ，比较器采用单电源 uO U1 U2 uI D1 D2 uO1 uO2 UZ O uI
窗口比较器 设 U1 > U2 ，比较器采用单电源 uO U1 U2 uI D1 D2 uO1 uO2 UZ O uI uO U1 U2 uI uO uO2 D D2 uO < U2 > U1 U2 < uI < U1 UOmax 截止 导通 UZ UOmax 导通 截止 UZ 截止 截止 窗口比较器还能确定输入信号是否在某一范围！

64 例D 已知运放的工作电压为 uO uI D1 D2 uO1 uO2 UR R N1 P1 R4 UZ 5V 2R4 6V 2) 画电压传输特性； UOH O uI uO 4V 2V 1) 求阈值电压；

65 uI 4V 2V UOH O uI uO 4V 2V 例D 已知运放的工作电压为 uO uI D1 D2 uO1 uO2 UR R N1
P1 R4 UZ 5V 2R4 6V t O uI 2V 4V uO O t 5V 3) 画出 的波形

66 应用举例 (选讲) — 三极管  值分选电路 分析电路是否满足要求：  < 50 或  > 100，LED 亮，
应用举例 (选讲) — 三极管  值分选电路 5 V 2.5 V V1 V2 V +15 V 10 k 20 k 430 k 1 M 5 k 1.5 k 3CG 分析电路是否满足要求：  < 50 或  > 100，LED 亮， 50    100，LED 不亮。

67 当  < 50 时，UC < 2.5 V, V2 导通，LED 亮
10 k 20 k 430 k 1 M 5 k 1.5 k 3CG [解] IB = ( ) /1430 = 0.01 mA 当  < 50 时，UC < 2.5 V, V2 导通，LED 亮 当  > 100 时，UC > 5 V, V1 导通，LED 亮 当 50    100 时，2.5 V  UC <5 V，LED 不亮

68 7.3　非正弦波产生电路 7.3.1 矩形波产生电路 7.3.2 三角波发生电路

69 积分电路+滞回比较器+闭环→矩形波产生电路
负反馈 矩形波产生电路 滞回比较器+积分电路+闭环→三角波产生电路 积分电路 滞回比较器 负反馈 三角波产生电路 首先识别电路结构，非常重要！

70 7.3.1 矩形波产生电路 uO uO O uI uO UT+ UT- UZ -UZ uC 积分电路 滞回比较器 负反馈 1. 方波产生电路
记得电路结构！ R1 C R2 R3 UZ uO R 积分 电路 滞回比较器 uI -UZ uO uC t UT+ UT- UZ 反向输入滞回比较器阈值电压

71 uO uO O uI uO UT+ UT- UZ -UZ uC R1 C R2 R3 UZ R 积分 电路 滞回比较器 uI -UZ uC
uO = +UZ时，C正向充电： uC↑→ uC> UT+→ uO= -UZ 充电时间常数 uO = -UZ时，C反向充电： uC↓→ Uc< UT-→ uO= +UZ 充电时间常数

72 2. 振荡频率 根据三要素法 选取uc的一个上升段计算，则 -UZ uO uC t UT+ UT- UZ 其中 解得 占空比 = 50%

73 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下图。
3.占空比可调的矩形波电路 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下图。 R1 C R2 R3 UZ uO R uI D2 D1 RW

74 7.3.2 三角波产生电路 获得三角波的基本方法 锯齿波产生电路 三角波产生电路的构成 方波 积分电路 三角波
三角波是锯齿波的一种特例，锯齿波是三角波的一种变形。 在三角波发生电路中，如果电容的充、放电回路不同， 充、放电时间常数不相等，则三角波发生电路输出为锯齿波。 三角波产生电路的构成 积分电路 滞回比较器 负反馈

75 1. 对称三角波 产生电路 uN uO1 uO uP 积分电路 滞回比较器 负反馈 -UZ uO1 t UZ uO UT+ UT- R2 C
1. 对称三角波 产生电路 -UZ uO1 t UZ uO UT+ UT- R2 C R1 R3 UZ uO1 uN uP uO R5 R4 uO1 O uO UT+ UT- UZ -UZ 记得电路结构！

76 uN uO1 uO uP R2 C R1 R3 UZ R5 R4 uO1 -UZ t UZ uO UT+ UT- t1 t2
当t=t1~t2时，uO1= - UZ 其中uO（t1）= - (R1/R2)UZ 当t=t2时，uO=(R1/R2)UZ 可解出:

77 2. 任意三角波产生电路 uN uO1 uO uP 当积分电路充、放电回路不同，也即充、放电时间常数不同时，产生锯齿波。 D1 Rw R3
2. 任意三角波产生电路 当积分电路充、放电回路不同，也即充、放电时间常数不同时，产生锯齿波。 R2 C R1 R3 UZ uO1 uN uP uO R5 R4 D2 D1 Rw uO1 ，uO -UZ t UZ UT+ UT-

78 例E：指出能够实现下列波形的各个电路的名称
电路1：正弦波振荡电路 电路2：过零比较器 电路3：积分电路 电路4：滞回比较器

79 uN uO1 uO2 uP R2 C R1 R3 UZ R5 D2 D1 Rw2 Rw1
例F：设振荡周期为T，在一个周期内uO1＝UZ的时间为T1，则占空比为T1 / T；在电路某一参数变化时，其余参数不变。选择：①增大、②不变、③减小填入空内： R2 C R1 R3 UZ uO1 uN uP uO2 R5 D2 D1 Rw2 Rw1 当R2增大时： uO1的占空比将 ② ; (占空比取决于C的充放电回路，与R2无关) 振荡频率将 ①； (频率与|UT |成反比，即与R2成正比) uO2的幅值将 ③ ； (uo2幅值与|UT |成正比，即与R2成反比)

80 uN uO1 uO2 uP D1 Rw2 R3 C D2 Rw1 R5 R2 UZ R1
例F：设振荡周期为T，在一个周期内uO1＝UZ的时间为T1，则占空比为T1 / T；在电路某一参数变化时，其余参数不变。选择：①增大、②不变、③减小填入空内： R2 C R1 R3 UZ uO1 uN uP uO2 R5 D2 D1 Rw2 Rw1 若RW1的滑动端向上移动： uO1 的占空比将 ② ； (占空比取决于C的充放电回路，与RW1无关) (频率与充放电速度成正比，充放电速度与积分电路输入电压成正比) 振荡频率将 ① ； (uo2幅值与|UT |成正比，与积分电路输入电压无关) uO2 的幅值将 ② ；

81 uN uO1 uO2 uP D1 Rw2 R3 C D2 Rw1 R5 R2 UZ R1
例F：设振荡周期为T，在一个周期内uO1＝UZ的时间为T1，则占空比为T1 / T；在电路某一参数变化时，其余参数不变。选择：①增大、②不变、③减小填入空内： R2 C R1 R3 UZ uO1 uN uP uO2 R5 D2 D1 Rw2 Rw1 若RW2的滑动端向上移动: uO1 的占空比将 ① ; (C向右充电变慢， uO2高电平持续时间延长) 振荡频率将 ② ; (向左、向右充电时间常数之和不变) uO2 的幅值将 ② 。 (输出幅值与阈值电压有关，与RW2无关)

82 uI D1 D2 A1 uO1 D3 D4 A2 uO2 uO >0 on off off on <0 - uI -uI
例G：已知ui为正弦波，画出uo波形 uI>0: uO = uO2 = uI uI<0: uO= uO1 = -R4/ R1 = -uI 为全波整流 uI D1 D2 A1 uO1 D3 D4 A2 uO2 uO >0 on off 电压 跟随器 off on <0 反相 比例 - uI -uI

83 uI D1 D4 D2 D3 A uOA uO >0 on on off off -RL/ R1* uI -uA <0 uA
例G：已知ui为正弦波，画出uo波形 uI>0: uO = -uA = RL/ R1* uI uI<0: uO= uA =-R4/ R1 * uI 为全波整流：uO=RL/ R1 * |uI | uI D1 D4 D2 D3 A uOA uO >0 on on off off 负反馈 -RL/ R1* uI -uA <0 uA

84 补充： 压控方波产生电路 一、积分 - 施密特触发器型压控振荡器 压控 恒流源 压控 恒流源 uC uC t uO 积分器 积分器 镜象
V1 V2 +VCC V3 施密特 触发器 ud uO R C uC I0 V4 V5 占空比 50% uC t UOm uO UT+ UT- I0 积分器 积分器 镜象 电流源 镜象 电流源 V3 导通， V3 截止， uO = UOL uO = UOL uO = UOH C 充电至 UT+ C 放电至 UT-

85 二、8038 集成函数发生器 1. 原理 > I01 +VCC I01 6 R 10 S 反相器 R 9 C R uC 3 R
电压跟随器 2 电子 开关 S I02 > I01 正弦波变换器 11 -VEE 或地

86 当 Q = 0，S 断开， C 充电 (I01) 至 2/3VCC Q = 1 当 Q = 1，S 闭合， C 放电 (I02 -I01) 至 1/3VCC Q = 0 当 I02 = 2I01， 引脚 9 输出方波，引脚 3 输出三角波； 当 I02 < 2I01， 引脚 9 输出矩形波，引脚 3 输出锯齿波。

87 2. 应用 ICL 8038 -VEE (或地) +VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 14 13 12 11 10 9 正弦波
失真度调整 正弦波失 真度调整 正弦波输出 三角波输出 矩形波输出 调频偏置 电压输入 电压输出 接电阻 RA 接电阻 RB 接电容 C +VCC -VEE (或地)

88 调占空比和正弦波失真 RP2 RP4 RP1 +VCC -VEE R RA ICL8038 4 5 1 3 10 11 12 8 RB RP3 C C1 6 9 2 调 频 率 调占空比和正弦波失真

89 7.4　信号转换电路 7.4.1 电压-电流转换电路 7.4.2 电压-频率转换电路 7.4.3 精密整流电路

90 7.4.1 电压电流转换电路 RL io 什么是信号转换？ R1 转换后的信号与转换前的信号有确定的关系，与所接输出负载无关！ R2 us
电流串联负反馈 为了增加传送距离，减少传送干扰，先将电压信号转换成电流信号再传送！ 电压－电流转换电路 io与RL无关 该电路负载电阻无接地端！

91 实用电压－电流转换电路 R1 uI R3 R2 io Ro RL R4 N1 P1 N2 P2 A1 A2 uO1 uO2 P1点的结点电流方程： io与RL无关！ 该电路负载电阻有接地端，比较实用！

92 电流－电压转换电路 将电流信号传送到目的地后，再转换为电压信号！ is Rf if uo Rs R RL uo与RL无关！ 电压并联负反馈

93 7.4.2 电压-频率转换电路 uO UT+ UT- uO1 UZ -UZ R3 uI R2 R4 UZ N2 P2 uO R1 N1
C A1 A2 D R5 DZ I uO1 (电荷平衡式) uO1 uO UT+ UT- UZ -UZ ①uO=-UZ时，D截止，C正向充电； T1 ②uO=UZ时，D导通，C反向充电。 T 振荡周期 T≈T1∝|1/uI| 振荡频率 f∝uI 用输入电压幅值来控制输出信号频率！

94 uI 7.4.3 精密整流电源 半波整流 全波整流 精密整流？—对微小信号进行整流！ t O uI uO R uO O t uI R uO

95 精密半波整流 uI Rf D1 t O D2 R uO N1 uI A uO P1 uO uO ①uI>0时，
<0，D1截止， D2导通，uO=-(Rf/R)uI； uO ②uI<0时， <0，D1导通， D2截止，uO=0 uO

96 ①uI>0时，uO1=-2uI，（D1止，D2通） ②uI<0时，uO1=0，（D1通，D2止）
精密全波整流 绝对值电路！ uI R N1 P1 A1 D1 D2 2R uO A2 uO1 ①uI>0时，uO1=-2uI，（D1止，D2通） ②uI<0时，uO1=0，（D1通，D2止）

97 已知运放最大输出为±10V。uO2=0.1uIuO1。
例7-9 已知运放最大输出为±10V。uO2=0.1uIuO1。 R A uO1 uI uO2 uO1/v O uI/v t uO2/v 6 -6 10 -10 ①uO1、uO2的波形？ ②该电路的功能？ uO1—过零比较功能； uO2—绝对值运算功能， 即精密全波整流功能。

98 小 结 一、信号产生电路的分类： RC 振荡器 (低频) 正弦波振荡: LC 振荡器 (高频) 石英晶体振荡器(振荡频率精确)
小 结 一、信号产生电路的分类： RC 振荡器 (低频) 正弦波振荡: LC 振荡器 (高频) 石英晶体振荡器(振荡频率精确) 非正弦波振荡： 方波、 三角波、 锯齿波等。

99 二、正弦波振荡条件、电路结构和选频电路 1. 振荡条件 — 振幅平衡条件 — 相位平衡条件 n = 0, 1, 2, 
• — 振幅平衡条件 — 相位平衡条件 n = 0, 1, 2,  判断电路是否起振采用瞬时极性法，即断开反馈 网络，加一信号，如果信号极性逐级变化后， 返回后与原信号同极性，则满足相位平衡条件。

100 2. 振荡电路的两种结构 放大器 选频正 反馈网络 Uo Uf Ui 选频 放大器 正反馈 网络 Uo Uf Ui 3. 选频电路及其特性

101 . . 1) RC 串并联式 当  = 0 = 1/RC 时  = 0º Fu  幅 频 特 电 性 路 0  f 90°
– 90° 相 频 特 性 当  = 0 = 1/RC 时 Fu= 1/3 .  = 0º

102 2) LC并联谐振回路 谐振频率 谐振阻抗 回路品质因数 L u C r – + i iL iC 0 Z  Z 0   0 f
90º – 90º 电路 阻抗幅频特性 阻抗相频特性 谐振频率 谐振阻抗 回路品质因数

103 三、正弦波振荡电路 1. RC 桥氏振荡电路 振荡频率 振荡条件 即 自动稳幅措施： Rf 串接二极管(图略) Rf 串接负温度系数热敏电阻
• R C 振荡条件 • • C R 即 自动稳幅措施： Rf 串接二极管(图略) Rf 串接负温度系数热敏电阻 使电 Au 成为非线性 R1 采用正温度系数热敏电阻

104 电感三点式 3. LC 振荡电路 变压器反馈式 L C +VCC V RE RB1 RB2 CE CB C +VCC V RE RB1

105 电容三点式 +VCC V RE RB1 RB2 CE CB L C1 C2 1 2 3

106 f = fs，晶体呈纯阻 四、石英晶体振荡电路 1. 等效电路和频率特性 2. 石英晶体谐振电路 串联型 并联型
X fP fS 1. 等效电路和频率特性 串联谐振频率 rq C0 Cq Lq 并联谐振频率 符号 等效电路 频率特性 2. 石英晶体谐振电路 串联型 f = fs，晶体呈纯阻 并联型 fs < f < fp，晶体呈感性

107 五、比较器 1. 单限电压比较器 O uI uO UZ UREF –UZ 传 输 特 性

108 特点： 门限电压 UT = UREF 1) 工作在非线性区 2) 不存在虚短 (除了uI = UREF 时) 3) 存在虚断 uO UZ
1) 工作在非线性区 2) 不存在虚短 (除了uI = UREF 时) 3) 存在虚断

109 六、非正弦波振荡电路 1. 产生方波振荡的基本原理
当施密特触发器输出高(低)电平时，电容 C 的充电方向不同，每当 uC 超过上(下)门限电压时，施密特触发器的输出电平就发生跳变，使电容改变充电方向，于是形成 uO 周而复始的高、低电平跳变，即方波振荡。 C uO R 施密特 触发器

110 2. 获得三角波的基本方法 施密特触发器的构成： 迟滞比较器 (运放接成正反馈) 555 定时器的施密特触发器形式 集成施密特触发器 方波
积分电路 三角波

111 2. 滞回比较器 (施密特触发器) 反相型滞回比较器 O uI uO UT+ UT– UZ – UZ uI R R3 uO UREF P
2. 滞回比较器 (施密特触发器) 反相型滞回比较器 O uI uO UT+ UT– UZ – UZ uI R R3 uO UREF P UZ R2 R1 传输特性

112 uI 同相型迟滞比较器 O uI uO UT+ UT- UZ –UZ UREF R N R3 uO UZ P R2 R1 门限电压的求法：
传输特性 O uI uO UT+ UT- UZ –UZ UREF R N R3 uO uI UZ P R2 R1 门限电压的求法： 根据叠加定理求出同相端电压 uP 的表达式，当输出状态 变化时，与反相端电压uN 相等, 此时的输入电压uI即为 门限电压UT+和UT– 。