第8章波形的發(fā)生和信號轉(zhuǎn)換

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1電工電子教學(xué)實驗中心河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院第8章波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換內(nèi)容提要：

本章主要講述了正弦波振蕩電路、非正弦波發(fā)生電路、波形變換電路和信號轉(zhuǎn)換電路。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2本章內(nèi)容8.1正弦波振蕩電路8.2電壓比較器8.3非正弦波發(fā)生電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3前言：在模擬電子電路中，常常需要各種波形的信號，如正弦波、矩形波、三角波和鋸齒波等，作為測試信號或控制信號等。為了使所采集的信號能夠用于測量、控制、驅(qū)動負載或送入計算機，常常需要將信號進行變換，如將電壓變換成電流、將電流變換成電壓、將電壓變換成頻率與之成正比的脈沖，等等。本章將講述有關(guān)波形發(fā)生和信號變換電路的組成原則、工作原理以及主要參數(shù)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)48.1正弦波振蕩電路（1）正弦波振蕩電路是在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。（2）它廣泛地應(yīng)用于測量、遙控、通訊、自動控制、熱處理和超聲波電焊等加工設(shè)備中，也作為模擬電子電路的測試信號。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)58.1.1概述一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件（1）在負反饋放大電路一節(jié)，曾經(jīng)講到，倘若在低頻段或高頻段中存在頻率fo，使電路的則電路將產(chǎn)生自激振蕩。振蕩頻率除了決定于電路中的電阻和電容外，還決定于晶體管的極間電容、電路的分布電容等人們不能確定的因素。（2）在正弦波振蕩電路中，一要反饋信號能夠取代輸入信號，而若要如此，電路中必須引入正反饋；二要有外加的選頻網(wǎng)絡(luò)，用以確定振蕩頻率。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6（3）①通常，可將正弦波振蕩電路分解為圖8.1.2(a)所示方框圖，上一個方框為放大電路，下一個方框為反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋極性為正。當輸入量為零時，凈輸入量等于反饋量，如圖(b)所示。圖8.1.2正弦波振蕩電路的方框圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)7②由于電擾動（如合閘通電），電路產(chǎn)生一個幅值很小的輸出量，它含有豐富的頻率成分，而如果電路只對頻率為fo的正弦波產(chǎn)生正反饋過程，則輸出信號模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)8③在正反饋過程中，Xo越來越大。由于晶體管的非線性，當Xo的幅值增大到一定程度時，放大倍數(shù)的數(shù)值將減小。因此，Xo不會無限制地增大，當Xo增大到一定數(shù)值時，電路達到動態(tài)平衡。這時，輸出量通過反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生反饋量作為放大電路的輸入量，而輸入量又通過放大電路維持著輸出量，可寫成表達式為：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9也就是說正弦波振蕩的平衡條件為：（8.1.1）寫成模和相角的形式為：（8.1.2a）（8.1.2b）

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10式（8.1.2a）稱為幅值平衡條件，式（8.1.2b）稱為相位平衡條件，分別簡稱為幅值條件和相位條件。為了使輸出量在合閘后能夠有一個從小到大直至平衡在一定幅值的過程，電路的起振條件為：（8.1.3）

電路把除頻率以外的輸出量均逐漸衰減為零，因此輸出量為的正弦波。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)11二、正弦波振蕩電路的組成及分類從以上分析可知，正弦波振蕩電路必須由以下四個部分組成：（1）放大電路：保證電路能夠從起振到動態(tài)平衡的過程，使電路獲得一定幅值的輸出量，實現(xiàn)能量的控制。（2）選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率，使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。（3）正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于反饋信號。（4）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是使輸出信號幅值穩(wěn)定。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)12注意：在不少實用電路中，常將選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)“合二為一”；而且，對于分立元件放大電路，也不再加穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，而依靠晶體管特性的非線性來起到穩(wěn)幅作用。分類：正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件來命名，分為RC正弦波振蕩電路（1MHz以下）、LC正弦波振蕩電路（1MHz以上）和石英晶體正弦波振蕩電路（振蕩頻率非常穩(wěn)定）三種類型。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)13三、判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟（1）組成是否完備：觀察電路是否包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個組成部分。（2）判斷放大電路是否能夠正常工作：即是否有合適的靜態(tài)工作點且動態(tài)信號是否能夠輸入、輸出和放大。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)14三、判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟（3）利用瞬時極性法判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件。具體做法是：斷開反饋，在斷開處給放大電路加頻率為fo的輸入電壓，并給定其瞬時極性，如圖8.1.3所示；然后以的極性為依據(jù)判斷輸出電壓的極性，從而得到反饋電壓的極性；若與極性相同，則說明滿足相位條件，電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩，否則表明不滿足相位條件，電路不可能產(chǎn)生正弦波振蕩。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)15圖8.1.3利用瞬時極性法判斷相位條件模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)16（4）判斷電路是否滿足正弦波振蕩的幅值條件，即是否滿足起振條件。具體方法是：分別求解電路的和，然后判斷是否大于1。特別提示：只有在電路滿足相位條件的情況下，判斷是否滿足幅值條件才有意義。換言之，若電路不滿足相位條件，則電路不可能振蕩，也就無需判斷幅值條件了。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)178.2.1RC正弦波振蕩電路實用的正弦波振蕩電路多種多樣，但最具典型性的是RC橋式正弦波振蕩電路，在文獻中也稱之為文氏橋振蕩電路。本節(jié)介紹它的電路組成、工作原理和振蕩頻率。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)18一、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)圖8.1.4（1）將電阻R1與電容C1串聯(lián)、電阻R2與C2并聯(lián)所組成的網(wǎng)絡(luò)稱為RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，如圖8.1.4(a)所示。通常，選取，。因為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)在正弦波振蕩電路中既為選頻網(wǎng)絡(luò)，又為正反饋網(wǎng)絡(luò)，所以其輸入電壓為，輸出電壓為。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)19圖8.1.4（2）當信號頻率足夠低時，，因而網(wǎng)絡(luò)的簡化電路及其電壓和電流的相量圖如圖(b)所示。超前，當頻率趨近于零時，相位超前趨近于900，趨近于零。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20（3）當信號頻率足夠高時，，因而網(wǎng)絡(luò)的簡化電路及其電壓和電流的相量圖如圖(c)所示。滯后，當頻率趨近于無窮大時，相位滯后趨近于-900，且趨近于零。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)21總結(jié)：可以想象，當信號頻率從零變化到無窮大時，的相位將從+900逐漸變化到-900。因此，對于RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，必定成在一個頻率fo，當時 ，與同相，即網(wǎng)絡(luò)呈電阻性。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)22（4）求RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率特性和fo整理可得：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)23令，則代入上式，得出：（8.1.5）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)24幅頻特性為：（8.1.6）相頻特性為：（8.1.7）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)25根據(jù)式（8.1.6）、（8.1.7）畫出的頻率特性如下：當

時

即：

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)26二、RC橋式正弦波振蕩電路根據(jù)式（8.1.1），因為當時，，所以：

（8.1.8）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)27圖8.1.6利用RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正弦波振蕩電路的

方框圖（1）式（8.1.8）表明，只要為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)匹配一個電壓放大倍數(shù)等于3（即輸出電壓與輸入電壓同相，且放大倍數(shù)的數(shù)值為3）的放大電路就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，如圖8.1.6所示?？紤]到起振條件，所選放大電路的電壓放大倍數(shù)應(yīng)略大于3。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)28（2）從理論上講，任何滿足放大倍數(shù)要求的放大電路與RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)都可組成正弦波振蕩電路；但是，實際上，所選用的放大電路應(yīng)具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻，以減小放大電路對選頻網(wǎng)絡(luò)特性的影響，使振蕩頻率幾乎僅僅決定與選頻網(wǎng)絡(luò)。因此，放大電路通常選用引入電壓串聯(lián)負反饋的放大電路，如同相比例運算電路。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)29（3）由RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)和同相比例運算電路所構(gòu)成的RC橋式正弦波振蕩電路如圖8.1.7(a)所示。電路的結(jié)構(gòu)為：負反饋網(wǎng)絡(luò)的R1、Rf，以及正反饋網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)的R和C、并聯(lián)的R和C各為一臂構(gòu)成橋路，故此得名。集成運放的輸出端和“地”接橋路的兩個頂點作為電路的輸出；集成運放的同相輸入端和反相輸入端接另外兩個頂點，是集成運放的凈輸入電壓；如圖(b)所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)30圖8.1.7RC橋式正弦波振蕩電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)31（4）正反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋電壓是同相比例運算電路的輸入電壓，因而要把同相比例運算電路作為整體看成電壓放大電路，它的比例系數(shù)是電壓放大倍數(shù)，根據(jù)起振條件和幅值平衡條件：（8.1.9）Rf的取值要略大于2R1。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)32（5）穩(wěn)幅：由于與具有良好的線性關(guān)系，所以為了穩(wěn)定輸出電壓的幅值，一般應(yīng)引入非線性環(huán)節(jié)。例如，可選用R1為正溫度系數(shù)的熱敏電阻。（工作原理：當因某種原因而增大時，流過R1和Rf上的電流增大，R1上的功耗隨之增大，導(dǎo)致溫度升高，因而R1的阻值增大，從而使得的數(shù)值減小，也就隨之減?。划斠蚰撤N原因而減小時，各物理量與上述變化相反，從而使輸出穩(wěn)定。）當然，也可選用Rf為負溫度系數(shù)的熱敏電阻。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)33（5）穩(wěn)幅：方法二：此外，還可在Rf回路串聯(lián)兩個并聯(lián)的二極管，如圖8.1.8所示，利用電流增大時動態(tài)電阻減小，電流減小時二極管動態(tài)電阻增大的特點，加入非線行環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。此時，比例系數(shù)為：圖8.1.8利用二極管作為非線性環(huán)節(jié)（8.1.10）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)34三、振蕩頻率可調(diào)的RC橋式正弦波振蕩電路

（1）方法：為了使得振蕩頻率連續(xù)可調(diào)，常在RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，用雙層波段開關(guān)接不同的電容，作為振蕩頻率fo的粗調(diào)；用同軸電位器實現(xiàn)fo的微調(diào)，如圖8.1.9所示。振蕩頻率的可調(diào)范圍能夠從幾赫茲到幾百赫茲。圖8.1.9振蕩頻率連續(xù)可調(diào)的RC

串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)35（2）總結(jié)：RC橋式正弦波振蕩電路以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)，以電壓串聯(lián)負反饋放大電路為放大環(huán)節(jié)，具有振蕩頻率穩(wěn)定，帶負載能力強，輸出電壓失真小等優(yōu)點，因此獲得相當廣泛的應(yīng)用。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)36（3）為了提高RC橋式正弦波振蕩電路的頻率，必須減小R和C的數(shù)值。然而，一方面，當R減小到一定程度時，同相比例運算電路的輸出電阻將影響選頻特性；另一方面，當C減小到一定程度時，晶體管的極間電容和電路分布電容將影響選頻特性；因此，振蕩頻率fo高到一定程度時，其值不僅決定于選頻網(wǎng)絡(luò)，還與放大電路的參數(shù)有關(guān)。這樣，fo不但與一些未知因素有關(guān)，而且還將受環(huán)境溫度的影響。因此，當振蕩頻率較高時，應(yīng)選用LC正弦波振蕩電路。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)37模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)388.2電壓比較器

電壓比較器是對輸入信號進行鑒幅和比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路，在測量和控制中有著相當廣泛的應(yīng)用。本節(jié)主要講述各種電壓比較器的特點及電壓傳輸特性，同時闡明電壓比較器的組成特點和分析方法。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)398.2.1概述一、電壓比較器的電壓傳輸特性（1）電壓比較器的輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系一般用曲線來描述，稱為電壓傳輸特性。（2）輸入電壓是模擬信號，而輸出電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平UOH，就是低電平UOL，用以表示比較結(jié)果。（3）使從UOH躍變?yōu)閁OL，或者從UOL躍變?yōu)閁OH的輸入電壓稱為閾值電壓，或轉(zhuǎn)折電壓，記作UT。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)40為了正確畫出電壓傳輸特性，必須求出以下三個要素：（1）輸出電壓高電平UOH和輸出電壓低電平UOL；（2）閾值電壓UT；（3）當變化經(jīng)過UT時，的躍變方向，即從UOH躍變?yōu)閁OL；還是從UOL躍變?yōu)閁OH；模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)41二、集成運放的非線性工作區(qū)（1）在電壓比較器中，絕大多數(shù)集成運放不是處于開環(huán)狀態(tài)（即沒有引入反饋），就是只引入了正反饋，如圖8.2.1(a)、(b)所示；圖(b)中反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)42圖8.2.1集成運放工作在非線性區(qū)的

電路特點及其電壓傳輸特性模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)43（2）對于理想運放，由于差模增益為無窮大，只要同相輸入端與反相輸入端之間有無窮小的差值電壓，輸出電壓就將達到正的最大值或負的最大值，即輸出電壓與輸入電壓不再是線性關(guān)系，稱集成運放工作在非線性區(qū)，其電壓傳輸特性如圖(c)所示。（3）若集成運放的輸出電壓的幅值為±UOM，則當 時，，當時，。并且由于理想運放的差模輸入電阻無窮大，故凈輸入電流為零，即。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)44三、電壓比較器的種類1.單限比較器

電路只有一個閾值電壓，輸入電壓逐漸增大或減小過程中，當通過時UT時，輸出電壓產(chǎn)生躍變，從高電平UOH躍變?yōu)榈碗娖経OL，或者從UOL躍變?yōu)閁OH。圖8.2.2(a)是某單限比較器的電壓傳輸特性。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)45圖8.2.2模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)462.滯回比較器電路有兩個閾值電壓，輸入電壓從小變大過程中使輸出電壓產(chǎn)生躍變的閾值電壓UT1，不等于 從大變小過程中使輸出電壓產(chǎn)生躍變的閾值電壓UT2，電路具有滯回特性。它與單限比較器的相同之處在于：當輸入電壓向單一方向變化時，輸出電壓只躍變一次。圖8.2.2(b)是滯回比較器的電壓傳輸特性。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)47圖8.2.2模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)483.窗口比較器電路有兩個閾值電壓，輸入電壓從小變大或從大變小過程中使輸入電壓產(chǎn)生兩次躍變。電壓傳輸特性如圖8.2.2(c)所示，中間如開了個窗口，故此得名。窗口比較器與前兩種比較器的區(qū)別在于：輸入電壓向單一方向變化過程中，輸出電壓躍變兩次。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)49模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)508.2.2單限比較器一、過零比較器1.過零比較器，顧名思義，其閾值電壓。電路如圖8.2.3(a)所示，集成運放工作在開環(huán)狀態(tài)，其輸出電壓為+UOM或-UOM。2.當輸入電壓（）時， ；當（）時, 。因此電壓傳輸特性如圖(b)所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)513.若想獲得躍變方向相反的電壓傳輸特性，則應(yīng)在圖(a)所示電路中將反相輸入端接地。而在同相輸入端接輸入電壓。4.改進型的過零比較器為了限制集成運放的差模輸入電壓，保護其輸入級，可加二極管限幅。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)52輸出限幅電路圖8.2.5模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)53輸出限幅圖8.2.5工作原理：假設(shè)DZ截止，A處于開環(huán)狀態(tài)，，這樣DZ擊穿形成負反饋，反相端“虛地”，。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)54該電路有兩個優(yōu)點：一是由于集成運放的凈輸入電壓和凈輸入電流近似為零，從而保護了輸入級；二是由于集成運放并沒有工作到非線性區(qū)，因而在輸入電壓過零時，其內(nèi)部的晶體管不需要從截止區(qū)逐漸進入飽和區(qū)，或從飽和區(qū)逐漸進入截止區(qū)，所以提高輸出電壓的變化速度。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)55二、一般單限比較器圖8.2.7一般單限比較器

圖8.2.7(a)所示為一般單限比較器，UREF為外加參考電壓。1.閾值電壓：根據(jù)疊加定理，集成運放反相輸入端的電位：求出閾值電壓：

（8.2.1）

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)56圖8.2.72.電壓傳輸特性：當，即，所以 ；當，即，，。若，則圖(a)所示電路的電壓傳輸特性如圖(b)所示。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)57（8.2.1）

3.根據(jù)式（8.2.1）可知，只要改變參考電壓的大小和極性，以及電阻R1和R2的阻值，就可以改變閾值電壓的大小和極性。若要改變過UT時的躍變方向，則應(yīng)將集成運放的同相輸入端和反相輸入端所接外電路互換。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)584.綜上所述，分析電壓傳輸特性三個要素的方法是：（1）通過研究集成運放輸出端所接限幅電路來確定電壓比較器的輸出低電平UOL和輸出高電平UOH；（2）寫出集成運放同相輸入端、反相輸入端電位和 的表達式，令，解得的輸入電壓就是閾值電壓UT；（3）在過UT時的躍變方向決定于作用集成運放的哪個輸入端。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)59圖8.2.8模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)608.2.3滯回比較器1.單限比較器的缺點：在單限比較器中，輸入電壓在閾值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾。因此單限比較器很靈敏，但是抗干擾能力差。滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因而也就具有一定的抗干擾能力。從反相輸入端輸入的滯回比較器電路如圖8.2.9(a)所示，滯回比較器中引入了正反饋。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)612.閾值電壓：則：

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)623.電壓傳輸特性：（1）若，，，所以。當輸入電壓由小到大增加到，再增大一個無窮小時，輸出電壓從躍變?yōu)?。（2）若，，，所以。當輸入電壓UI由大到小減小到，再減小一個無窮小，輸出電壓從躍變?？梢?，從躍變?yōu)楹蛷能S變?yōu)榈拈撝惦妷翰煌?。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)63傳輸特性圖8.2.9分析：如果是從小于的值逐漸增加到 , 。如果是從大于的值逐漸減小到，。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)644.滯回比較器引入的正反饋，加快了的轉(zhuǎn)換速度。例如，當，時，只要略大于足以引起的下降，就會產(chǎn)生如下的正反饋過程：即的下降導(dǎo)致的下降，而的下降又使得進一步下降，反饋的結(jié)果使迅速變?yōu)?，從而獲得較為理想的電壓傳輸特性。5.為使滯回比較器的電壓傳輸特性向左或向右平移，可引入?yún)⒖茧妷篣REF。如圖8.2.10(a)所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)65令:求出閾值電壓為：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)66若，則傳輸特性為：6.為使電壓傳輸特性上下平移，則應(yīng)改變穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)67模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)68模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)698.2.4窗口比較器圖8.2.131.圖8.2.13(a)所示為一種窗口比較器，外加參考電壓，電阻R1、R2和穩(wěn)壓管DZ構(gòu)成限幅電路。圖8.2.13模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)70圖8.2.132.傳輸特性：（1）當輸入電壓 ，必然 所以集成運放A1的輸出，A2的輸出。則D1導(dǎo)通，D2截止，電流通路如圖中實線所標注，穩(wěn)壓管DZ工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)712.傳輸特性：圖8.2.13（2）當輸入電壓 必然，所以A1的輸出，A2的輸出。則D2導(dǎo)通，D1截止，電流通路如圖中虛線所表注，DZ工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，。（3）當時，，所以D1、D2均截止，穩(wěn)壓管截止，。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)722.傳輸特性：（4）和分別為比較器的兩個閾值電壓，設(shè)和均大于零，則圖8.2.13(a)所示電路的電壓傳輸特性如圖所示(b)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)73結(jié)論：（1）在電壓比較器中，集成運放多工作在非線性區(qū)（圖8.2.6是個例外），輸出電壓只有高電平和低電平兩種可能的情況。（2）通常用電壓傳輸特性來描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。（3）電壓傳輸特性的三個要素是輸出電壓的高、低電平，閾值電壓和輸出電壓的躍變方向。輸出電壓的高、低電平?jīng)Q定于限幅電路；令所求出的就是閾值電壓；等于閾值電壓時輸出電壓的躍變方向決定于輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)748.3非正弦波發(fā)生電路本節(jié)主要講述模擬電子電路中常用的矩形波、三角波發(fā)生電路的組成、工作原理、波形分析和主要參數(shù)，以及波形變換的原理。8.3.1矩形波發(fā)生電路一、電路組成及工作原理1.電路組成：圖8.3.2所示為矩形波發(fā)生電路，它由反相輸入滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)，通過RC充放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)75圖中滯回比較器的輸出電壓，閾值電壓為：（8.3.1）因而電壓傳輸特性如圖8.3.3所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)762.工作原理（1）設(shè)某一初始時刻，輸出電壓，則。（2）通過R3對電容（正向）充電如圖中實線所示。反相輸入端的電位隨時間t的增大而逐漸升高，當稍大于，就從躍變?yōu)?。此時，。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)77（3）隨后，電容放電（即通過R3對電容反向充電），如圖中虛線所示。反相輸入端的電位隨時間t的增大而逐漸降低，當稍小于，就從 躍變?yōu)?，電容又開始充電。上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生自激振蕩。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)78二、波形分析及主要參數(shù)1.波形分析

由于圖8.3.2所示電路中電容正向充電和反向充電的時間常數(shù)均為R3C，而且充、放電的總幅值也相等，因而在一個周期內(nèi)的時間與的時間相等，為方波，所以也稱該電路為方波發(fā)生器。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)79二、波形分析及主要參數(shù)1.波形分析

電容上的電壓和電路輸出電壓的波形如圖8.3.4所示。矩形波的寬度TK與周期T之比稱為占空比，因此是占空比為的矩形波。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)802.主要參數(shù)（1）根據(jù)電容上電壓波形可知，在二分之一周期內(nèi)，電容充電的起始值為，終了值為，時間常數(shù)R3C；時間t趨于無窮時，趨于，利用一階RC電路的三要素法可列出方程：（8.3.2）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)81（8.3.2）可得振蕩周期為：（8.3.2）振蕩頻率

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)822.主要參數(shù)（2）調(diào)整電壓比較器的電路參數(shù)R1和R2可以改變 的幅值，調(diào)整電阻R1、R2、R3和電容C的值可以改變電路的振蕩頻率。而要調(diào)整輸出電壓的振幅，則要換穩(wěn)壓管以改變，此時的幅值也將隨之變化。三、占空比可調(diào)電路要改變輸出電壓的占空比，就必須使電容正向充電和反向充電的時間常數(shù)不同，即兩個充電回路的參數(shù)不同。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑?dǎo)電流流經(jīng)不同的通路，占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路如圖8.3.5(a)（p439）所示，電容上電壓和輸出電壓波形如圖(b)所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)83模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)84由圖可見，忽略二極管的導(dǎo)通電阻，其充電時間為：忽略二極管的導(dǎo)通電阻，放電時間常數(shù)為利用一階RC電路的三要素法可解得：（8.3.3a）（8.3.3b）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)85利用一階RC電路的三要素法可解得：（8.3.3a）（8.3.3b）（8.3.4）式（8.3.4）表明改變電位器的滑動端可以改變占空比，但周期不變。占空比為：

（8.3.5）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)86模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)87模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)888.3.2三角波發(fā)生器一、電路組成1.將方波電壓作為積分運算電路的輸入，在其輸出端就得到三角波電壓，如圖8.3.6(a)所示。當方波發(fā)生電路的輸出電壓時，積分運算電路的輸出電壓將線性下降；而當時，將線性上升；波形如圖(b)所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)89模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)902.由于圖8.3.6(a)所示電路中存在RC電路和積分電路兩個延遲環(huán)節(jié)，在實用電路中，將它們“合二為一”，即去掉方波發(fā)生電路中的RC回路，使積分運算電路既作