模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

1、第八章第八章波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換8.1正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.2電電壓比較器壓比較器8.3非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路8.4利用集成運放實現(xiàn)的信號轉(zhuǎn)換電路利用集成運放實現(xiàn)的信號轉(zhuǎn)換電路本章重點和考點本章重點和考點1.熟練掌握正弦波振蕩電路的工作原理、振蕩頻率、熟練掌握正弦波振蕩電路的工作原理、振蕩頻率、 起振條件以及電路振蕩的判斷。起振條件以及電路振蕩的判斷。3.了解各種非正弦波發(fā)生電路了解各種非正弦波發(fā)生電路(矩形波、三角矩形波、三角 波和鋸波和鋸 齒波齒波)的工作原理。的工作原理。2.熟練掌握電壓比較器電壓傳輸特性的分析熟練掌握電壓比較器電壓傳輸特性的分

2、析4.理解信號轉(zhuǎn)換電路及其分析理解信號轉(zhuǎn)換電路及其分析8.1正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路8.1.1振蕩器的定義和分類振蕩器的定義和分類一、定義一、定義振蕩器是一種不需要外加輸入信號就能將直流電源的能量振蕩器是一種不需要外加輸入信號就能將直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量，輸出交流信號的電路。轉(zhuǎn)化成交流能量，輸出交流信號的電路。二、振蕩器的電路實質(zhì)二、振蕩器的電路實質(zhì)滿足一定條件的正反饋放大電路。滿足一定條件的正反饋放大電路。三、分類（按輸出波形）三、分類（按輸出波形）正弦振蕩器正弦振蕩器低頻正弦振蕩器（頻率低于低頻正弦振蕩器（頻率低于2萬萬Hz）高頻正弦振蕩器（頻率高頻正弦振蕩器（頻率2萬萬Hz及其

3、以上）及其以上）非正弦振蕩器非正弦振蕩器方波、矩形波振蕩器（發(fā)生器）方波、矩形波振蕩器（發(fā)生器）三角波振蕩器（發(fā)生器）三角波振蕩器（發(fā)生器）鋸齒波振蕩器（發(fā)生器）鋸齒波振蕩器（發(fā)生器）正弦振蕩器在通訊和廣播設(shè)備中廣泛應(yīng)用。非正弦振蕩器正弦振蕩器在通訊和廣播設(shè)備中廣泛應(yīng)用。非正弦振蕩器在計算機、遙控和自動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，有些系統(tǒng)也在計算機、遙控和自動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，有些系統(tǒng)也用正弦振蕩器。用正弦振蕩器。8.1.2正弦振蕩器的振蕩條件和起振條件正弦振蕩器的振蕩條件和起振條件一、振蕩一、振蕩正弦振蕩器是滿足一定條件的正反饋放大電路，正弦振蕩器是滿足一定條件的正反饋放大電路，放大電路的放大電路

4、的輸入信號輸入信號不是來自外界，而是不是來自外界，而是由電路自身輸出信號的一部分由電路自身輸出信號的一部分提供，提供，故稱為振蕩故稱為振蕩。二、基本電路框圖二、基本電路框圖iU放大電路放大電路AioUAU反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FtUU sin2ii OfUFU i.U三、正弦振蕩器的振蕩的條件和起振條件三、正弦振蕩器的振蕩的條件和起振條件1. 平衡振蕩條件平衡振蕩條件ifUU 大小相等大小相等相位相同相位相同電路參數(shù)表示：電路參數(shù)表示：ofUFU代入上式，得：代入上式，得：1 FA1 FA振幅平衡條件振幅平衡條件2FAn相位平衡條件相位平衡條件, 2 , 1 , 0 n.AoUiUiUAoU，則由2

5、.起振條件起振條件ifUU1FAAF12FAn, 2 , 1 , 0 n8.1.3正弦波振蕩電路的組成和分析步驟正弦波振蕩電路的組成和分析步驟一、電路組成：一、電路組成：放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò) 和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。二、分析步驟：二、分析步驟：1.判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩判斷能否產(chǎn)生正弦波振蕩（1） 檢查電路是否具備正弦波振蕩的組成部分；檢查電路是否具備正弦波振蕩的組成部分；（2） 檢查放大電路的靜態(tài)工作點是否能保證放大電路正檢查放大電路的靜態(tài)工作點是否能保證放大電路正 常工作；常工作；（3） 分析電路是否滿足振蕩的相位平衡條件和振幅分析電路是否滿足振蕩的相位

6、平衡條件和振幅 平衡條件。平衡條件。判斷相位平衡條件的方法是：判斷相位平衡條件的方法是：瞬時極性法（或結(jié)構(gòu)總結(jié)）瞬時極性法（或結(jié)構(gòu)總結(jié)）。2.估算振蕩頻率和起振條件估算振蕩頻率和起振條件振蕩頻率由相位平衡條件決定。振蕩頻率由相位平衡條件決定。(3)令令f = f0 時時的的 ，即得起振條件。，即得起振條件。1 FA(2)(2)令令 ，即可求得滿足該條件的，即可求得滿足該條件的f0 ， 此頻率即為振蕩頻率；此頻率即為振蕩頻率；2FAn (1) (1)寫出回路增益寫出回路增益AFAF的表示式的表示式 實際中振蕩頻率由選頻網(wǎng)絡(luò)計算；振幅條件用間接振幅條實際中振蕩頻率由選頻網(wǎng)絡(luò)計算；振幅條件用間接振幅

7、條件，即分立元件放大電路的直流偏置，集成運放放大電路對件，即分立元件放大電路的直流偏置，集成運放放大電路對放大倍數(shù)的要求。放大倍數(shù)的要求。三、正弦振蕩器的分類（根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)）三、正弦振蕩器的分類（根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)）RC正弦振蕩器（產(chǎn)生低頻信號）正弦振蕩器（產(chǎn)生低頻信號）LC正弦振蕩器（產(chǎn)生高頻信號）正弦振蕩器（產(chǎn)生高頻信號）石英晶體正弦振蕩器（產(chǎn)生高頻信號）石英晶體正弦振蕩器（產(chǎn)生高頻信號）8.1.4RC 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路由由R、C元件組成選頻網(wǎng)絡(luò)，通常有兩種結(jié)構(gòu)：元件組成選頻網(wǎng)絡(luò)，通常有兩種結(jié)構(gòu)：RC串并串并選頻網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)和RC多節(jié)選頻網(wǎng)絡(luò)，除此還有多節(jié)選頻網(wǎng)絡(luò)，除此還有RC雙雙

8、T選頻網(wǎng)絡(luò)。選頻網(wǎng)絡(luò)。圖圖 8.2.2一、一、RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性Z1Z2)12121j()12211 (1)21/2()1j11(21/2212fCRCRCCRRCjRCRCjRUUF取取 R1 = R2 = R ， C1 = C2 = C ，令，令 RC10 則：則： )j(3100 F得得 RC 串并聯(lián)電路的幅串并聯(lián)電路的幅頻特性為：頻特性為：2002)(31 F3arctg00F 相頻特性為：相頻特性為：時，時，當當RC10 31 F最大，最大， F = 0。 0 0 F0 F 01/3+90- -90二、二、RC串并選頻網(wǎng)絡(luò)正弦振蕩電路（文氏橋電路）

9、串并選頻網(wǎng)絡(luò)正弦振蕩電路（文氏橋電路）1.電路框圖電路框圖由平衡振蕩和起振條件：由平衡振蕩和起振條件：1FAnFA20FAF1對振蕩頻率對振蕩頻率f0=1/2RC來說，來說，F(xiàn)=1/3,要求要求A 3，0A則電路框圖為：則電路框圖為：同相放大同相放大A32.由集成運放組成的電路由集成運放組成的電路放大電路放大電路 集成運放集成運放 A ；選頻兼正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻兼正反饋網(wǎng)絡(luò) R、C 串并聯(lián)電路；串并聯(lián)電路；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié) RF 與與 R 組成的負反饋電路。組成的負反饋電路。注意：注意：實際電路中要給實際電路中要給集成運放加正負電源。集成運放加正負電源。RC串并和負反饋組成四個橋臂，故又稱電路為文

10、氏橋串并和負反饋組成四個橋臂，故又稱電路為文氏橋RC正弦正弦振蕩電路振蕩電路3.振蕩頻率與起振條件振蕩頻率與起振條件(1) 振蕩頻率振蕩頻率RCf 210(2) 起振條件起振條件1 FAf = f0 時，時，31 F由起振條件：由起振條件：所以起振條件為：所以起振條件為：3 A同相比例運放的電壓放大倍數(shù)為同相比例運放的電壓放大倍數(shù)為RRAu Ff1即要求：即要求：RR 2F4. 振蕩電路中的負反饋振蕩電路中的負反饋(自動穩(wěn)幅自動穩(wěn)幅)引入電壓串聯(lián)負反饋，可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，引入電壓串聯(lián)負反饋，可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改善振蕩電路的輸出波形，提高帶負載能力。改善振蕩電路的輸出波形，提高帶

11、負載能力。負反饋系數(shù)負反饋系數(shù)RRRF F改變改變 RF，可改變反饋深度，可改變反饋深度，增加負反饋深度，并且滿足增加負反饋深度，并且滿足3 A則電路可以起振，并產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真較小的正則電路可以起振，并產(chǎn)生比較穩(wěn)定而失真較小的正弦波信號。弦波信號。采用具有采用具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻負溫度系數(shù)的熱敏電阻 RT 代替反饋電阻代替反饋電阻 RF ，可實現(xiàn)可實現(xiàn)自動穩(wěn)幅自動穩(wěn)幅。(還有什么措施自動穩(wěn)幅？還有什么措施自動穩(wěn)幅？)RT圖圖 8.2.45. 振蕩頻率的調(diào)節(jié)振蕩頻率的調(diào)節(jié)RCf 210調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)電阻R或電容或電容C的值，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率的值，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率電路圖：電路圖：P409圖圖

12、8.1.9利用波段開關(guān)換接不同容量的電容，對頻率進行粗調(diào)；利用波段開關(guān)換接不同容量的電容，對頻率進行粗調(diào)；利用同軸電位器，對振蕩頻率進行細調(diào)。利用同軸電位器，對振蕩頻率進行細調(diào)。6.其它形式的其它形式的 RC 振蕩電路振蕩電路（1）RC多節(jié)移相式振蕩電路多節(jié)移相式振蕩電路單節(jié)單節(jié)RC超前移相電路：超前移相電路：單節(jié)單節(jié)RC落后移相電路：落后移相電路：正弦振蕩器中的多節(jié)正弦振蕩器中的多節(jié)RC移相電路：移相電路：一階一階RC移相電路對一般頻率信號的移相角在移相電路對一般頻率信號的移相角在090之間，之間，為了使振蕩電路簡單，采用為了使振蕩電路簡單，采用34節(jié)節(jié)RC移相電路作為移相電路作為RC多節(jié)多

13、節(jié)移相正弦振蕩器的選頻兼正反饋網(wǎng)絡(luò)，對信號總移相角為移相正弦振蕩器的選頻兼正反饋網(wǎng)絡(luò)，對信號總移相角為180 。2FAn, 2 , 1 , 0n放大電路采用反相放大器，放大電路采用反相放大器，則實現(xiàn)則實現(xiàn):0ff0 270180903節(jié)移相相位圖節(jié)移相相位圖反相放大電路反相放大電路電路框圖：電路框圖：集成運放產(chǎn)生集成運放產(chǎn)生的相位移的相位移 A = 180，如果反饋網(wǎng)絡(luò)再，如果反饋網(wǎng)絡(luò)再相移相移 180，即可滿，即可滿足產(chǎn)生正弦波振蕩足產(chǎn)生正弦波振蕩的相位平衡條件。的相位平衡條件。當當 f = f0 時，時，RC電路相移電路相移 F = 180，整體電路滿足正，整體電路滿足正弦波振蕩的相位條件

14、。弦波振蕩的相位條件。由集成運放組成的原理電路由集成運放組成的原理電路 如果反相比例放大電路的放大倍數(shù)足夠大，使電路滿足如果反相比例放大電路的放大倍數(shù)足夠大，使電路滿足振幅條件，則電路能夠振蕩。振幅條件，則電路能夠振蕩。表表 8 - 1三種三種 RC 振蕩電路的比較振蕩電路的比較名稱名稱RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路移相式振蕩電路移相式振蕩電路雙雙 T 網(wǎng)絡(luò)選頻振蕩電路網(wǎng)絡(luò)選頻振蕩電路電路電路形式形式振蕩振蕩頻率頻率起振起振條件條件電路特電路特點及應(yīng)點及應(yīng)用場合用場合可方便地連續(xù)調(diào)節(jié)振蕩可方便地連續(xù)調(diào)節(jié)振蕩頻率，便于加負反饋穩(wěn)幅電頻率，便于加負反饋穩(wěn)幅電路，容易得到良好的振蕩波路，

15、容易得到良好的振蕩波形。形。電路簡單，經(jīng)濟電路簡單，經(jīng)濟方便，適用于波形要方便，適用于波形要求不高的輕便測試設(shè)求不高的輕便測試設(shè)備中。備中。選選頻特性好，適用于頻特性好，適用于產(chǎn)生單一頻率的振蕩波形。產(chǎn)生單一頻率的振蕩波形。RCf 2103 ARCf 3210RCf510 1 23 FARR，RR12F 8.1.5LC 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 一、一、LC 并聯(lián)回路的特性并聯(lián)回路的特性當頻率變化時，并聯(lián)電路阻抗當頻率變化時，并聯(lián)電路阻抗的大小和性質(zhì)都發(fā)生變化。的大小和性質(zhì)都發(fā)生變化。并聯(lián)電路的導(dǎo)納：并聯(lián)電路的導(dǎo)納：當當時，電路發(fā)生時，電路發(fā)生并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振。 2222)(j)(j1jL

16、RLCLRRLRCY 0)(20200 LRLC 圖圖 8.3.1諧振角頻率：諧振角頻率：LCLR11)(1200 令：令：RLQ0 諧振回路的品質(zhì)因數(shù)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)當當 Q 1 時時LC10 LCf 210諧振頻率：諧振頻率：)11(j1)1j(j)1j(j1j)j(1j2LCRLCRLCLRLCLRCLRCZ LC 并聯(lián)回路的阻抗：并聯(lián)回路的阻抗：注意到：注意到：LC10 則則Z為：為：)2201 (1)2201 (1ffRLjRCLRLjRCLZL、R串聯(lián)電路中，串聯(lián)電路中，R值同值同L小很多小很多當當f=f0時，分母的虛部為零，電路發(fā)生并聯(lián)諧振，阻抗時，分母的虛部為零，電路發(fā)生并聯(lián)

17、諧振，阻抗Z為電阻性記作為電阻性記作Z0，RCLZ0在諧振頻率附近，在諧振頻率附近，0，QRLRL0則則)2201 (1ffjQRCLZ當當ff0時，分母虛部不為零，則時，分母虛部不為零，則Zf0時，分母虛部不為零，則時，分母虛部不為零，則Z Q2Q1Q2 0 F+90- -90Q1Q2Q1 Q2感性感性純阻純阻容性容性結(jié)論：結(jié)論：1. 當當 f = f0 時，電路為純電阻時，電路為純電阻性，等效阻抗最大；當性，等效阻抗最大；當 f f0 時，電路為時，電路為容性。所以容性。所以 LC 并聯(lián)電路具有選頻并聯(lián)電路具有選頻特性。特性。2. 電路的品質(zhì)因數(shù)電路的品質(zhì)因數(shù) Q 愈大，愈大，選頻特性愈好

18、。選頻特性愈好。圖圖 8.3.2諧振時諧振時 LC 回路中的電流：回路中的電流：ULRLUCI20200C)( 電容支路的電流：電容支路的電流：(諧振時兩支路導(dǎo)納相等諧振時兩支路導(dǎo)納相等)并聯(lián)回路的輸入電流：并聯(lián)回路的輸入電流：ULRRI202)( 2222)(j)(j1jLRLCLRRLRCY 由前述回路導(dǎo)納公式：由前述回路導(dǎo)納公式： （由諧振時總導(dǎo)納）（由諧振時總導(dǎo)納）討論諧振時回路的支路電流和總電流。討論諧振時回路的支路電流和總電流。結(jié)論結(jié)論：諧振時，回路總阻抗為電阻性，且最大（總導(dǎo)納最：諧振時，回路總阻抗為電阻性，且最大（總導(dǎo)納最?。浑娙葜返碾娏髋c電感支路的電流大小近似相等，而諧小

19、）；電容支路的電流與電感支路的電流大小近似相等，而諧振回路的輸入電流極小。振回路的輸入電流極小。即：即：IQI C當當 Q 1 時，時，IICIILLCII 則：則：QRLII0C LC回路所需信號源為電流源！回路所需信號源為電流源！二、變壓器反饋式二、變壓器反饋式LC正弦振蕩電路正弦振蕩電路1.電路組成電路組成電路調(diào)諧放大電路和電路調(diào)諧放大電路和正反饋繞組組成。正反饋繞組組成。 - - 2.振蕩頻率和起振條件振蕩頻率和起振條件CLf 210振蕩頻率振蕩頻率起振條件起振條件MCRr be XuiL為總電感，它與為總電感，它與L1、L2關(guān)系見書關(guān)系見書P413式式8.1.19b，在，在L2較小時

20、較小時L L1；M為為L1與與L2之間的互感；之間的互感；R為為LC回路總損耗電阻。回路總損耗電阻。3.電路能否振蕩的判斷：電路能否振蕩的判斷：相位平衡條件：相位平衡條件：(瞬時極性法瞬時極性法)振幅條件：振幅條件：間接振幅條件（直流偏置）間接振幅條件（直流偏置）三、三點（端）式三、三點（端）式LC正弦振蕩電路正弦振蕩電路1.電路構(gòu)想：電路構(gòu)想：將將LC回路的電感支路用兩只電感串聯(lián)代替或電容支路用兩回路的電感支路用兩只電感串聯(lián)代替或電容支路用兩只電容串聯(lián)代替。三個元件之間的連接點分別放大電路的只電容串聯(lián)代替。三個元件之間的連接點分別放大電路的有關(guān)點，故稱為三點（端）式。有關(guān)點，故稱為三點（端）

21、式。前者叫電感三點式，前者叫電感三點式，后者叫電容三點式。后者叫電容三點式。電感三點式振蕩電路中正反饋信號取自一只電感上的諧振電感三點式振蕩電路中正反饋信號取自一只電感上的諧振壓降；壓降；電容三點式振蕩電路中正反饋信號取自一只電容上電容三點式振蕩電路中正反饋信號取自一只電容上的諧振壓降。的諧振壓降。2.電路構(gòu)成原則電路構(gòu)成原則：（放大電路為雙極型三極管放大電路）：（放大電路為雙極型三極管放大電路）電路的交流通路：電路的交流通路：放大電路為共發(fā)射極放大電路。放大電路為共發(fā)射極放大電路。LC回路諧振電流為：回路諧振電流為：.I.1.IjXfU.I反饋電壓反饋電壓加到管子的加到管子的b-e之間；之間

22、；輸出電壓取自輸出電壓取自X2兩端兩端.2.IjXoU由圖可知，由圖可知，正反饋系數(shù)：正反饋系數(shù)：21.2.1.XXIjXIjXoUfUF自激振蕩相位條件為：自激振蕩相位條件為：.)2 , 1 , 0(2nnFAAF因放大電路為共射電路，則因放大電路為共射電路，則則滿足自激相位條件時，要求則滿足自激相位條件時，要求，上述反饋系數(shù)式，上述反饋系數(shù)式已有負號，所以已有負號，所以F。那么。那么X1、X2電抗性必須相同，電抗性必須相同，即即與管子發(fā)射極交流相連的諧振回路的兩只元件的電抗性相同。與管子發(fā)射極交流相連的諧振回路的兩只元件的電抗性相同。要么同為電感，要么同為電容。要么同為電感，要么同為電容。

23、整個諧振回路為整個諧振回路為LC回路，則回路，則X2與與X3電抗性相反，電抗性相反，即與管子集即與管子集電極交流相連的兩個元件的電抗性相反，也就是其中一個為電極交流相連的兩個元件的電抗性相反，也就是其中一個為電感時，另一個為電容。反之亦然。電感時，另一個為電容。反之亦然?？偨Y(jié)：（交流）射同集反！總結(jié)：（交流）射同集反！3.電感三點式電感三點式LC正弦振蕩電路正弦振蕩電路(Hartley)（1）電路組成）電路組成電路能否振蕩的判斷：電路能否振蕩的判斷：相位平衡條件：相位平衡條件：用射同用射同 集反或瞬時極性法。集反或瞬時極性法。振幅條件：振幅條件：用間接振幅用間接振幅 條件（管子直流偏置）條件（

24、管子直流偏置）- - - - -（2）振蕩頻率和起振條件）振蕩頻率和起振條件CMLLLCf)2(2121210 振蕩頻率振蕩頻率起振條件起振條件RrMLML be21 圖圖 8.3.4電感三點式振蕩電路的小結(jié)電感三點式振蕩電路的小結(jié)1.由于兩線圈之間耦合很緊，因此容易起振。由于兩線圈之間耦合很緊，因此容易起振。2.調(diào)節(jié)頻率方便（一般通過改變電感的磁帽或磁芯調(diào)節(jié)頻率方便（一般通過改變電感的磁帽或磁芯位置）。位置）。3.一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。一般用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的頻率。4.輸出波形中含有較大的高次諧波，故波形較差。輸出波形中含有較大的高次諧波，故波形較差。5.頻率穩(wěn)定度不高。頻率穩(wěn)定

25、度不高。6.調(diào)試中先調(diào)試直流。一般電路連接正確，直流調(diào)試中先調(diào)試直流。一般電路連接正確，直流正常時就可振蕩，否則交流通路有問題。正常時就可振蕩，否則交流通路有問題。4.電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩電路（1）電路組成）電路組成電路能否振蕩的判斷：電路能否振蕩的判斷：相位平衡條件：相位平衡條件：用射同集用射同集反或瞬時極性法反或瞬時極性法。振幅條件：振幅條件：用間接振幅用間接振幅 條件（管子直流偏置）條件（管子直流偏置）（2）振蕩頻率和起振條件）振蕩頻率和起振條件212102121CCCCLLCf 振蕩頻率振蕩頻率起振條件起振條件RrCC be12 圖圖 8.3.5 - - - - -5.電容

26、三點式改進型振蕩電路電容三點式改進型振蕩電路(Colpitts)210111121CCCLf 振蕩頻率振蕩頻率選擇選擇 C C1， C u-時，時，uO = + UOPP+VCC當當 u+ u 時時, uO = UOPP-VCC1. uO 的值只有兩種可能的值只有兩種可能在非線性區(qū)內(nèi)，在非線性區(qū)內(nèi)，( (u+ u ) )可能很大，即可能很大，即 u+ u 。 “虛地虛地”不存在不存在2. 理想運放的輸入電流等于零理想運放的輸入電流等于零0_ii8.2.2過零比較器（參考電壓為零）過零比較器（參考電壓為零）一、反相輸入過零比較器一、反相輸入過零比較器由于理想運放的開環(huán)差模由于理想運放的開環(huán)差模增

27、益為無窮大，所以增益為無窮大，所以當當 uI 0 時，時，uO = - - UOPP ；電壓電壓傳輸特性傳輸特性為：為：uIuO+UOpp- -UOppOUOPP 為集成運放的最大輸出電壓。為集成運放的最大輸出電壓。閾值電壓閾值電壓UT：當比較器的輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所當比較器的輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所對應(yīng)的輸入電壓。上述電路的閾值電壓為零。對應(yīng)的輸入電壓。上述電路的閾值電壓為零。圖圖 7.2.1二、同相輸入過零電壓比較器二、同相輸入過零電壓比較器當當 ui 0 時，時，uO = + + UOPP ；電壓傳輸特性為：電壓傳輸特性為：閾值電壓為零。閾值電壓為零。由于由于

28、i+=i-=0，則，則u+=ui，u-=0這樣的輸出方波可以作為晶閘管同相觸發(fā)脈沖。這樣的輸出方波可以作為晶閘管同相觸發(fā)脈沖。三、過零比較器的應(yīng)用三、過零比較器的應(yīng)用反相輸入過零電壓比較器，輸入信號為正弦波，輸出為下圖反相輸入過零電壓比較器，輸入信號為正弦波，輸出為下圖所示的方波。所示的方波。正弦波送入同相輸入過零電壓比較器時的輸出波形如何？正弦波送入同相輸入過零電壓比較器時的輸出波形如何？可見：電壓比較器的功能是將模擬信號變換為數(shù)字信號。可見：電壓比較器的功能是將模擬信號變換為數(shù)字信號。四、具有輸入限幅的電路四、具有輸入限幅的電路為防止輸入電壓過大，超過比較器最大差模輸入電壓而損為防止輸入電

29、壓過大，超過比較器最大差模輸入電壓而損壞，加入輸入限幅電路。壞，加入輸入限幅電路。輸入限幅不影響電路的電壓傳輸特性。輸入限幅不影響電路的電壓傳輸特性。五、具有輸出限幅的電路五、具有輸出限幅的電路為了滿足某些負載需要較小數(shù)值的高低電平的要求，在輸為了滿足某些負載需要較小數(shù)值的高低電平的要求，在輸出端加入限幅電路出端加入限幅電路1.輸出限幅過零比較器輸出限幅過零比較器(一一)uIuO+UOpp - -UOppO+UZ- -UZ問題：如將輸入信號加在問題：如將輸入信號加在“+”端，傳輸特性如何？端，傳輸特性如何？ui0時，電阻時，電阻R左端輸出左端輸出-Uopp，下方，下方穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通，上方穩(wěn)壓二

30、極管反穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通，上方穩(wěn)壓二極管反向擊穿，則向擊穿，則uo=-(Uz+UD)-Uz。ui0時，與上述同理，時，與上述同理， uo=+(Uz+UD)+Uz。電壓傳輸特性如圖所示。電壓傳輸特性如圖所示。2. 輸出限幅過零比較器輸出限幅過零比較器(二二)設(shè)任何一個穩(wěn)壓管被反向設(shè)任何一個穩(wěn)壓管被反向擊穿時，兩個穩(wěn)壓管兩端總的擊穿時，兩個穩(wěn)壓管兩端總的的穩(wěn)定電壓為的穩(wěn)定電壓為 UZ UOppuIuO+UOpp - -UOppO+UZ- -UZ當當 uI 0 時，右邊的穩(wěn)壓管時，右邊的穩(wěn)壓管被反向擊穿，被反向擊穿，uO = - - UZ ；圖圖 7.2.23.輸出限幅過零電壓比較器（三）輸出限幅過零電

31、壓比較器（三）設(shè)設(shè)D2為鍺管，則為鍺管，則UD=0.2V。uo為為+Uopp時時Dz1反向擊穿，反向擊穿，D2截止；截止； uo為為-Uopp時時D2 導(dǎo)通，導(dǎo)通，Dz1截止。截止。電壓傳輸特性如圖。電壓傳輸特性如圖。8.2.3單限比較器（參考電壓不為零）單限比較器（參考電壓不為零）一、比較電壓和參考電壓分別加到兩個輸入端的電路一、比較電壓和參考電壓分別加到兩個輸入端的電路1.電路舉例電路舉例2.電壓傳輸特性電壓傳輸特性由于由于i+=i-=0，則則u-=ui，u+=UR由由u-u+時，時，uo=-Uopp，則有則有uiUR時，時， uo=-Uopp由由u-u+時，時，uo=+Uopp，則有則有

32、ui0，輸入正弦波。，輸入正弦波。功能：功能：將模擬信號變換為數(shù)字信號。將模擬信號變換為數(shù)字信號。輸出脈沖可用于觸發(fā)晶閘管變流電路，改變輸出脈沖可用于觸發(fā)晶閘管變流電路，改變UR觸發(fā)相位角觸發(fā)相位角改變，則輸出電壓改變，即調(diào)節(jié)輸出電壓。改變，則輸出電壓改變，即調(diào)節(jié)輸出電壓。二、比較電壓和參考電壓加到同一輸入端的電路舉例二、比較電壓和參考電壓加到同一輸入端的電路舉例1.電路舉例電路舉例oppUouRURRRiuRRR時，）（02122112.電壓傳輸特性電壓傳輸特性由于由于i+=i-=0，則則：由由u-u+時，時，uo=-Uopp，則有則有 ：u+=0RURRRiuRRRu212211由由u-u

33、+時，時，uo=+Uopp，則有則有：oppUouRURRRiuRRR時，）（0212211oppUouRURRiu時，12oppUouRURRiu時，12整理，得：整理，得：可見閾值電壓可見閾值電壓RURRTU12電壓傳輸特性電壓傳輸特性+UOM=+Uopp，-UOM=-Uopp“-”端與端與“+”端調(diào)換位置，電壓傳輸特端調(diào)換位置，電壓傳輸特性會怎樣？性會怎樣？ 單限比較器有一個門限電平單限比較器有一個門限電平（閾值電壓），當輸入電壓等（閾值電壓），當輸入電壓等于此門限電平時，輸出端的狀于此門限電平時，輸出端的狀態(tài)立即發(fā)生跳變。態(tài)立即發(fā)生跳變。 右圖電路當輸入電壓右圖電路當輸入電壓 uI 變

34、化，變化，使反相輸入端的電位為零時，輸使反相輸入端的電位為零時，輸出端的狀態(tài)將發(fā)生跳變。出端的狀態(tài)將發(fā)生跳變。uIuO+UOpp- -UOppO+UZ- -UZREF21URR 3.具有輸出限幅的電路舉例具有輸出限幅的電路舉例4.應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例檢測輸入的模擬信號是否達到某一給定電平。檢測輸入的模擬信號是否達到某一給定電平。缺點缺點：抗干擾能力差。：抗干擾能力差。解決辦法解決辦法： 采用具有采用具有滯回滯回 傳輸特性的比較器。傳輸特性的比較器。三、分析電壓比較器電壓傳輸特性的三要素三、分析電壓比較器電壓傳輸特性的三要素1.輸出幅度：輸出幅度：輸出幅度由電路輸出是否有限幅電路決定。輸出幅度由電路

35、輸出是否有限幅電路決定。輸出無限幅時，輸出無限幅時，UOH=+UOM(+Uopp)，UOL=-UOM(-Uopp);輸出有限幅時，輸出有限幅時，UOH和和UOL由限幅電路決定。由限幅電路決定。2.閾值電壓閾值電壓UT值的求解：值的求解：分別由電路寫出運放反相輸入端電壓和同相輸入端電壓分別由電路寫出運放反相輸入端電壓和同相輸入端電壓的表達式，然后令的表達式，然后令u+=u-，解得，解得ui的表達式就是的表達式就是UT。3.電壓傳輸特性的躍變方向電壓傳輸特性的躍變方向uo在在ui過過UT時的躍變方向由時的躍變方向由ui作用于運放的哪個輸入端決定。作用于運放的哪個輸入端決定。 當當ui從運放反相輸入

36、端輸入時（無論是否通過隔離電從運放反相輸入端輸入時（無論是否通過隔離電阻），阻），uiUT時，時，uo=UOL。即。即ui由小于由小于UT值上升到值上升到UT值時，電壓傳輸特性發(fā)生負躍變，稱為下行。值時，電壓傳輸特性發(fā)生負躍變，稱為下行。 當當ui從運放同相輸入端輸入時（無論是否通過隔離電從運放同相輸入端輸入時（無論是否通過隔離電阻），阻），uiUT時，時，uo=UOH。即。即ui由小于由小于UT值上升到值上升到UT值時，電壓傳輸特性發(fā)生正躍變，稱為上行。值時，電壓傳輸特性發(fā)生正躍變，稱為上行。例：上述例：上述3所述電路所述電路UT=？RURRRiuRRRu2122110212211）（RUR

37、RRiuRRR，u+=0令令u-=u+，有，有整理，得：整理，得：RURRTURURRiu1212，即8.2.4滯回比較器滯回比較器一、基本電路和電壓傳輸特性一、基本電路和電壓傳輸特性1.基本電路基本電路2.電壓傳輸特性電壓傳輸特性（1）輸出電壓的高低電平）輸出電壓的高低電平因輸出端無限幅，則因輸出端無限幅，則UOH=+UOM(+Uopp)，UOL=-UOM(-Uopp)（2）閾值電壓）閾值電壓UT由虛斷有：由虛斷有：u-=uiouRRRu121令令u-=u+，得：，得：ouRRRiu121oMURRRiu121oMURRRiu121而而uo有兩種取值有兩種取值，一種為，一種為+UOM，另一種

38、為，另一種為-UOM。所以有：。所以有：所以，電路所以，電路有兩個閾值電壓（門限電平）有兩個閾值電壓（門限電平）：oMURRRTU1211oMURRRTU1212前者叫前者叫上限門檻電平上限門檻電平，又記作，又記作UT+;后者叫后者叫下限門檻電平下限門檻電平,又記又記作作UT-。 UT1為為ui從低值增大時使輸出發(fā)生躍變的輸入電壓，從低值增大時使輸出發(fā)生躍變的輸入電壓，UT2為為ui從高值下降時使輸出發(fā)生躍變的輸入電壓。從高值下降時使輸出發(fā)生躍變的輸入電壓。（3）電壓傳輸特性在）電壓傳輸特性在ui過過UT時的躍變方向時的躍變方向因輸入電壓加到運放的反相輸入端，則為下行遲滯。因輸入電壓加到運放的

39、反相輸入端，則為下行遲滯。3.回差電壓回差電壓(門限寬度門限寬度) UT ：OMURRRTUTUTU211221回差電壓反映電路的抗干擾能力。回差電壓反映電路的抗干擾能力。思考：如何改變電路回差電壓的大小？思考：如何改變電路回差電壓的大小？1.輸出電平：輸出電平： uO 為為 +UZ 或或 - -UZ。2.閾值電壓：閾值電壓：OF22REFF2FuRRRURRRu 令令u-=u+，得：，得：二、具有參考電平以及輸出限幅的電路和電壓傳輸特性二、具有參考電平以及輸出限幅的電路和電壓傳輸特性由虛斷，有由虛斷，有u-=ui，若若 uO= UZ ，當，當 ui 逐漸減小達到逐漸減小達到UT2 時，使時，

40、使 uO 由由 UZ 跳變?yōu)樘優(yōu)?UZ 。ZF22REFF2F2TURRRURRRU若若 uO = UZ ，當，當 ui 逐漸增大達到逐漸增大達到UT1時，使時，使 uO 由由 + +UZ 跳變?yōu)樘優(yōu)?- -UZ 。ZF22REFF2F1TURRRURRRU+UZuIuO - -UZOUT2 2UT1 13.電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：注意：注意：UT1、UT2在橫軸上關(guān)在橫軸上關(guān)于原點一般不對稱。于原點一般不對稱。ui從反相輸入端輸入，電壓傳從反相輸入端輸入，電壓傳輸特性為下行遲滯。輸特性為下行遲滯。4.回差回差電壓電壓( (門限寬度門限寬度) ) UT ：ZF2222T1TTURRRU

41、UU 思考：如果電路如下圖所示，電壓傳輸特性如何？思考：如果電路如下圖所示，電壓傳輸特性如何？5.滯回電壓比較器的電壓傳輸特性也可利用三要素法求解：滯回電壓比較器的電壓傳輸特性也可利用三要素法求解：（1）輸出電壓的高低電平）輸出電壓的高低電平UOH和和UOL的求解的求解UOH和和UOL由電路的輸出是否有限幅決定。如果無限幅，則由電路的輸出是否有限幅決定。如果無限幅，則UOH=+UOM，雙電源供電時雙電源供電時UOL=-UOM，單電源供電時，單電源供電時UOL=0V。從理論上講，滯回電壓比較器的電壓傳輸特性既可以用基本分析法從理論上講，滯回電壓比較器的電壓傳輸特性既可以用基本分析法得出，也可以用

42、三要素法得出。但后者討論過程簡單。得出，也可以用三要素法得出。但后者討論過程簡單。 由虛斷和所給電路分別求出由虛斷和所給電路分別求出u+和和u-的表達式；令的表達式；令u+=u-，經(jīng)整理求得，經(jīng)整理求得ui的表達式，該表達式就是的表達式，該表達式就是UT的表達式，將表達式代入數(shù)值（一般是代入的表達式，將表達式代入數(shù)值（一般是代入uo的兩種取值），得到兩個閾值電壓。的兩種取值），得到兩個閾值電壓。 兩個閾值電壓中數(shù)值大的是兩個閾值電壓中數(shù)值大的是UT1（上限門檻電平），數(shù)值小的是（上限門檻電平），數(shù)值小的是UT2（下限門檻電平）。（下限門檻電平）。（3）電壓傳輸特性的求解）電壓傳輸特性的求解 如

43、果輸入信號如果輸入信號ui從比較器的反相端輸入從比較器的反相端輸入（直接或通過隔離電阻等），（直接或通過隔離電阻等），則則電壓傳輸特性為下行遲滯。電壓傳輸特性為下行遲滯。下行遲滯是指：當下行遲滯是指：當ui從小于從小于UT1的低值增大時只的低值增大時只要要ui小于小于UT1 ，電路的輸出為高電平，電路的輸出為高電平UOH，當，當ui增大到增大到UT1時輸出電平發(fā)生負時輸出電平發(fā)生負躍變（輸出電平翻轉(zhuǎn)），即由躍變（輸出電平翻轉(zhuǎn)），即由UOH躍變?yōu)檐S變?yōu)閁OL；當；當ui由高于由高于UT1值減小時只要值減小時只要ui大于大于UT2，電路的輸出保持翻轉(zhuǎn)后的低電平，當，電路的輸出保持翻轉(zhuǎn)后的低電平，當

44、ui下降到下降到UT2時輸出電平發(fā)時輸出電平發(fā)生正躍變，即由翻轉(zhuǎn)后的低電平返回高電平。生正躍變，即由翻轉(zhuǎn)后的低電平返回高電平。 （2）兩個閾值電壓的求解）兩個閾值電壓的求解 如果輸入信號如果輸入信號ui從比較器的同相端輸入從比較器的同相端輸入（直接或通過隔離電阻等），（直接或通過隔離電阻等），則電壓傳輸特性為上行遲滯則電壓傳輸特性為上行遲滯。上行遲滯是指：當。上行遲滯是指：當ui從小于從小于UT1的低值增大的低值增大時只要時只要ui小于小于UT1 ，電路的輸出為低電平，電路的輸出為低電平UOL，當，當ui增大到增大到UT1時輸出電平時輸出電平發(fā)生正躍變（輸出電平翻轉(zhuǎn)），即由發(fā)生正躍變（輸出電平

45、翻轉(zhuǎn)），即由UOL躍變?yōu)檐S變?yōu)閁OH；當；當ui由高于由高于UT1值減值減小時只要小時只要ui大于大于UT2，電路的輸出保持翻轉(zhuǎn)后的高電平，當，電路的輸出保持翻轉(zhuǎn)后的高電平，當ui下降到下降到UT2時時輸出電平發(fā)生負躍變，即由翻轉(zhuǎn)后的高電平返回低電平。輸出電平發(fā)生負躍變，即由翻轉(zhuǎn)后的高電平返回低電平。 通常稱通常稱輸出低電平為這種電路的起始輸出電平輸出低電平為這種電路的起始輸出電平，而輸出高電平為這種而輸出高電平為這種電路翻轉(zhuǎn)后的輸出電平。電路翻轉(zhuǎn)后的輸出電平。所以，由電路的輸出電平可以鑒別所以，由電路的輸出電平可以鑒別ui從低值上升從低值上升階段是否超過上限門檻電平；同理，在電路輸出電平翻轉(zhuǎn)

46、后，由電路的輸階段是否超過上限門檻電平；同理，在電路輸出電平翻轉(zhuǎn)后，由電路的輸出電平可以鑒別出電平可以鑒別ui從高值下降階段是否超過下限門檻電平。從高值下降階段是否超過下限門檻電平。 通常稱通常稱輸出低電平為這種電路的起始輸出電平輸出低電平為這種電路的起始輸出電平，而，而輸出高電平為這種輸出高電平為這種電路翻轉(zhuǎn)后的輸出電平。電路翻轉(zhuǎn)后的輸出電平。所以，由電路的輸出電平可以鑒別所以，由電路的輸出電平可以鑒別ui從低值上從低值上升階段是否超過上限門檻電平；同理，在電路輸出電平翻轉(zhuǎn)后，由電路升階段是否超過上限門檻電平；同理，在電路輸出電平翻轉(zhuǎn)后，由電路的輸出電平可以鑒別的輸出電平可以鑒別ui從高值下降階段是否超過下限門檻電平。從高值下降階段是否超過下限門檻電平。三、例題三、例題例例1.電路如圖電路如圖1所示，已知所示，已知R1=50k，R2=100k，