第9章波形發(fā)生電路和集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用

9.1正弦波振蕩電路第9章波形發(fā)生電路和集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用9.2電壓比較電路9.3非正弦波發(fā)生電路1作業(yè)作業(yè)：9-5，9-19，9-22，9-24自測：9-4，9-6，9-7，9-9，9-10，9-232本章的重點(diǎn)：

正弦波振蕩電路的組成及振蕩條件的判斷。橋式RC正弦波振蕩電路的組成和工作原理。

LC正弦波振蕩電路的組成和工作原理。比較器電壓傳輸特性的分析方法。矩形波、三角波、鋸齒波振蕩電路的波形分析。重點(diǎn)與難點(diǎn)3

本章所講述的電路具有一定的綜合性，既含有集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的積分運(yùn)算電路，又含有集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的滯回比較器，因而給學(xué)習(xí)帶來一定的困難。重點(diǎn)與難點(diǎn)49.1正弦波振蕩電路第9章9.19.1.1概述

由第7章可知，負(fù)反饋放大電路在一定的條件下可能產(chǎn)生自激振蕩，使放大電路不能正常工作。所謂自激振蕩是指：即使放大電路的輸入端不加信號(hào)，它的輸出端也會(huì)出現(xiàn)某一頻率和幅度的波形。也就是說，在這個(gè)頻率點(diǎn)上，負(fù)反饋電路已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎答侂娐贰?/p>

5第9章9.19.1.1概述

正弦波發(fā)生電路的框圖如圖9－1所示。

圖9－1正弦波發(fā)生電路的框圖是電路的輸入信號(hào)是電路的凈輸入信號(hào)是電路的反饋信號(hào)是電路的輸出信號(hào)在正弦波發(fā)生電路中，人為地接成正反饋。

6第9章9.19.1.1概述正弦波發(fā)生電路的框圖正弦波發(fā)生電路中能維持等幅自激振蕩的平衡條件79.1.1概述幅值條件和相位條件:89.1.1概述正反饋（相位條件）：2.起振的幅值條件：

92.正弦波發(fā)生電路的組成部分

正弦波發(fā)生電路一般由以下四個(gè)基本部分組成：1)放大電路；2)引入正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)；3)選頻網(wǎng)絡(luò)；4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。在很多正弦波發(fā)生電路中，正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。103.正弦波發(fā)生電路的分析方法（1）分析電路的組成是否包含放大、反饋、選頻和穩(wěn)幅等基本環(huán)節(jié)；（2）分析放大電路能否正常工作，是否有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)且動(dòng)態(tài)信號(hào)是否能夠輸入、輸出和放大；11（3）檢查電路能否滿足自激條件；1）關(guān)鍵在于檢查相位平衡條件，采用瞬時(shí)極性法進(jìn)行判斷。

2）檢查幅值平衡條件。（4）估算振蕩頻率（），它取決于選頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。121）RC正弦波發(fā)生電路2）LC正弦波發(fā)生電路3）石英正弦波發(fā)生電路

RC正弦波發(fā)生電路振蕩頻率較低，一般在1MHz以下；LC正弦波發(fā)生電路的振蕩頻率都在1MHz以上；石英晶體正弦波發(fā)生電路也可等效為LC正弦波發(fā)生電路，其特點(diǎn)是振蕩頻率十分穩(wěn)定。

正弦波發(fā)生電路分類139.1.2RC正弦波發(fā)生電路

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，RC正弦波發(fā)生電路又可分為RC串/并聯(lián)電路式（橋式）、移相式和雙T電路式等類型，最常見的是RC串/并聯(lián)電路式。1．RC串/并聯(lián)電路的選頻特性RC串聯(lián)、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)既是反饋網(wǎng)絡(luò)又是選頻網(wǎng)絡(luò)。

14

通常取，，有0電路的特征角頻率電路輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為15相頻特性為：

F的幅頻特性為16RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性

時(shí)，

F幅值最大，其值為1/3172．RC橋式正弦波發(fā)生電路（1）電路組成利用RC串、并聯(lián)電路和同相比例運(yùn)算電路可構(gòu)成RC橋式正弦波發(fā)生電路。RC橋式正弦波發(fā)生電路

圖中集成運(yùn)放和電阻RF、R’構(gòu)成同相比例放大電路。18RC橋式192．RC橋式正弦波發(fā)生電路RC橋式正弦波發(fā)生電路

RC串、并聯(lián)電路為集成運(yùn)放引入了另一個(gè)反饋，這個(gè)電路既是選頻網(wǎng)絡(luò)又是反饋網(wǎng)絡(luò)。202．RC橋式正弦波發(fā)生電路（2）振蕩條件和起振條件1)產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件

端引入正反饋。

（利用瞬時(shí)極性法分析）所以電路滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。

212．RC橋式正弦波發(fā)生電路2產(chǎn)生振蕩的起振條件和幅值平衡條件同相比例電路電壓增益為：

已知當(dāng)時(shí)，。起振條件為

222．RC橋式正弦波發(fā)生電路（3）振蕩的穩(wěn)幅和穩(wěn)頻1)振蕩幅值的穩(wěn)定對(duì)于實(shí)際的正弦波發(fā)生電路，電源電壓、溫度、濕度等外界因素的變化將導(dǎo)致晶體管和電路元件參數(shù)發(fā)生改變，從而破壞維持振蕩的幅值平衡條件AF=1。為了穩(wěn)定輸出電壓的幅值，可以在放大電路的負(fù)反饋回路中采用非線性元件來自動(dòng)調(diào)整反饋的強(qiáng)弱。如溫控電阻。23溫控電阻采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RF

當(dāng)輸出電壓UO增大時(shí)，RF上功耗增大，溫度上升，阻值減小。Auf減小，使得UO減小。也可選正溫度系數(shù)的R’。同相比例電路電壓增益為：

242)振蕩頻率的穩(wěn)定3）振蕩頻率的計(jì)算253．RC移相式正弦波發(fā)生電路（1）電路組成和振蕩條件的實(shí)現(xiàn)集成運(yùn)放電壓并聯(lián)負(fù)反饋：相移180度。

若要滿足式相位平衡條件，反饋網(wǎng)絡(luò)正弦電壓再移相180，使263．RC移相式正弦波發(fā)生電路

由于一節(jié)RC移相網(wǎng)絡(luò)可以移相0°～90°必須有三節(jié)或者三節(jié)以上的移相電路。RC移相式正弦波電路結(jié)構(gòu)簡單，但頻率調(diào)節(jié)比較困難，輸出波形幅值不夠穩(wěn)定。279.1.3LC正弦波發(fā)生電路LC正弦波發(fā)生電路通常用于產(chǎn)生高頻(>1MHz)正弦信號(hào)。LC正弦波發(fā)生電路的選頻網(wǎng)絡(luò)采用可調(diào)諧的LC回路。289.1.3LC正弦波發(fā)生電路1．LC諧振回路的選頻特性

LC正弦波發(fā)生電路中的選頻網(wǎng)絡(luò)大多采用LC并聯(lián)諧振回路?？梢酝扑愠?，電路的諧振頻率為：

299.1.3LC正弦波發(fā)生電路

采用LC并聯(lián)諧振回路的LC正弦波發(fā)生電路通?？煞譃樽儔浩黢詈鲜胶蚅C三點(diǎn)式兩大類。

2．變壓器耦合式LC正弦波發(fā)生電路

根據(jù)LC回路的端點(diǎn)接到三極管電極的不同方式，變壓器耦合LC正弦波發(fā)生電路可分為集電極調(diào)諧、發(fā)射極調(diào)諧和基極調(diào)諧三種類型。30

（1）共射集電極調(diào)諧型變壓器耦合

LC正弦波發(fā)生電路判斷電路是否能夠產(chǎn)生正弦波振蕩。1)組成：電路包含共射放大、反饋網(wǎng)絡(luò)、LC選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)（利用三極管的非線性實(shí)現(xiàn)）四個(gè)部分。

2)放大電路：是典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路，交流信號(hào)能夠輸入、輸出和放大。31

（1）共射集電極調(diào)諧型變壓器耦合LC正弦波發(fā)生電路4)對(duì)于幅值平衡條件，一般情況下只要合理選擇變壓器原、副邊線圈的匝數(shù)和其他電路參數(shù)，就很容易得到滿足。3)滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。(+)(-)各端相位關(guān)系如何？同名端同相，異名端反相(+)(+)32（2）共基發(fā)射極調(diào)諧型變壓器耦合

LC正弦波發(fā)生電路1)振蕩電路的組成。圖9－92）放大電路能否正常放大判斷。3）相位平衡條件判斷。33(+)(+)(+)若(1)/(3)交流接地，則(2)與(3)/(1)同相；若(2)交流接地，則(1)與(3)反相。(+)(+)(+)(+)34

（3）共射基極調(diào)諧型變壓器耦合

LC正弦波發(fā)生電路1)振蕩電路的組成。2）放大電路能否正常放大判斷。3）相位平衡條件判斷。(+)(-)(+)(+)353.LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路

將并聯(lián)LC回路中的電容C或者電感L一分為二（或設(shè)置中間抽頭），LC回路就有三個(gè)端點(diǎn)。把這三個(gè)端點(diǎn)與三極管（或者集成運(yùn)放）相連，就形成了LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路。這種電路又可以分為電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式兩類。

36（1）電感三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路NPN型雙極型晶體管和集電極調(diào)諧型LC并聯(lián)，可變電容器用于調(diào)節(jié)LC振蕩頻率。37（1）電感三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路相位平衡條件判斷。(+)(+)(+)38（2）電容三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路

電容三點(diǎn)式LC正弦波振蕩電路如圖所示。

如果選擇合適的和的比值，電路能滿足起振的幅值條件。通常和比值選為0.01～0.5左右。(+)(-)(+)39例9-1三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路如圖所示。電容三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路，選頻網(wǎng)絡(luò)為并聯(lián)LC諧振回路，放大電路為結(jié)型場效應(yīng)管組成的共源電路。(+)(-)(+)40習(xí)題：9-10判斷圖示電路能否振蕩，若不能則進(jìn)行改正圖。要求不能改變放大電路的基本接法（共射、共基、共集）。

不能。加集電極電阻Rc及放大電路輸入端的耦合電容。41不能。變壓器副邊與放大電路之間加耦合電容，改同名端。42439.1.4石英晶體振蕩電路

石英晶體振蕩電路具有很高的頻率穩(wěn)定度，適用于頻率穩(wěn)定性要求高的電路。通常RC正弦波發(fā)生電路不難獲得0.1%的穩(wěn)定度，適用于袖珍計(jì)算器中多位數(shù)字顯示（1kHz）；LC正弦波發(fā)生電路的穩(wěn)定度在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)能夠達(dá)到0.01%，能滿足無線電接收機(jī)和電視機(jī)的要求。如果要求頻率穩(wěn)定度高于10-5的數(shù)量級(jí)，就必須采用石英晶體振蕩電路。449.1.4石英晶體振蕩電路1．石英諧振器的電特性石英諧振器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)而制成的諧振器件。石英晶體的固有頻率，也叫“諧振頻率”。452．晶體振蕩電路

圖9－161）并聯(lián)型晶體振蕩電路

462)串聯(lián)型晶體振蕩電路晶振相當(dāng)于一個(gè)純電阻，它接在電路的反饋網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)成正反饋，以滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。同時(shí)，它又是選頻網(wǎng)絡(luò)。479.2電壓比較電路

電壓比較電路的功能是比較兩個(gè)電壓（如輸入電壓和參考電壓）的大小，并用輸出的高、低電平表示比較結(jié)果。電壓比較電路在測量、控制以及波形發(fā)生等許多方面有著廣泛的應(yīng)用。集成運(yùn)放的非線性特性：電壓比較器它的種類很多，如單門限比較電路，滯回比較電路以及窗口比較電路等等。

489.2.1單門限電壓比較電路當(dāng)輸入電壓uI

略小于uR時(shí)，由于運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)，輸出電壓將達(dá)到正的最大值+UOM。

當(dāng)輸入電壓略大于uR時(shí)，輸出電壓將達(dá)到負(fù)的最大值-UOM

。

+UOM

和-UOM

分別為集成運(yùn)放飽和時(shí)的正負(fù)向輸出電壓值。49當(dāng)uR=0時(shí)的電壓傳輸特性曲線輸出電壓在正負(fù)最大值之間進(jìn)行跳變509.2.1單門限電壓比較電路

“閾值電壓”（也叫“門限電壓”）UTH:輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓。

UTH是根據(jù)臨界條件u-=u+

得到的。51閾值電壓UTH=0的比較電路叫“過零比較電路”。圖9－19529.2.1單門限電壓比較電路閾值電壓

單門限電壓比較電路也可采用同相輸入接法。此時(shí)的電壓傳輸特性會(huì)怎樣？539.2.1單門限電壓比較電路

在實(shí)際的比較電路中，為了防止輸入電壓過大，損壞集成運(yùn)放輸入級(jí)的晶體管，常在運(yùn)放輸入端接入二極管限幅電路，雙向限制運(yùn)放的輸入電壓，如圖所示。輸入限幅保護(hù)的過零比較電路549.2.1單門限電壓比較電路

為了滿足負(fù)載的需要，常在集成運(yùn)放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的UOH和UOL。輸出電壓值等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ。

在理想的情況下，輸出電壓跳變是在瞬間完成的。55例9-2電路如圖所示，設(shè)穩(wěn)壓管VS

的穩(wěn)壓值UZ為6V。求閾值電壓，并畫出電路的電壓傳輸特性。解:電路為非過零單門限電壓比較電路，輸出電壓發(fā)生跳變的條件是:56此時(shí)有:因而有:57當(dāng)時(shí)，。此時(shí)，為高電平，；當(dāng)時(shí)，，為低電平，。例9-258補(bǔ)充例題若R1=R2=5K，UREF=2V，穩(wěn)壓管輸出為5V,要求畫出電壓波形。59由輸入波形畫輸出波形：確定閾值電壓。確定輸出的初始電平（+UOM還是-UOM）。畫波形（過閾值電壓進(jìn)行跳變，滯回電壓比較器會(huì)有些不同）60若R1=R2=5K，UREF=2V，穩(wěn)壓管輸出為5V。確定閾值電壓。612.確定輸出的初始電平（+UOM還是-UOM）。UI<UTH,輸出高電平+UOM，即+5V623.畫波形（過閾值電壓進(jìn)行跳變)639.2.2電壓比較電路的特點(diǎn)1．集成運(yùn)放工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。單限電壓比較器中的集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)。為了提高比較電路的靈敏度和響應(yīng)速度，在集成運(yùn)放中有時(shí)還引入正反饋，如滯回比較電路中的集成運(yùn)放就是工作在正反饋狀態(tài)。642．電壓比較電路的輸入與輸出之間是非線性關(guān)系。由于集成運(yùn)放工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)，只要兩個(gè)輸入端之間有很小的差值電壓，輸出電壓就將達(dá)到正的最大值或者負(fù)的最大值。因此，集成運(yùn)放的輸出與輸入呈現(xiàn)非線性關(guān)系。659.2.2電壓比較電路的特點(diǎn)3.電壓比較電路相當(dāng)于一個(gè)受輸入信號(hào)uI控制的開關(guān)

輸入信號(hào)可以是模擬信號(hào)，但輸出uO只有兩種可能:高電平UOH和低電平UOL。當(dāng)輸入信號(hào)通過閾值UTH時(shí)，輸出電壓從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平。669.2.2電壓比較電路的特點(diǎn)

我們可以通過電壓傳輸特性，即輸出電壓uO與輸入電壓uI的函數(shù)關(guān)系來描述電壓比較電路。為了正確畫出電壓傳輸特性，必須求出三個(gè)要素：1.求出輸出電壓高電平UOH和低電平UOL。2.求出閾值電壓UTH，根據(jù)臨界條件U+=U-來確定。3.當(dāng)uI變化且經(jīng)過UTH時(shí)，uo躍變的方向。679.2.3滯回比較電路

單門限電壓比較電路有兩個(gè)缺點(diǎn)：1、如果輸入變化非常緩慢，輸出的變化也可能相當(dāng)慢；2、如果輸入中帶有噪聲，當(dāng)輸入經(jīng)過閾值時(shí)，輸出可能發(fā)生多次跳變（如圖所示）。這兩個(gè)缺點(diǎn)都可以通過采用“正反饋”得到彌補(bǔ)。689.2.3滯回比較電路

由于采用了正反饋，比較電路具有了兩個(gè)閾值，分別取決于輸出所處的狀態(tài)。另外，不管輸入波形的變化速率如何，正反饋能保證輸出的迅速跳變。由于這種電路的輸出既與當(dāng)前的輸入電壓有關(guān)，又與輸入的歷史狀態(tài)有關(guān)，所以叫做“滯回比較電路”，又叫做“施密特觸發(fā)器”。699.2.3滯回比較電路1．求閾值

比較電路的輸出電壓發(fā)生跳變的臨界條件是：U+=U-

。709.2.3滯回比較電路

可以看出，在滯回電壓比較電路中，存在兩個(gè)閾值。712．分析輸出和輸入之間的關(guān)系電壓傳輸特性曲線

設(shè)，，有，。由于電路中集成運(yùn)放是反相輸入，因此，當(dāng)足夠負(fù)時(shí),為高電平，。只有當(dāng)輸入逐漸增大并達(dá)到，發(fā)生跳變，這是正向電壓傳輸特性。

圖9－24uI足夠小uO=+6VuR=0VUTH=+2V72uIuO0+6V+2V圖9－24-6V732．分析輸出和輸入之間的關(guān)系uI足夠大uO=-6VUTH=-2VuIuO0+6V-6V-2V743．電壓傳輸特性

輸出電壓的正跳變過程和負(fù)跳變過程基本一致。圖中正向過程中ab段的變化和負(fù)向過程中cd段的變化都十分迅速，近似于跳變。

滯回比較電路的電壓傳輸特性如圖所示。圖中，單箭頭表示正向過程，雙箭頭表示負(fù)向過程，曲線具有方向性。75由于電路引入了正反饋，加快了輸出電壓的跳變過程。正反饋過程：正反饋的結(jié)果就是使輸出電壓uO

迅速變?yōu)?UZ

。

764．滯回比較電路的應(yīng)用

和單門限電壓比較電路相比，滯回比較電路有較強(qiáng)的抗干擾能力，不易產(chǎn)生誤跳變。因此，滯回比較電路可應(yīng)用在環(huán)境干擾比較大的場合和波形整形。

滯回比較電路有兩個(gè)閾值電壓，其差叫做“回差電壓”或“遲滯電壓”。77例9－3圖示電路。設(shè)穩(wěn)壓管VS的穩(wěn)壓值為。要求：1．畫出電路的傳輸特性；2．對(duì)應(yīng)輸入波形畫出輸出波形。78解1．圖示電路為滯回電壓比較電路。1）求出輸出電壓高、低電平。2)求出閾值電壓UT，根據(jù)臨界條件U+=U-來確定。在uO跳變時(shí)，必有。

VS:6V793)當(dāng)uI變化且經(jīng)過UTH時(shí)，uo躍變的方向。802.根據(jù)輸入波形畫出輸出波形。滯回比較電路有很強(qiáng)的抗干擾能力。當(dāng)uI波形不整齊時(shí)，得到的uO都是標(biāo)準(zhǔn)的矩形波，81窗口電壓比較器82電壓比較器的分析方法小結(jié)1.輸出只有高低電平兩種情況輸出端不接穩(wěn)壓管時(shí)，

uo

=

UOM輸出端接穩(wěn)壓管限幅時(shí)，

uo

=

UZ第8章

8.22.用電壓傳輸特性描述輸出與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系3.電壓傳輸特性的三要素（1）輸出電壓的高低電平：取決于限幅電路；（2）閾值電壓：令u+=u-，求出uI，即UTH。（3）輸出電壓的躍變方向：取決于同相輸入或反相輸入。u-u

>+uo=

UOH；時(shí)，u-u

<+uo時(shí)，=

UOL。u-u

=+轉(zhuǎn)換條件：839.2.4集成電壓比較器

由于電壓比較電路可將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成高低電平信號(hào)，因此，電壓比較電路可用為模擬電路和數(shù)字電路的接口電路。

上述的電壓比較電路輸出電平在最大正負(fù)輸出電壓之間跳變，如果要把它和數(shù)字電路相連，還必須有附加電路。為了可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)字電路，生產(chǎn)了專用的集成電壓比較器。849.2.4集成電壓比較器

按一個(gè)集成器件中所含比較器的數(shù)目，分為單電壓、雙電壓、四電壓比較器；按信號(hào)傳輸速度，可分高速、中速比較器；按性能指標(biāo)，可分為精密比較器和高精度比較器等。859.2.4集成電壓比較器

圖9－27為集電極開路的雙電壓比較器LM119。兩個(gè)輸出端并聯(lián)構(gòu)成了“窗口比較電路”。圖9－27869.3非正弦波發(fā)生電路

除了正弦波外，常用的還有矩形波、三角波、鋸齒波、尖頂波和階梯波等非正弦波。非正弦波發(fā)生電路的基本組成環(huán)節(jié)是：電壓比較電路、反饋環(huán)節(jié)和延遲環(huán)節(jié)，其中比較電路是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

879.3非正弦波發(fā)生電路

通過前面的分析可知，電壓比較電路的輸出只有高低兩種電平。如果在電壓比較電路的基礎(chǔ)上加上延遲和反饋環(huán)節(jié)，保證在一定的延遲時(shí)間后，比較電路的輸出就會(huì)發(fā)生周期性跳變，從而產(chǎn)生振蕩。881.方波發(fā)生電路的組成和工作原理

方波發(fā)生電路是由滯回電壓比較電路和RC電路組成的。R1和C組成“有延遲的反饋網(wǎng)絡(luò)”，電容C兩端的電壓uC

就是反饋電壓；穩(wěn)壓管構(gòu)成輸出限幅電路；R4為限流電阻。9.3.1矩形波發(fā)生電路89設(shè)輸出電壓為：，則

通過向電容充電，一旦上升到略大于時(shí)，輸出電壓迅速地由跳變到。集成運(yùn)放同相端電壓也隨之變?yōu)椋?.方波發(fā)生電路的組成和工作原理90

此時(shí)，電容通過電阻放電，電容兩端電壓逐漸下降。當(dāng)下降到略小于時(shí)，內(nèi)部正反饋又產(chǎn)生作用，輸出電壓迅速地由跳變到。如此周而復(fù)始，在輸出端將產(chǎn)生周期信號(hào)。

1.方波發(fā)生電路的組成和工作原理91

由于電路中電容正向充電和反向放電的時(shí)間常數(shù)均為,而且充放電的電壓幅值也相等，所以輸出為方波信號(hào)。輸出電壓和電容電壓的波形如圖所示。圖9－30922．方波周期的確定

方波周期可以由電容充放電規(guī)律和波形發(fā)生器的工作原理得到。電容兩端電壓的變化規(guī)律為：

選取圖9－30的為起點(diǎn)，有：93可以得到方波的周期為：改變R1和C或者改變R2/R3均能達(dá)到調(diào)節(jié)方波周期或者頻率的目的，而改變穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值則可以改變輸出電壓幅值。942.矩形波發(fā)生電路此圖與方波發(fā)生電路的區(qū)別僅僅在于電容充、放電回路不同。95

如果忽略二極管VD1和VD2的導(dǎo)通管壓降，則電容充電時(shí)間常數(shù)為RC，放電時(shí)間常數(shù)為R’C。

輸出電壓處于高電平（即電容充電）的時(shí)間為：

輸出電壓處于低電平（即電容放電）的時(shí)間為：周期：962.矩形波發(fā)生電路

如果，則，此時(shí)輸出電壓和電容兩端電壓的波形如圖9－31b）所示?？芍?，輸出波形的周期，占空比為

可見，改變即可以改變占空比，所示電路叫做“占空比可調(diào)”的矩形波發(fā)生電路。979.3.2三角波發(fā)生電路1．電路組成和工作原理集成運(yùn)放A1為同相輸入的滯回電壓比較電路，集成運(yùn)放A2為積分電路。

圖9－3298對(duì)于多個(gè)集成運(yùn)放構(gòu)成的電路，應(yīng)先分析每個(gè)運(yùn)放的輸入輸出函數(shù)關(guān)系及實(shí)現(xiàn)的基本功能，然后再分析整個(gè)電路的功能。此電路，應(yīng)重點(diǎn)分析積分電路的輸出如何使電壓比較電路的輸出電平發(fā)生跳變。991．電路組成和工作原理

假定電壓比較電路初始輸出電壓為，經(jīng)分壓后的向電容充電，線性下降，從而使的同相端電壓也下降。當(dāng)使略小于(=0)時(shí)，從跳變到。隨之變?yōu)?1001．電路組成和工作原理

經(jīng)使電容放電，線性上升，從而使同相端電壓也上升。當(dāng)使略大于時(shí)，從跳到。

如此周而復(fù)始，就產(chǎn)生了振蕩。

由下式可得滯回比較電路的兩個(gè)閾值電壓

1011．電路組成和工作原理

由于電容的充放電時(shí)間常數(shù)相同，幅值變化相同，因而A1輸出為方波，A2的波形為三角波。1022．周期的確定當(dāng)時(shí)，，而。有周期1032．周期的確定

上式說明，改變n

、R4

、C和R1/R2

的值，可以改變?nèi)遣ǖ闹芷诨蝾l率，改變R1/R2

的值還會(huì)影響三角波的幅值。1043．鋸齒波發(fā)生電路

如果電容C的充、放電時(shí)間常數(shù)不相等，則可使積分電路的輸出為鋸齒波，滯回比較電路的輸出為矩形波。圖9－34105106占空比為：振蕩周期為：107

可見，改變R/R’即可以改變占空比。如果要求在改變占空比的同時(shí)不影響振蕩頻率，則應(yīng)該在改變R/R’的同時(shí)，使R+R’保持為常數(shù)。改變n和電容C，可以改變振蕩周期和頻率，但占空比不變。1089.3.3壓控振蕩器

壓控振蕩器（VCO）一通過外加電壓來控制輸出信號(hào)的頻率，輸出波形可以是正弦波、方波、三角波等等，但通常的輸出波形是矩形波。目前，壓控振蕩器廣泛應(yīng)用于模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換、調(diào)頻、遙控遙測等各種設(shè)備之中。壓控振蕩器有多種形式，主要有復(fù)位式和電荷平衡式兩種。1091．復(fù)位式壓控振蕩電路

復(fù)位式壓控振蕩電路原理圖如圖a）所示。它包括積分電路、電壓比較電路和模擬開關(guān)等，模擬開關(guān)受電壓比較電路輸出的控制。電路習(xí)慣畫法如圖b）所示。1102．電荷平衡式壓控振蕩電路（自學(xué)）

電荷平衡式壓控振蕩電路的原理圖如圖a)所示。

當(dāng)比較電路的輸出時(shí)，模擬開關(guān)S斷開，積分電路的輸入為。電容C進(jìn)行充電，充電電流，輸出電壓線性上升。

當(dāng)增大到一定值時(shí)，輸出從跳變到，模擬開關(guān)S閉合。電容C放電，電流近似為I，輸出電壓下降。1113．壓控振蕩器的應(yīng)用（1）模數(shù)轉(zhuǎn)換如果任何物理量通過傳感器和轉(zhuǎn)換電路變?yōu)楹线m的電壓，用輸出電壓去控制壓控振蕩器，并通過對(duì)后者的輸出頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以得到與之相對(duì)應(yīng)的輸入物理量的大小?？梢钥闯?，這種電壓－頻率轉(zhuǎn)換電路是一種模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換電路。1