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正弦波振蕩電路第九章波形發(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)生電路習(xí)題：9-4、9-5、9-6、9-7、9-9、9-16、9-17、9-22（1.2.3.）1

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)

難點(diǎn)：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。29.1正弦波振蕩電路第9章9.19.1.1概述自激振蕩是指：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。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Ｘ?fù)反饋放大電路的自激振蕩是要消除的，而正弦波發(fā)生電路就是利用這種自激振蕩的現(xiàn)象來產(chǎn)生正弦信號(hào)。這里，人為引入了正反饋。3第9章9.1正弦波發(fā)生電路的框圖正弦波發(fā)生電路的框圖電路的輸入信號(hào)電路的凈輸入信號(hào)電路的反饋信號(hào)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。

4第9章9.1正弦波發(fā)生電路的框圖即使輸入信號(hào)，當(dāng)反饋信號(hào)能完全代替原來的凈輸入信號(hào)，即時(shí)，仍可以產(chǎn)生輸出信號(hào)。存在1.正弦波發(fā)生電路的自激條件5

是正弦波發(fā)生電路中能維持等幅自激振蕩的平衡條件。因?yàn)?，、是?fù)數(shù)，所以式包含幅值條件和相位條件，即幅值條件相位條件6要建立振蕩（起振），電路須滿足正反饋條件即：，同時(shí)使反饋信號(hào)大于凈輸入信號(hào)。只有這樣，才能使電路中自激振蕩和輸出信號(hào)由小到大建立起來。

起振的幅值條件：72.正弦波發(fā)生電路的組成部分一般由以下基本部分組成：1.寬頻帶放大電路；2.引入正反饋的反饋網(wǎng)絡(luò)；3.選頻網(wǎng)絡(luò)；正弦波發(fā)生電路的輸出波形應(yīng)是單一頻率的正弦波，要求電路只在所需的頻率上滿足起振和維持振蕩的條件。

選頻網(wǎng)絡(luò)可設(shè)置在放大電路或正反饋網(wǎng)絡(luò)中。通常正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)合二為一。84.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。

電路滿足起振條件后，輸出信號(hào)將逐漸增大。當(dāng)幅值增大到一定程度后，放大電路中的晶體管進(jìn)入飽和或者截止區(qū)，輸出波形將產(chǎn)生失真。故電路中還必須有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，其作用是在振蕩建立后，使幅值條件從自動(dòng)演變?yōu)?，使輸出波形基本不失真?3.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),動(dòng)態(tài)信號(hào)是否能夠輸入、輸出和放大。（3）檢查電路能否滿足自激條件；檢查相位平衡條件和

幅值平衡條件，關(guān)鍵檢查相位平衡條件。

（4）估算振蕩頻率（）。取決于選頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。10

RC正弦波發(fā)生電路、LC正弦波發(fā)生電路、石英晶體正弦波發(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，其振蕩頻率十分穩(wěn)定。正弦波發(fā)生電路類型分為：119.1.2RC正弦波發(fā)生電路

RC正弦波發(fā)生電路可分為：為RC串、并聯(lián)電路式（橋式）、移相式、雙T電路式等類型。最常用的是RC串、并聯(lián)電路式。121．RC串、并聯(lián)電路的選頻特性電路由和的串聯(lián)以及和的并聯(lián)組合串聯(lián)而成，它在RC正弦波發(fā)生電路中既是反饋網(wǎng)絡(luò)又是選頻網(wǎng)絡(luò)。

1314通常取電路的特征角頻率：15相頻特性為：

幅頻特性為：幅值最大為1/3在特征（諧振）頻率點(diǎn)上RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)呈電阻性。16RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性時(shí)，

F幅值最大，為1/3172．RC橋式正弦波發(fā)生電路（1）電路組成由RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和同相比例運(yùn)算電路構(gòu)成。RC橋式正弦波發(fā)生電路

和為集成運(yùn)放引入負(fù)反饋，該反饋網(wǎng)絡(luò)沒有選頻作用。RC串、并聯(lián)電路為集成運(yùn)放引入了另一個(gè)反饋（正反饋），它既是選頻網(wǎng)絡(luò)又是反饋網(wǎng)絡(luò)。18（2）振蕩條件和起振條件1）產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件

利用瞬時(shí)極性法判斷電路

引入了正反饋。斷開到運(yùn)放同相輸入端的連線，加入瞬時(shí)極性為正的電壓。在某一頻率點(diǎn)上，和極性相同。

電路滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。192）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)，起振條件為維持振蕩的幅值平衡條件：

20（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。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。212振蕩頻率的穩(wěn)定在實(shí)用電路中往往要求正弦波發(fā)生電路的振蕩頻率有一定的穩(wěn)定度。正弦波發(fā)生電路振蕩頻率穩(wěn)定的條件是相頻特性曲線在附近的斜率小于零。即

22RC橋式正弦波發(fā)生電路中，同相放大電路的輸出電阻很小，可視為零；輸入阻抗很大，可忽略其對(duì)RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的影響。所以電路的振蕩頻率就是RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的特征（諧振）頻率：

（4）振蕩頻率（）的計(jì)算RC正弦波發(fā)生電路通常只能用作低頻和中頻正弦波發(fā)生電路（）。233．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)放大電路是反相輸入的帶電壓并聯(lián)負(fù)反饋的運(yùn)放電路。若要滿足相位平衡條件，反饋網(wǎng)絡(luò)還必須在某一特定的頻率點(diǎn)上再移相，使24一節(jié)RC移相網(wǎng)絡(luò)可以移相0°～90°，需要滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件，必須有三節(jié)或者三節(jié)以上的移相電路。只需要調(diào)整，就可以產(chǎn)生正弦波振蕩。25（2）振蕩頻率的定量計(jì)算振蕩時(shí)反饋系數(shù)為：為達(dá)幅值平衡，應(yīng)有

可以證明：26RC移相電路的相頻特性RC移相式正弦波發(fā)生電路一般用于振蕩頻率固定且穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合，其頻率范圍為幾Hz～幾十kHz。274．雙T選頻網(wǎng)絡(luò)正弦波發(fā)生電路

和為集成運(yùn)放引入正反饋，雙T網(wǎng)絡(luò)引入負(fù)反饋，同時(shí)又是選頻網(wǎng)絡(luò)。雙T網(wǎng)絡(luò)特征頻率為：28調(diào)整可以改變正反饋量，使之既滿足起振要求，又不因正反饋過強(qiáng)而使波形嚴(yán)重失真。穩(wěn)壓管和用來穩(wěn)定輸出幅值。通常選其穩(wěn)定電壓約為輸出不失真正弦波峰－峰值的1.5倍。雙T網(wǎng)絡(luò)比RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有更好的選頻特性。其缺點(diǎn)是頻率調(diào)節(jié)困難，通常適用于需要產(chǎn)生固定頻率的場(chǎng)合。299.1.3LC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)生電路和RC正弦波發(fā)生電路相比，構(gòu)成方法類似，其選頻網(wǎng)絡(luò)采用可調(diào)諧的LC回路。LC回路工作在諧振頻率時(shí)電路能提供較大的增益，而其余頻率的信號(hào)被大大衰減。30通用型集成運(yùn)放的頻帶較窄，高速型集成運(yùn)放成本高，故LC正弦波發(fā)生電路一般采用分立元件組成。由LC并聯(lián)諧振回路構(gòu)成的正弦波發(fā)生電路分為變壓器耦合式和LC三點(diǎn)式兩大類。

31LC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。1．LC諧振回路的選頻特性'一般畫法信號(hào)頻率低時(shí)容抗大，呈感性，信號(hào)頻率高時(shí)感抗大，呈容性，只有在諧振頻率點(diǎn)上網(wǎng)絡(luò)呈純阻性，且阻抗無窮大。諧振時(shí)電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)換。

自學(xué)：

LC諧振回路的選頻特性。322．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)生電路可分為三種類型：集電極調(diào)諧發(fā)射極調(diào)諧基極調(diào)諧33（1）共射集電極調(diào)諧變壓器耦合LC正弦波發(fā)生電路電路包含：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)）。

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。1)電路分析：和為基極和發(fā)射極旁路電容，比LC諧振回路的C值大很多。34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)，幅值平衡條件就很容易得到滿足。斷開反饋輸入點(diǎn)（基極畫×處），加入一個(gè)瞬時(shí)極性為(+)的信號(hào)，由此可得反饋接到基極點(diǎn)的極性也為(+)，滿足相位平衡條件。2)用瞬時(shí)極性法判斷電路相位平衡條件35（2）共基發(fā)射極調(diào)諧變壓器耦合

LC正弦波發(fā)生電路1)電路分析：交流基極接地，集電極與發(fā)射極同相位。通過互感耦合，反饋信號(hào)接發(fā)射極。CB、CE為耦合電容。36斷開反饋輸入點(diǎn)（射極畫×處），加入瞬時(shí)極性為(＋)的信號(hào)，集電極瞬時(shí)極性也為(＋)

。通過同名端和互感，上的接射極點(diǎn)的瞬時(shí)極性也為(＋)

。滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。

2)用瞬時(shí)極性法判斷電路相位平衡條件37（3）共射基極調(diào)諧變壓器耦合

LC正弦波發(fā)生電路1)電路分析：交流射極接地，集電極與基極反相。通過互感耦合，反饋信號(hào)接基極。CB、CE為耦合電容。38斷開反饋輸入點(diǎn)（基極畫×處），加入瞬時(shí)極性為(＋)的信號(hào)，通過反相放大及同名端和互感L，接基極點(diǎn)的瞬時(shí)極性也為

(＋)

。滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。2)用瞬時(shí)極性法判斷電路相位平衡條件39（4）各種變壓器耦合LC正弦波發(fā)生電路

的比較與應(yīng)用基放大電路的截止頻率高于共射放大電路，共基組態(tài)振蕩頻率較高且比較穩(wěn)定。變壓器耦合式正弦波發(fā)生電路應(yīng)用廣泛，但頻率穩(wěn)定度都不夠高。互感線圈的分布電容限制了頻率，一般只適合產(chǎn)生頻率不太高的中、短波的正弦振蕩。403.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)分別與三極管的三個(gè)極（或者集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端）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。41（1）電感三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路采用了集電極調(diào)諧型LC并聯(lián)回路，可變電容器用于調(diào)節(jié)LC振蕩頻率。

放大電路為共基接法。該電路包括了正弦波發(fā)生電路的各個(gè)基本環(huán)節(jié)，放大電路能正常工作。電感三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路也叫哈脫萊（Hartley）振蕩電路。42用瞬時(shí)極性法，可以判斷電路滿足產(chǎn)生正弦振蕩的相位平衡條件。適當(dāng)選擇電感、比值，能滿足起振的幅值條件。振蕩頻率近似為:

Uf為L2上的電壓，極性下正上負(fù)。43由于可以采取可變電容，其振蕩頻率可在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，在需要經(jīng)常改變頻率的場(chǎng)合中得到廣泛應(yīng)用。由于它的反饋電壓取自電感，它對(duì)高次諧波電抗大，故輸出波形中所含高次諧波大，波形較差。44（2）電容三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路由瞬時(shí)極性法分析，電路滿足相位平衡條件。選擇合適的、的比值，電路能滿足起振的幅值條件電容三點(diǎn)式LC正弦波發(fā)生電路也叫考爾比茲（Collpitts）振蕩電路。Uf為C2上的電壓，極性下正上負(fù)。45振蕩頻率近似為：反饋電壓取自電容，高次諧波分量小，輸出波形較好。電容的容量可以選得很小，振蕩頻率高（可高達(dá)100MHz）。46（3）組成LC三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路的規(guī)律

一般結(jié)構(gòu)：a）反相放大b）同相放大為了滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件，同性質(zhì)電抗（和或和）的中間點(diǎn)必須接集成運(yùn)放的同相輸入端（對(duì)應(yīng)于三極管的射極e和場(chǎng)效應(yīng)管的源極s）。組成規(guī)律：47例9－1電路如圖所示，分析電路能否起振。

為電容三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路，放大電路為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管組成的共源電路。應(yīng)用組成規(guī)律分析，同性質(zhì)的和的中間點(diǎn)接管子的源極s，可知選頻網(wǎng)絡(luò)引入了正反饋，能振蕩。用瞬時(shí)極性法進(jìn)行分析，C1上的電壓為Uf，極性上正下負(fù)。(+)(-)(-)(-)(+)(+)48振蕩頻率：499.1.4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)定性要求高的場(chǎng)合。其頻率穩(wěn)定度高于數(shù)量級(jí)。50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。C0為靜態(tài)電容，L模擬晶片慣性，C模擬晶片彈性，R為摩擦損耗。1．石英諧振器的電特性符號(hào)等效電路51當(dāng)忽略R時(shí)，回路的等效電抗為：

石英晶體電抗X的頻率特性522．晶體振蕩電路

石英晶體工作在和之間，X呈感性的頻段內(nèi)，它和兩個(gè)外接電容和構(gòu)成了電容三點(diǎn)式正弦波發(fā)生電路。（1）并聯(lián)型晶體振蕩電路53（2）串聯(lián)型晶體振蕩電路石英晶體工作在處，是串聯(lián)諧振，相當(dāng)于純電阻。它接在電路的反饋網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)成正反饋，滿足產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件。反饋網(wǎng)絡(luò)也是選頻網(wǎng)絡(luò)。調(diào)節(jié)電阻R可使電路滿足幅值平衡條件。549.2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(cè)量、控制以及波形發(fā)生等許多方面有著廣泛的應(yīng)用。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。559.2.1單門限電壓比較電路參考電壓,運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)。當(dāng)輸入電壓略小于零時(shí)，輸出電壓將達(dá)到正的最大值。當(dāng)輸入電壓略大于零時(shí)，輸出電壓將達(dá)到負(fù)的最大值。和分別為集成運(yùn)放飽和時(shí)的正負(fù)向輸出電壓值。

569.2.1單門限電壓比較電路

可以看出，使運(yùn)放輸出電壓發(fā)生跳變的“閾值電壓”（也叫“門限電壓”），是根據(jù)臨界條件得到的。這種設(shè)定參考電壓的比較電路叫“過零比較電路”，其傳輸特性如圖9－19。圖9－19579.2.1單門限電壓比較電路若參考電壓，當(dāng)時(shí)，輸出電為；當(dāng)略大于時(shí)，輸出電壓為，其傳輸特性如圖9－20所示。這里，閾值電壓。

圖9－20

單門限電壓比較電路也可采用同相輸入接法，即把輸入電壓接到集成運(yùn)放的同相輸入端。這樣就獲得了輸出電壓跳變方向相反的電壓傳輸特性。589.2.1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。

圖輸入限幅保護(hù)的過零比較電路599.2.1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，從而獲得合適的和，如圖b）。電路的傳輸特性如圖c）所示，值等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。由圖可見，在理想的情況下，輸出電壓跳變是在瞬間完成的。

60例9－2電路如圖9－22所示，設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為。求閾值電壓，并畫出電路的電壓傳輸特性。解圖9－22為非零單門限電壓比較電路，輸出電壓發(fā)生跳變的條件是：。此時(shí)有:因而有:61當(dāng)時(shí)，。此時(shí)，為高電平，；當(dāng)時(shí)，，為低電平，。電路的電壓傳輸特性如圖b）所示。

例9－2629.2.2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)。如圖9－18和圖9－21a）、b）中的集成運(yùn)放都工作在開環(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)。2．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。

639.2.2電壓比較電路的特點(diǎn)電壓比較電路相當(dāng)于一個(gè)受輸入信號(hào)控制的開關(guān)。輸入信號(hào)可以是模擬信號(hào)，但輸出只有兩種可能：高電平和低電平。當(dāng)輸入信號(hào)通過閾值時(shí)，輸出電壓從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平。649.2.2電壓比較電路的特點(diǎn)我們可以通過電壓傳輸特性，即輸入電壓和輸出電壓的函數(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、輸出電壓的高電平值和低電平值；2、閾值電壓，它根據(jù)臨界條件求出；3、當(dāng)變化且經(jīng)過時(shí)，跳變的方向，即是從跳變?yōu)?，還是從跳變?yōu)椤?/p>

659.2.3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)。

669.2.3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”。679.2.3滯回比較電路電路如圖9－24所示。在集成運(yùn)放中，通過引入了正反饋。為輸入信號(hào)，為參考電壓，集成運(yùn)放輸出電壓為。

圖9－241．求閾值

比較電路的輸出電壓發(fā)生跳變的臨界條件是：。689.2.3滯回比較電路圖9－24式中，輸出電壓

可以看出，在滯回電壓比較電路中，出現(xiàn)了兩個(gè)閾值。699.2.3滯回比較電路2．分析輸出和輸入之間的關(guān)系設(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9－24709.2.3滯回比較電路2．分析輸出和輸入之間的關(guān)系

當(dāng)足夠正時(shí)，，為低電平，，。此時(shí)如果輸入逐漸減小并達(dá)到，又一次發(fā)生跳變，這是負(fù)向電壓傳輸特性。

圖9－24719.2.3滯回比較電路3．電壓傳輸特性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。

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。729.2.3滯回比較電路3．電壓傳輸特性當(dāng)時(shí)，為高電平。但是，當(dāng)上升到使接近并略小于時(shí)，由于集成運(yùn)放進(jìn)入線性放大狀態(tài)。又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)果就是使輸出電壓迅速變?yōu)椤?/p>

739.2.3滯回比較電路4．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(chǎng)合和波形整形。但由于存在遲滯電壓，滯回比較電路的工作精度比較差。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”。74例9－3電路如圖9－26所示。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為，1．畫出電路的傳輸特性；2．如果輸入信號(hào)波形如圖9－26b），試畫出輸出的波形。圖9-26a）解1．圖9－26a）所示為滯回電壓比較電路。注意：運(yùn)放負(fù)反饋電路中出現(xiàn)了穩(wěn)壓管。只要，應(yīng)有，此時(shí)穩(wěn)壓管擊穿?？梢哉J(rèn)為穩(wěn)壓管為集成運(yùn)放引入了深度負(fù)反饋，可以用線性分析方法進(jìn)行分析。75例9－3電路如圖9－26所示。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為，1．畫出電路的傳輸特性；2．如果輸入信號(hào)波形如圖9－26b），試畫出輸出的波形。在跳變時(shí)，必有。

比較電路的傳輸特性如圖9－26c）所示。圖9-26c）76例9－3電路如圖9－26所示。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為，1．畫出電路的傳輸特性；2．如果輸入信號(hào)波形如圖9－26b），試畫出輸出的波形。2．從電壓傳輸特性可以看出，輸入電壓增加或減小，輸出電壓只跳變一次。正向閾值電壓為，負(fù)向閾值電壓為。輸出電壓波形如圖9－28d）所示。滯回比較電路有很強(qiáng)的抗干擾能力。當(dāng)波形不整齊時(shí)，得到的都是標(biāo)準(zhǔn)的矩形波，779.2.4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。集成電壓比較器的輸出級(jí)大多為集電極開路（OC）方式和發(fā)射極開路（OE）方式，其頻率特性也與集成運(yùn)放有明顯不同。電壓比較器的頻帶較寬，沒有也無需相位補(bǔ)償，789.2.4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。集成電壓比較器的響應(yīng)速度一般比集成運(yùn)放快，但是它的輸入級(jí)的偏置電流比運(yùn)放大，輸入失調(diào)電壓也比集成運(yùn)放大（一般都超過1mV），而它的差模電壓增益和共模抑制比卻不太高。因此，在響應(yīng)速度要求低，精度要求高的場(chǎng)合，應(yīng)選用精密集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器。799.2.4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9－27809.3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)。

本節(jié)主要講述矩形波、三角波和鋸齒波三種非正弦波發(fā)生電路的組成、工作原理、波形分析和主要參數(shù)。矩形波發(fā)生電路是基礎(chǔ)。有了它，加上積分環(huán)節(jié)，就可組成三角波或鋸齒波發(fā)生電路。819.3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。電路結(jié)構(gòu)和波形圖如圖9－28所示。圖9－28829.3.1矩形波發(fā)生電路矩形波有兩種：一種是輸出處于高電平的時(shí)間和低電平的時(shí)間相等，叫做“方波”；一種是輸出處于高電平和低電平的時(shí)間不等，叫做“矩形波”。后者通常用“占空比”來描述，占空比是指在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)輸出處于高電平的時(shí)間與周期之比。可以看出，方波的占空比為50％。839.3.1矩形波發(fā)生電路1.方波發(fā)生電路的組成和工作原理方波發(fā)生電路如圖9－29所示，它是由滯回電壓比較電路和RC電路組成的。圖9－29和組成“有延遲的反饋網(wǎng)絡(luò)”，電容兩端的電壓就是反饋電壓；穩(wěn)壓管構(gòu)成輸出限幅電路；為集成運(yùn)放的限流電阻。841.方波發(fā)生電路的組成和工作原理圖9－29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?5圖9－29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861.方波發(fā)生電路的組成和工作原理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)，而電容兩端電壓的波形則近似為三角波。輸出電壓和電容電壓的波形如圖所示。圖9－30872．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：

可以得到方波的周期為：選取圖9－30的為起點(diǎn)，有：則在二分之一的周期內(nèi),電容放電的最后值為

882.矩形波發(fā)生電路矩形波發(fā)生電路如圖9－31a)所示，它與圖9－29的方波發(fā)生電路的區(qū)別僅僅在于電容充、放電回路不同。矩形波發(fā)生電路的充電回路為VD1、R和C，放電回路為VD2、R’和C，工作原理與圖9－29完全相似。圖9－31a）892.矩形波發(fā)生電路如果忽略二極管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：圖9－31a）輸出電壓處于低電平（即電容放電）的時(shí)間為：902.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敵霾ㄐ蔚闹芷?，占空比為

圖9－31

可見，改變即可以改變占空比，故圖9－31a）所示電路叫做“占空比可調(diào)”的矩形波發(fā)生電路。919.3.2三角波發(fā)生電路1．電路組成和工作原理

三角波發(fā)生電路如圖9－32所示。圖中集成運(yùn)放為同相輸入的滯回電壓比較電路，集成運(yùn)放為積分電路。

圖9－32921．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)?931．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

941．電路組成和工作原理右圖所示為三角波發(fā)生電路的波形。

由于圖9－32中電容的充放電時(shí)間常數(shù)相同，幅值變化相同，因而為方波，的波形為三角波。952．周期的確定以作為時(shí)間的起點(diǎn)。經(jīng)過T/4后，，從0變?yōu)?。?dāng)時(shí)，，而。有962．周期的確定上式說明，改變、、和的值，可以改變?nèi)遣ǖ闹芷诨蝾l率，改變的值還會(huì)影響三角波的幅值。周期式中，并且所以9-45973．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。電路如圖9－34所示。圖9－34983．鋸齒波發(fā)生電路忽略二極管的導(dǎo)通內(nèi)阻，當(dāng)時(shí)，經(jīng)二極管對(duì)電容C充電，時(shí)間常數(shù)為。當(dāng)時(shí)，使二極管導(dǎo)通，電容C放電，時(shí)間常數(shù)為。若時(shí)，積分電路輸出波形上升速率小于下降速率，輸出為鋸齒波，輸出波形如右圖所示。993．鋸齒波發(fā)生電路參考式（9－45）習(xí)慣上叫做逆程時(shí)間，叫做順程時(shí)間。振蕩周期為：

占空比為：1003．鋸齒波發(fā)生電路圖9－36可見，改變即可以改變占空比。如果要求在改變占空比的同時(shí)不影響振蕩頻率，則應(yīng)該在改變的同時(shí)，使保持為常數(shù)。這時(shí)可采用圖9－36所示的鋸齒波發(fā)生電路。改變和電容C，可以改變振蕩周期和頻率，但占空比不變。1019.3.3壓控振蕩器

(本章以下內(nèi)容感興趣的同學(xué)自己了解)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(cè)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。1021．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。1031．復(fù)位式壓控振蕩電路當(dāng)輸出電壓為高電平時(shí)，晶體管截止，輸入電壓向電容C充電，輸出電壓下降。當(dāng)下降到，輸出電壓跳變?yōu)?，晶體管飽和導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻很小，C迅速放電至零，即。電壓比較電路輸出電壓又跳變?yōu)椋w管VT截止。如此反復(fù)。1041．復(fù)位式壓控振蕩電路復(fù)位式壓控振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩，波形如圖c）所示。1051．復(fù)位式壓控振蕩電路當(dāng)輸出電壓，。當(dāng)