第9章波形發(fā)生電路和集成運放的非線性應用

9.1正弦波振蕩電路第九章波形發(fā)生電路和集成運放的非線性應用9.2電壓比較電路9.3非正弦波發(fā)生電路習題：9-4、9-5、9-6、9-7、9-9、9-16、9-17、9-22（1.2.3.）1

重點：

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。重點與難點

難點：本章所講述的電路具有一定的綜合性，既含有集成運放工作在線性區(qū)的積分運算電路，又含有集成運放工作在非線性區(qū)的滯回比較器，因而給學習帶來一定的困難。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，它的輸出端也會出現某一頻率和幅度的波形。在這個頻率點上，負反饋電路已經轉變?yōu)檎答侂娐贰Ｘ摲答伔糯箅娐返淖约ふ袷幨且?，而正弦波發(fā)生電路就是利用這種自激振蕩的現象來產生正弦信號。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電路的凈輸入信號電路的反饋信號電路的輸出信號在正弦波發(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，當反饋信號能完全代替原來的凈輸入信號，即時，仍可以產生輸出信號。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。因為，、是復數，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：，同時使反饋信號大于凈輸入信號。只有這樣，才能使電路中自激振蕩和輸出信號由小到大建立起來。

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絡；3.選頻網絡；正弦波發(fā)生電路的輸出波形應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。

選頻網絡可設置在放大電路或正反饋網絡中。通常正反饋網絡和選頻網絡合二為一。84.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。

電路滿足起振條件后，輸出信號將逐漸增大。當幅值增大到一定程度后，放大電路中的晶體管進入飽和或者截止區(qū)，輸出波形將產生失真。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,動態(tài)信號是否能夠輸入、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，關鍵檢查相位平衡條件。

（4）估算振蕩頻率（）。取決于選頻網絡參數。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、并聯電路式。121．RC串、并聯電路的選頻特性電路由和的串聯以及和的并聯組合串聯而成，它在RC正弦波發(fā)生電路中既是反饋網絡又是選頻網絡。

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）頻率點上RC串并聯網絡呈電阻性。16RC串并聯網絡的頻率特性時，

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、并聯網絡和同相比例運算電路構成。RC橋式正弦波發(fā)生電路

和為集成運放引入負反饋，該反饋網絡沒有選頻作用。RC串、并聯電路為集成運放引入了另一個反饋（正反饋），它既是選頻網絡又是反饋網絡。18（2）振蕩條件和起振條件1）產生振蕩的相位平衡條件

利用瞬時極性法判斷電路

引入了正反饋。斷開到運放同相輸入端的連線，加入瞬時極性為正的電壓。在某一頻率點上，和極性相同。

電路滿足產生振蕩的相位平衡條件。192）產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：

已知當時，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

對于實際的正弦波發(fā)生電路，電源電壓、溫度、濕度等外界因素的變化將導致晶體管和電路元件參數發(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反饋回路中采用非線性元件來自動調整反饋的強弱。如溫控電阻。212振蕩頻率的穩(wěn)定在實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RC串、并聯網絡的影響。所以電路的振蕩頻率就是RC串、并聯網絡的特征（諧振）頻率：

（4）振蕩頻率（）的計算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現放大電路是反相輸入的帶電壓并聯負反饋的運放電路。若要滿足相位平衡條件，反饋網絡還必須在某一特定的頻率點上再移相，使24一節(jié)RC移相網絡可以移相0°～90°，需要滿足產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。只需要調整，就可以產生正弦波振蕩。25（2）振蕩頻率的定量計算振蕩時反饋系數為：為達幅值平衡，應有

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)定性要求不高的場合，其頻率范圍為幾Hz～幾十kHz。274．雙T選頻網絡正弦波發(fā)生電路

和為集成運放引入正反饋，雙T網絡引入負反饋，同時又是選頻網絡。雙T網絡特征頻率為：28調整可以改變正反饋量，使之既滿足起振要求，又不因正反饋過強而使波形嚴重失真。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網絡比RC串、并聯網絡具有更好的選頻特性。其缺點是頻率調節(jié)困難，通常適用于需要產生固定頻率的場合。299.1.3LC正弦波發(fā)生電路LC正弦波發(fā)生電路通常用于產生高頻(>1MHz)正弦信號。LC正弦波發(fā)生電路和RC正弦波發(fā)生電路相比，構成方法類似，其選頻網絡采用可調諧的LC回路。LC回路工作在諧振頻率時電路能提供較大的增益，而其余頻率的信號被大大衰減。30通用型集成運放的頻帶較窄，高速型集成運放成本高，故LC正弦波發(fā)生電路一般采用分立元件組成。由LC并聯諧振回路構成的正弦波發(fā)生電路分為變壓器耦合式和LC三點式兩大類。

31LC正弦波發(fā)生電路中的選頻網絡大多采用LC并聯諧振回路。1．LC諧振回路的選頻特性'一般畫法信號頻率低時容抗大，呈感性，信號頻率高時感抗大，呈容性，只有在諧振頻率點上網絡呈純阻性，且阻抗無窮大。諧振時電場能和磁場能相互轉換。

自學：

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LC回路的端點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：集電極調諧發(fā)射極調諧基極調諧33（1）共射集電極調諧變壓器耦合LC正弦波發(fā)生電路電路包含：共射放大、反饋網絡、LC選頻網絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)（利用三極管的非線性實現）。

放大電路是典型的工作點穩(wěn)定電路，交流信號能夠輸入、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、副邊線圈的匝數和其他電路參數，幅值平衡條件就很容易得到滿足。斷開反饋輸入點（基極畫×處），加入一個瞬時極性為(+)的信號，由此可得反饋接到基極點的極性也為(+)，滿足相位平衡條件。2)用瞬時極性法判斷電路相位平衡條件35（2）共基發(fā)射極調諧變壓器耦合

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，反饋信號接發(fā)射極。CB、CE為耦合電容。36斷開反饋輸入點（射極畫×處），加入瞬時極性為(＋)的信號，集電極瞬時極性也為(＋)

。通過同名端和互感，上的接射極點的瞬時極性也為(＋)

。滿足產生振蕩的相位平衡條件。

2)用瞬時極性法判斷電路相位平衡條件37（3）共射基極調諧變壓器耦合

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，反饋信號接基極。CB、CE為耦合電容。38斷開反饋輸入點（基極畫×處），加入瞬時極性為(＋)的信號，通過反相放大及同名端和互感L，接基極點的瞬時極性也為

(＋)

。滿足產生振蕩的相位平衡條件。2)用瞬時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)生電路應用廣泛，但頻率穩(wěn)定度都不夠高?；ジ芯€圈的分布電容限制了頻率，一般只適合產生頻率不太高的中、短波的正弦振蕩。403.LC三點式正弦波發(fā)生電路

將并聯LC回路中的電容C或者電感L一分為二（或設置中間抽頭），LC回路就有三個端點。把這三個端點分別與三極管的三個極（或者集成運放的兩個輸入端和一個輸出端）相連，就形成了LC三點式正弦波發(fā)生電路。這種電路又可以分為電感三點式和電容三點式兩類。41（1）電感三點式LC正弦波發(fā)生電路采用了集電極調諧型LC并聯回路，可變電容器用于調節(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)生電路的各個基本環(huán)節(jié)，放大電路能正常工作。電感三點式LC正弦波發(fā)生電路也叫哈脫萊（Hartley）振蕩電路。42用瞬時極性法，可以判斷電路滿足產生正弦振蕩的相位平衡條件。適當選擇電感、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。43由于可以采取可變電容，其振蕩頻率可在較寬的范圍內調節(jié)，在需要經常改變頻率的場合中得到廣泛應用。由于它的反饋電壓取自電感，它對高次諧波電抗大，故輸出波形中所含高次諧波大，波形較差。44（2）電容三點式LC正弦波發(fā)生電路由瞬時極性法分析，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。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100MHz）。46（3）組成LC三點式正弦波發(fā)生電路的規(guī)律

一般結構：a）反相放大b）同相放大為了滿足產生振蕩的相位平衡條件，同性質電抗（和或和）的中間點必須接集成運放的同相輸入端（對應于三極管的射極e和場效應管的源極s）。組成規(guī)律：47例9－1電路如圖所示，分析電路能否起振。

為電容三點式正弦波發(fā)生電路，放大電路為結型場效應管組成的共源電路。應用組成規(guī)律分析，同性質的和的中間點接管子的源極s，可知選頻網絡引入了正反饋，能振蕩。用瞬時極性法進行分析，C1上的電壓為Uf，極性上正下負。(+)(-)(-)(-)(+)(+)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)定性要求高的場合。其頻率穩(wěn)定度高于數量級。50石英諧振器是利用石英晶體的壓電效應而制成的諧振器件。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等效電路51當忽略R時，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，它和兩個外接電容和構成了電容三點式正弦波發(fā)生電路。（1）并聯型晶體振蕩電路53（2）串聯型晶體振蕩電路石英晶體工作在處，是串聯諧振，相當于純電阻。它接在電路的反饋網絡中，構成正反饋，滿足產生振蕩的相位平衡條件。反饋網絡也是選頻網絡。調節(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,運放處于開環(huán)狀態(tài)。當輸入電壓略小于零時，輸出電壓將達到正的最大值。當輸入電壓略大于零時，輸出電壓將達到負的最大值。和分別為集成運放飽和時的正負向輸出電壓值。

569.2.1單門限電壓比較電路

可以看出，使運放輸出電壓發(fā)生跳變的“閾值電壓”（也叫“門限電壓”），是根據臨界條件得到的。這種設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，當時，輸出電為；當略大于時，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際的比較電路中，為了防止輸入電壓過大，損壞集成運放輸入級的晶體管，常在運放輸入端接入二極管限幅電路，雙向限制運放的輸入電壓，如圖所示。

圖輸入限幅保護的過零比較電路599.2.1單門限電壓比較電路為了滿足負載的需要，常在集成運放的輸出端加穩(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：。此時有:因而有:61當時，。此時，為高電平，；當時，，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1．集成運放工作在開環(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速度，在集成運放中有時還引入正反饋，如滯回比較電路中的集成運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系。由于集成運放工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)，只要兩個輸入端之間有很小的差值電壓，輸出電壓就將達到正的最大值或者負的最大值。因此，集成運放的輸出與輸入呈現非線性關系。

639.2.2電壓比較電路的特點電壓比較電路相當于一個受輸入信號控制的開關。輸入信號可以是模擬信號，但輸出只有兩種可能：高電平和低電平。當輸入信號通過閾值時，輸出電壓從一個電平跳變到另一個電平。649.2.2電壓比較電路的特點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關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，它根據臨界條件求出；3、當變化且經過時，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缺點：1、如果輸入變化非常緩慢，輸出的變化也可能相當慢；2、如果輸入中帶有噪聲，當輸入經過閾值時，輸出可能發(fā)生多次跳變（如圖所示）。這兩個缺點都可以通過采用“正反饋”得到彌補。

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前的輸入電壓有關，又與輸入的歷史狀態(tài)有關，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。在集成運放中，通過引入了正反饋。為輸入信號，為參考電壓，集成運放輸出電壓為。

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，出現了兩個閾值。699.2.3滯回比較電路2．分析輸出和輸入之間的關系設，，有，。由于電路中集成運放是反相輸入，因此，當足夠負時,為高電平，。只有當輸入逐漸增大并達到，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系

當足夠正時，，為低電平，，。此時如果輸入逐漸減小并達到，又一次發(fā)生跳變，這是負向電壓傳輸特性。

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，雙箭頭表示負向過程，曲線具有方向性。

輸出電壓的正跳變過程和負跳變過程基本一致。圖中正向過程中ab段的變化和負向過程中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．電壓傳輸特性當時，為高電平。但是，當上升到使接近并略小于時，由于集成運放進入線性放大狀態(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．滯回比較電路的應用和單門限電壓比較電路相比，滯回比較電路有較強的抗干擾能力，不易產生誤跳變。因此，滯回比較電路可應用在環(huán)境干擾比較大的場合和波形整形。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：運放負反饋電路中出現了穩(wěn)壓管。只要，應有，此時穩(wěn)壓管擊穿?？梢哉J為穩(wěn)壓管為集成運放引入了深度負反饋，可以用線性分析方法進行分析。75例9－3電路如圖9－26所示。設穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為，1．畫出電路的傳輸特性；2．如果輸入信號波形如圖9－26b），試畫出輸出的波形。在跳變時，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的抗干擾能力。當波形不整齊時，得到的都是標準的矩形波，779.2.4集成電壓比較器

由于電壓比較電路可將模擬信號轉換成高低電平信號，因此，電壓比較電路可用為模擬電路和數字電路的接口電路。

上述的電壓比較電路輸出電平在最大正負輸出電壓之間跳變，如果要把它和數字電路相連，還必須有附加電路。為了可以直接驅動數字電路，生產了專用的集成電壓比較器。集成電壓比較器的輸出級大多為集電極開路（OC）方式和發(fā)射極開路（OE）方式，其頻率特性也與集成運放有明顯不同。電壓比較器的頻帶較寬，沒有也無需相位補償，789.2.4集成電壓比較器按一個集成器件中所含比較器的數目，分為單電壓、雙電壓、四電壓比較器；按信號傳輸速度，可分高速、中速比較器；按性能指標，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速度一般比集成運放快，但是它的輸入級的偏置電流比運放大，輸入失調電壓也比集成運放大（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，在響應速度要求低，精度要求高的場合，應選用精密集成運放構成電壓比較器。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。兩個輸出端并聯構成了“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。矩形波發(fā)生電路是基礎。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上加上延遲和反饋環(huán)節(jié)，保證在一定的延遲時間后，比較電路的輸出就會發(fā)生周期性跳變，從而產生振蕩。電路結構和波形圖如圖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間和低電平的時間相等，叫做“方波”；一種是輸出處于高電平和低電平的時間不等，叫做“矩形波”。后者通常用“占空比”來描述，占空比是指在一個時鐘周期內輸出處于高電平的時間與周期之比?？梢钥闯?，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“有延遲的反饋網絡”，電容兩端的電壓就是反饋電壓；穩(wěn)壓管構成輸出限幅電路；為集成運放的限流電阻。841.方波發(fā)生電路的組成和工作原理圖9－29設輸出電壓為：，則通過向電容充電，一旦上升到略大于時，輸出電壓迅速地由跳變到。集成運放同相端電壓也隨之變?yōu)椋?5圖9－29此時，電容通過電阻放電，電容兩端電壓逐漸下降。當下降到略小于時，內部正反饋又產生作用，輸出電壓迅速地由跳變到。如此周而復始，在輸出端將產生周期信號。

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間常數均為,而且充放電的電壓幅值也相等，所以輸出為方波信號，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，有：則在二分之一的周期內,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的導通管壓降，則電容充電時間常數為RC，放電時間常數為R’C。輸出電壓處于高電平（即電容充電）的時間為：圖9－31a）輸出電壓處于低電平（即電容放電）的時間為：902.矩形波發(fā)生電路如果，則，此時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

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”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。圖中集成運放為同相輸入的滯回電壓比較電路，集成運放為積分電路。

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。當使略小于(=0)時，從跳變到。隨之變?yōu)?931．電路組成和工作原理經使電容放電，線性上升，從而使同相端電壓也上升。當使略大于時，從跳到。如此周而復始，就產生了振蕩。

由下式可得滯回比較電路的兩個閾值電壓

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中電容的充放電時間常數相同，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間的起點。經過T/4后，，從0變?yōu)?。當時，，而。有962．周期的確定上式說明，改變、、和的值，可以改變三角波的周期或頻率，改變的值還會影響三角波的幅值。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、放電時間常數不相等，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通內阻，當時，經二極管對電容C充電，時間常數為。當時，使二極管導通，電容C放電，時間常數為。若時，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）習慣上叫做逆程時間，叫做順程時間。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不影響振蕩頻率，則應該在改變的同時，使保持為常數。這時可采用圖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

(本章以下內容感興趣的同學自己了解)壓控振蕩器（VCO）一通過外加電壓來控制輸出信號的頻率，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，壓控振蕩器廣泛應用于模擬/數字信號的轉換、調頻、遙控遙測等各種設備之中。壓控振蕩器有多種形式，主要有復位式和電荷平衡式兩種。1021．復位式壓控振蕩電路復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等，模擬開關受電壓比較電路輸出的控制。電路習慣畫法如圖b）所示。1031．復位式壓控振蕩電路當輸出電壓為高電平時，晶體管截止，輸入電壓向電容C充電，輸出電壓下降。當下降到，輸出電壓跳變?yōu)?，晶體管飽和導通，導通電阻很小，C迅速放電至零，即。電壓比較電路輸出電壓又跳變?yōu)?，晶體管VT截止。如此反復。1041．復位式壓控振蕩電路復位式壓控振蕩電路產生自激振蕩，波形如圖c）所示。1051．復位式壓控振蕩電路當輸出電壓，。當