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1、Ch6信号处理与波形发生电路信号处理与波形发生电路电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术第第6 6章章信号处理与波形发生电路信号处理与波形发生电路第第6章章 信号处理与波形发生电路信号处理与波形发生电路6.1 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类6.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路6.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路6.4 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件6.5 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.6 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.7 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路3-36.1 滤波电路的基本概念滤波电路的基本概念与分类与分类3-46.1.1滤波电
2、路的基本概念对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能就是允许特定频率范围内的信号通过，而阻止其它频率信号通过。工程上常用它来做信号处理，数据传送和抑制干扰等。这里讨论的是由集成运算放大器和R、C组成的滤波电路。由于集成运算放大器是有源元件，所以由它和R、C组成的滤波电路称为有源RC滤波电路。对于元件参数为不随时间变化的线性滤波电路，输出电压相量与输入电压相量之比，是随着频率变化的电压放大倍数，这种电压放大倍数随着频率变化的特性 称为滤波电路的频率特性或频率响应。电压放大倍数的模随频率变化的特性 称为滤波电路的幅频特性或幅频响应，电压放大倍数的幅角随着频率变化的特性 j(f) 称为滤
3、波电路的相频特性或相频响应。常用幅频特性来表征一个滤波电路的特性，要使信号通过滤波电路的失真小，则相位响应也需考虑。当相频响应作线性变化时即j( f )正比于f 时，输出信号才可能避免失真。)()(uu)(fjufjefAeAAjj)(ufAAu滤波电路的分类滤波电路的分类滤波电路按照滤波电路的工作频带为其命名，分为低通滤波器(LPF)，高通滤波器(HPF)，带通滤波器(BPF)，带阻滤波器(BEF)和全通滤波器(APF)。1.低通滤波器和高通滤波器 设截止频率为fp，频率低于fp的信号能够通过，高于fp的信号被衰减的滤波电路称为低通滤波器；反之频率高于fp的信号能够通过，低于fp的信号被衰减
4、的滤波电路称为高通滤波器。前者可作为直流电源整流后的滤波电路，以便得到平滑的直流电压；后者可作为交流放大电路的耦合电路，隔离直流成分，只放大频率高于fp的信号。2.带通滤波器和带阻滤波器 设低频段截止频率为fp1，高频段截止频率为fp2，频率为fp1到fp2之间的信号能通过，低于fp1和高于fp2的信号被衰减的滤波电路称为带通滤波器。反之，低于fp1和高于fp2的信号能通过，而频率为fp1到fp2之间的信号被衰减的滤波电路称为带阻滤波器。前者常用于载波通讯或弱信号提取等场合以提高信噪比；后者用于在已知干扰或噪声频率的情况下，阻止其通过的情况。3.全通滤波器 对频率从零到无穷大的信号具有相同的比
5、例系数，但对不同频率的信号将产生不同的相移。理想滤波电路的幅频特性如图6-1所示。允许通过的频段称为通带，将信号衰减到零的频段称为阻带。图6-1 理想滤波电路的幅频特性6.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路主要技术指标主要技术指标1.通带增益(Aup) 通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数。性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。2.通带截止频率(fp) 通带截止频率与放大电路的上限截止频率相同。通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。一阶有源低通滤波电路一阶有源低通滤波电路如果在一级RC低通电路的输出端再加上一个电压跟随器，使
6、之与负载很好地隔离开来。就构成了一个简单的一阶有源低通滤波电路。由于电压跟随器的输入阻抗很高、输出阻抗很低，因此，其带负载能力得到加强。一阶低通滤波器的电路如图6-2所示，RC为无源低通滤波电路，输入信号通过它加到同相比例运算电路的输入端，即集成运放的同相输入端(P)。由于电路引入了深度电压负反馈，故其输出电压相量为iipoUfRCjRRUfCjRfCjRRURRU211)1 ()2/(1)2/(1)1 ()1 (121212fRCjRRUUAio211)1 (12u通带放大倍数12u1RRAp特征频率特征频率RCfc21cupufjfAA1当f=fc时，2/upuAA故通带截止频率截止频率
7、fp=fc图6-3 一阶低通滤波器的幅频特性一阶有源高通滤波电路一阶有源高通滤波电路如果在一级RC高通电路输出端再加上一个电压跟随器，使之与负载很好地隔离开来，就构成一个简单的一阶有源高通滤波电路，如图6-4所示。RC为无源高通滤波电路，输入信号通过它加到同相比例运算电路的输入端，即集成运放的同相输入端（P）。由于电路引入了深度电压负反馈，故其输出电压相量为iipUfRCjRRUfCjRRRRURRU）（）（2/111)1 (2/1)1 ()1 (121212)2/(111)1 (12ufRCjRRUUAio12u1RRAp通带放大倍数特征频率特征频率RCfc21jffAAcupu1当f=fc
8、时，2/upuAA故通带截止频率截止频率 fp=fc图6-5 一阶高通滤波器的幅频特性曲线从图6-3和图6-5 所示的幅频响应来看，一阶滤波器滤波效果还不够好。阻带衰减太慢，它的衰减率只有-20dB/十倍频程，选择性较差。若要求相应曲线以-40dB/十倍频程或-60dB/十倍频程的斜率变化，则需要采用二阶、三阶的滤波电路。实际上，高于二阶的滤波电路都可以由一阶和二阶有源滤波电路构成。因此，下面重点地研究二阶有源滤波电路的组成和特性。6.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路理想滤波电路的频率响应通带内应具有一定的幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。实际的滤波电路难以达到理想的要求。如果要同时
9、在幅频和相频响应两方面都满足要求就更为困难。因此，只有根据不同的实际需要，寻找最佳近似理想特性。例如，可主要着眼于幅频响应而不考虑相频响应；也可从满足相频响应出发，把幅频响应居于次要地位。6.3.1有源低通滤波电路1压控电压源二阶低通滤波电路如图6-6所示。电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率趋于零时，由于C1的容抗趋于无穷大，因而正反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，由于C2的容抗趋于零，因而Up趋于零。可以想象，只要正反馈引入得当，就可能在f=fc时使电压放大倍数数值增大，又不会因正反馈过强而产生自激振荡。因为同相输入端电位由集成运放和R1、R2组成的电压源控制，故称之为压控电压
10、源滤波电路。图6-6压控电压源二阶低通滤波电路对于图6-6所示电路当C1=C2 =C时，有：0)()1/()1)/(1()1/(1212oMpMiMopMopUUCjRUURUURRURCjUCjCjRURRUU（解方程组并令A0=Aup=1+R2/R1称为通带增益，称为通带增益，则得2)()3(1RCjRCjAAUUAupupiou电压放大倍数表达式的分母是以(j)为变量的二次多项式。因此，这是一个二阶电路，二阶电路稳定工作的充分必要条件是分母是以(j)为变量的二次多项式的三个系数均大于零。显然，对于图6-6所示的二阶滤波电路，当A0=Aup3时，滤波电路才能稳定工作，而当A0=Aup3时，
11、电路自激振荡。令fc =1/(2 RC）, fc称为特征频率，令Q=1/(3-Aup）,Q称为等效品质因数，并且利用f =/(2 ）则有2up2)(1)(1ccccupuffQffjAffjQffjAA令分母的模等于 可解出通带截止频率fp为： 2cpfQQf4)12(1221222图6-7压控电压源二阶低通滤波电路的幅频特性二阶低通滤波电路在不同Q值下的幅频特性如图6-7所示。当Q=0.707时幅频特性较平坦，当Q0.707时幅频特性出现峰值，当Q=0.707，在f=fc时，dBAAu3/lg200在f=10fc时dBAAu40/lg200这表明二阶比一阶低通滤波电路的滤波效果好的多。例例6
12、-1要求二阶有源低通滤波电路的fC=400Hz，Q值为0.7。试求图6-6电路中的电阻、电容值。解：根据fC，选取C，再求R 。(1)C的容量不易超过1F。因大容量的电容器体积大，价格高，应尽量避免使用。取C=0.1 F，1kR1M，再根据Hz 400101 . 021216CRRCf计算出R=3979，取R=3.9k。(2)根据值求R1和R2，因为f1=fc时Q=1/(3-Aup)=0.7，所以Aup=1.57=1+R2/R1集成运放两输入端外接电阻的静态平衡条件R1/R2=R+R=2R=7.8k解得：R1=21.5k，R2=12.2k有源高通滤波电路有源高通滤波电路1.压控电压源二阶高通滤
13、波电路如果将图6-6所示压控电压源二阶低通滤波电路中的R和C位置互换，则可得到如图6-8所示的压控电压源二阶高通滤波电路。对于图6-8所示的滤波电路，有：0)()()1/()/(11(/)/(1()1/(Pio1212UUCjUUCjRUURRURCjRUCjRURRUUMMMopMop图6-8 压控电压源二阶高通滤波电路2212u)()3(1)()1 (RCjRCjARCjRRAupA0=Aup=1+R2/R1为通带增益为通带增益。当A0=Aup3时，滤波电路才能稳定工作，而当A0=Aup3时，电路自激振荡。令fc =1/(2 RC）, fc称为特征频率，令Q=1/(3-Aup）,Q称为等效
14、品质因数，并且利用f =/(2 ）则有jQffffAffjQffjffjAAcccccupu2022)(1)(1)(图6-9压控电压源二阶高通滤波电路的幅频特性2220)()(1 1lg20QffffAAccu有源带通滤波电路有源带通滤波电路1电路组成原理将低通滤波器和高通滤波器串联，如图6-10（a）所示，就可得到带通滤波器。如果设低通电路的截止频率为fp1，高通电路的截止频率为fp2，fp2fp1,则阻带为(fp2fp1),可以得到如图6-13(b)所示的带阻特性。实用电路常利用无源LPF和HPF并联构成无源带阻滤波电路，然后接同相比例运算电路，从而得到有源带阻滤波电路。常用的双T带阻滤波
15、器如图6-14所示，其通带放大倍数为121RRAup对于图6-11所示的滤波电路，分别对M、P、W，列写用电位差表达电流的KCL，得方程组：2()()()01()()011()()20MIMPMOPMPWWIWIWj C UUj C UUUURj C UUUURUUUUjCURR21(1)OOupORUUA UR可以求得22)()2(21)(1RCjRCjARCjAAupupu令中心频率为fc =1/(2 RC）则电压放大倍数为2222)2(21)2(2)(1)(1ffffAjAffAjffffAAccupupcupccupu通带截止频率cupppfAAf)2(1)2(2u1cupuppfAA
16、f)2(1)2(22阻带宽度QffAfffccupppBW)2( 212)2(21upAQ如果 1upA增加upA则Q将随之升高时,Q。2upA则Q=0.5upA越大越接近，uA可使带阻滤波电路的选频特性越好，即阻断的频率范围窄。6.4 正弦波振荡电路的振正弦波振荡电路的振荡条件荡条件产生正弦波振荡的条件如图6-16(a)所示。当输入量为零时 ，反馈量等于净输入量，简化为图6-16(b)所示。电路通电的一瞬间，电路总是产生一个幅值很小的输出量，它含有丰富的频率，如果电路只对频率为fo的正弦波产生正反馈过程，则输出信号增大，它又被正反馈网络加到放大器的输入端，再进行放大，再次反馈。这样经过正反馈
17、放大再反馈再放大的多次循环过程，使输出量逐渐增大。由于晶体管的非线性特性，输出量的幅值增大到一定程度时，放大倍数的数值将减小，电路达到动态平衡。这时，输出量通过反馈网络产生反馈量作为放大电路的输入量，而输入量又通过放大电路维持着输出量。 iOXXAofXXFfiXX时,有1FA1.幅值平衡条件1FA2.相位平衡条件jjnFA2(n为整数) 电路的起振条件为1FA正弦波振荡电路的组成及分类正弦波振荡电路的组成及分类1.组成 正弦波振荡电路由以下四个部分组成：（1）放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。（2）选频网络：确定电路的振荡频率，使电路
18、产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。（3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。（4）稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。2.分类 用选频网络所用元件来命名，分为RC正弦波振荡电路，LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路三种类型。RC正弦波振荡电路的振荡频率较低，一般在1MHz以下；LC正弦波振荡电路的振荡频率多在1MHz以上；石英晶体正弦波振荡电路也可等效为LC正弦波振荡电路，其特点使振荡频率非常稳定。判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤1.观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳
19、幅环节四个组成部分。2.判断放大电路是否能够正常工作，即是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出和放大。3.利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件。 若uf与ui极性相同，则说明满足相位条件，电路有可能产生正弦波振荡 。4.判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，即判断 是否大于1。只有在电路满足相位条件的情况下，判断是否满足幅值条件才有意义FA6.5 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路电路原理图电路原理图RC文氏桥振荡器的放大电路如图6-17所示，左边的虚线框表示的RC串并联选频网络具有选频作用，是正反馈网络，另外还增加了R1和Rf负反馈网络。Z1和Z2正反馈支路与R1、R
20、f负反馈支路正好构成一个桥路，称为RC文氏桥文氏桥。RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性RC串并联网络的电路如图6-18所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其频率响应如下)j/1 (111CRZ222222j1)j /1/(CRRCRZ)1j()1 (1/j+)Cj /1 ( )j1()Cj /1 ()j1/(+)Cj /1 ()j1/(12211221212222111222211222211222212ofuCRCRCCRRRCCRCRRRRRCRRRCRRRCRRZZZUUFRC串并联网络的谐振频率为212121CCRRfo当R1 =R2=R，C
21、1 =C2=C时，谐振角频率为RCc1谐振频率为RCfc21幅频特性222122121221)(31)1()1 (1ccCRCRCCRR相频特性3arctg11arctg12211221FjccCCRRCRCR 当f=fc时的反馈系数 ，且与频率fc的大小无关，此时的相角jF=00 ，即调节谐振频率不会影响反馈系数和相角，在调节频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。RC串并联选频网络的频率响应如图6-19所示。3/1uF振荡的建立振荡的建立所谓振荡的建立，就是要使电路自激，从而产生持续的振荡输出。由于电路中存在噪声，噪声的频谱分布很广，其中也包括fc及其附近一些频率成分。由于噪声的随机
22、性，有时正有时负，有时大一些有时小一些。为了保证这种微弱的信号，经过放大通过正反馈的选频网络，使输出幅度愈来愈大。当f=fc时，3/1uF3uAA只要为RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3（即输出电压与输入电压同相位，且放大倍数的数值为3）的放大电路就可以构成正弦波振荡电路，考虑到起振条件，所选放大电路的电压放大倍数应略大于3。选用同相比例运算电路如图6-17中右边的虚线框所示。根据起振条件和幅值平衡条件31RRUUUUAfpOiOu12RRf稳幅措施稳幅措施为了改善输出电压幅度的稳定问题，可在放大电路负反馈回路里采用非线性元件来自动调整反馈强弱以维持输出电压恒定。在图6-17所示的电
23、路中，RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻Rf实现的。Rf是负温度系数热敏电阻，当输出电压升高，Rf上所加的电压降低，即温度升高，Rf的阻值减小，负反馈增强，输出幅度下降。若热敏电阻是正温度系数应放置在R1位置。采用反并联二极管的稳幅电路如图6-20所示。电路电压增益为4p3pf+1=RRRRAuRp是电位器上半部电阻值,Rp是电位器下半部电阻值。R3=R3/RD，RD是并联二极管等效平均电阻值。当Uo大时二极管支路的交流电流较大, RD较小, Auf较小, Uo下降。6.5.5.正弦波振荡电路的分析方法正弦波振荡电路的分析方法正弦波振荡电路(含RC和LC振荡电路)的分析方法可归纳如下：1
24、.从电路组成来看，检查其是否包括放大、反馈、选频和稳幅等基本部分。2.分析放大电路能否正常工作。对分立元件电路，看静态工作点是否合适；对集成运放，看输人端是否有直流通路。3.检查电路是否满足自激条件：（1）利用瞬时变化极性法检查相位平衡条件。（2）检查幅值平衡条件。 不能振荡； 不能起振； 如果没有稳幅措施 则虽能振荡，输出波形将失真。一般应取 略大于1，起振后采取稳幅措施使电路达到 ，产生幅度稳定、几乎不失真的正弦波。4.根据选频网络参数，估算振荡频率fo。 1AuuF1AuuF1AuuFuuFA1AuuF6.6 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路LC振荡电路主要用来产生高频正弦信号,一般在1
25、MHz以上。LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。LC选频放大电路选频放大电路在LC正弦波振荡电路中常用的选频网络是如图6-21(a)所示的LC并联谐振回路，图中R表示回路的等效损耗电阻。由图可知，LC并联谐振回路的等效阻抗为LjRCjLjRCjZ11通常,Rc时，相对失谐（/c）为正，等效阻抗Z为电容性，因此Z的阻抗角j为负值，即回路输出电压于滞后于电流。反之，当C3，且C2C3。因此， 几乎与电容C1和C2无关，也就几乎与晶体管极间电容和电路中杂散电容无关了。因此振荡频率的稳定性较好。只要调节C3即可改变振荡频率，而且不影响C1和
26、C2的比值，亦即不影响振荡的幅值条件。若要求电容三点式振荡电路的振荡频率高达100MHz以上，则要采用共基极放大电路。)2/(13CLfc3三点式振荡电路的组成法则不论电感三点式还是电容三点式振荡电路，其三极管集电极发射极之间和基极发射极之间回路元件的电抗性质都是相同的。两者同为电感性，或者同为电容性，它们与集电极基极之间回路元件的电抗性质总是相反的。上述这一规律具有普遍意义，它是判断三点式振荡电路是否满足相位平衡条件的基本法则。现归纳如下：在三点式振荡电路的三个电抗中，和发射极相接的是两个同性质的电抗，另一个则是异性质的电抗。利用这一法则，很容易判断电路是否满足振荡的相位条件，也有助于我们在
27、分析复杂电路时，找出振荡回路元件。在许多变形的三点式振荡电路中，这三个电抗往往不都是单一的电抗元件，而是可以由不同电抗性质的元件串、并联组成。然而，多个不同电抗性质的元件构成的复杂电路，在频率一定时，可以等效为一个电感或电容，在振荡频率下，考察三极管各电极间等效电抗的性质是否符合上述的法则，便可判断电路是否满足振荡所需的相位条件。例6-2试用相位平衡条件判断图6-26（a）电路能否产生正弦波振荡？若能振荡，试计算其振荡频率f0，并指出它属于哪种类型的振荡电路。 解：从图中可以看出，C1、C2、L组成并联谐振回路，且反馈电压取自电容C1两端。由于Cb和Ce数值较大，对于高频振荡信号可视为短路。它
28、的交流通路如图6-26（b）所示。根据交流通路，用瞬时极性法判断，可知反馈电压和放大电路输入电压极性相同，故满足相位平衡条件，可以产生振荡。另外，从电路结构上看，在振荡回路的三个电抗元件中，和三极管发射极相接的是两个同性质的电抗元件电容，而另一个是异性质的电抗元件电感，符合三点式振荡电路的组成法则，可以产生振荡,其振荡频率为kHzCCCCLfc9 .41010001. 010001. 010001. 010001. 0103002121666662121由图6-26（b）可以看出，三极管的三个电极分别与电容C1和C2的三个端子相接，所以该电路属于电容三点式振荡电路。图中Ce是Re的旁路电容，如
29、果把Ce去掉，振荡信号在发射极电阻Re上将产生损耗，放大倍数降低，甚至难以起振。Cb为耦合电容，它将振荡信号耦合到三极管基极。如果将电容Cb短接，则三极管基极直流电位与集电极直流电位近似相等，由于静态工作点不合适，使电路无法正常工作。石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路1.正弦波振荡电路的频率稳定问题频率稳定度是振荡电路的一项重要的质量指标。频率稳定度常用频率的相对变化量f/fc表示，f表示实际因某些因素引起的实际振荡频率与fc的偏差，fc为额定振荡频率，f/fc愈小表示振荡电路的频率稳定性愈好。造成振荡频率不稳定的因素主要有选频网络元件参数随温度和时间而变化，晶体管参数变化和负载变动等。可以证明
30、，Q值愈大，频率稳定度愈高。但一般LC并联谐振回路的Q值只可达数百，使其频率稳定度f/fc很难突破10-5的数量级。石英晶体振荡器可以代替LC回路的谐振电感，由于石英晶体具有性能稳定，等效Q值极高等优点，使得振荡频率具有很高的稳定性和准确度。石英晶体振荡电路的频率稳定度可达10-9甚至10-11数量级。2.石英晶体振荡器 石英晶体因其具有压电效应被用作振荡器。所谓压电效应，即当机械力作用于石英晶体使其发生机械变形时，晶片的对应面上会产生正、负电荷，形成电场；反之，在晶片的对应面上加一电场时，石英晶片会发生机械变形。石英晶体的代表符号和等效电路如图6-27所示。当晶体不振动时，可以看成是一个平板
31、电容器Co，称为静电电容。Co与晶片的几何尺寸和电极面积有关，一般约为几个皮法到几十皮法。当晶体振动时，有一个机械振动的惯性，用电感L来等效，一般L值为l0-310-2H。晶片的弹性一般以电容C来等效，C值为l0-210-1pF。L、C的具体数值与晶体的切割方式，晶片和电极的尺寸、形状等有关。晶片振动时，因摩擦而造成的损耗则用电阻R来等效，它的数值约为l02 。由于晶片的等效电感L很大，而等效电容C很小，电阻R也小，因此回路的品质因数Q可达104106，再加上晶片本身的固有频率只与晶片的几何尺寸有关，所以很稳定，而且可做得很精确。用石英晶体组成振荡电路可获得很高的频率稳定性。图6-27石英晶体
32、的代表符号和等效电路从石英晶体的等效电路可知，这个电路有两个谐振频率，当L、C、R支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小(等于R)，串联谐振频率为LCfs21当等效电路并联谐振时并联谐振频率为CCCCCCLffsp000121由于CC0，因此fs和fp两个频率非常接近。当ffp时石英晶体呈容性，只有当fsf fp 时石英晶体呈感性。用石英晶体取代电容反馈式振荡电路中的电感L，就构成了并联型石英晶体振荡电路，电路原理图如图6-28所示。振荡电路的选频网络由石英晶体和电容C1、C2组成。若将石英晶体视为电感，则该电路类似于电容反馈式振荡电路，石英晶体与电容C1、C2组成并联谐振回路，因此该电路为并联型
33、石英晶体振荡电路，电路的振荡频率即是并联谐振回路谐振频率图6-28并联晶体振荡器CLfc 21C为回路的总电容，即晶体等效电路内电感两端的等效电容0111 / ()CCCC C是与晶体有关联的外部电容。即12out111/()inCCCCC 式中Cin、Cout是晶体管的极间电容和电路中的杂散电容等效为放大电路的输入电容、输出电容。由于通常有CinC1、CoutC2，所以)/(2121CCCCC振荡频率为000 12121CCCfCCCCCLCCLfsc由上式可知，振荡频率fc在fs与fp之间，此时石英晶体的电抗呈感性，即可把石英晶体视为一个电感。事实上因为通常CURL通过以上三种电压比较器的
34、分析，可以得出如下结论：（1）在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平两种可能的情况。（2）通常用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。 （3）电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电平，阀值电压和输出电压的跃变方向。输出电压的高、低电平决定于限幅电路；令集成运放同相输入端电位与反相输入端电位相等所求出的uI就是阀值电压UT, uI=UT时输出电压的跃变方向决定于输入电压作用于同相输入端还是反相输入端。方波产生电路方波产生电路方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波或矩形波包含极丰富的谐波，因此。这种电路又称为多谐振荡电路
35、。方波发生器是由滞回比较器和RC定时电路构成的，基本电路组成如图6-33（a）所示，它是在迟滞比较器的基础上，增加了一个由Rf、C组成的积分电路，把输出电压经Rf、C反馈到比较器的反馈端。在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管就组成了一个如图6-33(b)所示的双向限幅方波发生电路。由图6-33（a）可知，电路的正反馈系数F为212RRRF在接通电源的瞬间，输出电压究竟偏于正向饱和还是负向饱和，那纯属偶然。设输出电压偏于正饱和值，即21Z2PZOC, 0RRURUUuu所以电容C充电，uc升高。如图6-33(c)所示。当uc=uNUP时uo=-UZ,所以UP= -R2UZ/(R
36、1+R2)，电容C放电到零后又反向充电，uc按指数规律下降。当uc=uN=UP= -R2UZ/(R1+R2)时uo发生突变，从-UZ变为+UZ，当uc=uNuP时uo=+UZ,所以UP=+R2UZ/(R1+R2)，电容C反向放电，到零后又正向充电uc按指数规律上升。当uc=uN=UP= +R2UZ/(R1+R2)时uo发生突变，从+UZ变为-UZ，uc又按指数规律下降。如此周期的进行，产生输出方波信号。方波的周期用过渡过程公式可以方便地求出 )21ln(212fRRCRT显然，为改变输出方波占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调矩形波电路如图电容器C充电时，充电电流经电位器的上
37、半部、二极管D1、R1；电容器C放电时，放电电流经R1、二极管D2、电位器的下半部。占空比2111qTT其中电容器C的充电时间常数111RrR CwdRW是电位器中点到上端电阻，rd1是二极管D1的导通电阻。放电时间常数221RRrR Cwwdrd2是二极管D2的导通电阻，由此可见，改变RW的中点位置，占空比就可改变。锯齿波产生电路锯齿波产生电路锯齿波产生电路如图6-35所示，为了获得锯齿波，应改变积分器的充、放电时间常数。图中的二极管D和R将使充电时间常数减小为(RR)C，而放电时间常数仍为RC。锯齿波电路的波形图如图6-35所示。 图6-35锯齿波发生器电路图 图6-36锯齿波发生器的波形
38、锯齿波的周期可以根据时间常数和锯齿波的幅值求得。uO1发生突变时uN1=uP1=0, uo1=UZ, uo=Uom21100RuRuOO211RuRuOO所以锯齿波幅值z21URRUom锯齿波的直线下降时间T 1，不计二极管的正向电阻时满足方程1OmOm)/(TCRRUUUZ解得锯齿波的直线下降时间T 1为CRRRRT) /(2211锯齿波的直线上升T 2，满足方程2OmOmTRCUUUZ可以解得锯齿波的锯齿波的直线上升T 2为2122RRCRT 不计二极管的正向电阻时振荡周期T =T1+T2为方波uO1的占空比为RRRRRRRRTTq2/1RCRRRRRCRRRRRT)1 (2)/(22121