号，电流I 随光照的强弱而变化。 （1）在A1和A2中，哪个工作在线性区？哪个工作在非线性区？为什么？ （2）试求出表示uO与i关系的传输特性。
第7章 波形的发生与信号的转换
§7.3
非正弦波发生电路
一、常见的非正弦波 二、矩形波发生电路
三、三角波发生电路 四、锯齿波发生电路 五、波形变换电路
一、常见的非正弦波
3.几种常用的电压比较器
（1）单限比较器
第7章 波形的发生与信号的转换
只有一个阈值电压
（2）滞回比较器 具有滞回特性 虽有两个阈值电压，但当输入电压向单一方向变化时输出电压仅 跃变一次。
（3）窗口比较器 有两个阈值电压，当输入电压向单一方向变化时，输出电压跃变两次。
另外，还有三态电压比较器。
4.集成运放的非线性工作区
2 R1 T1 1 ln 1 R 2
振荡周期 占空比
2 R1 T2 2 ln 1 R 2
2 R1 R2
R R T q 1 W1 3 T RW 2 R3
T T1 T2 ( RW 2 R3 )C ln 1
第7章 波形的发生与信号的转换
1.电压比较器的功能 对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发 生电路的基本单元电路，可用于信号转换，在测量和控制中 有着相当广泛的应用。 电压比较器能够将模拟信号转换成具有数字信号特点的 二值信号，即输出不是高电平，就是低电平。因此，可用电 压比较器作为模拟电路和数字电路的接口电路。 2.电压比较器的描述方法 电压传输特性 uO＝f(uI) 电压传输特性具有三个要素： （1）输出高、低电平 （2）阈值电压 （3）输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向
同相输入的滞回比较器
uO U Z
uO U Z
求解阈值电压 U T 0
求解阈值电压
uN 0
uP
R2 R1 uI U Z R R R1 R1 1 1
令u N uP ， 得 R U T 1 U Z R2
第7章 波形的发生与信号的转换
讨论：分别求解图示各电路的电压传输特性。锗管的导通电压为0.2V。
UT
R1 U Z R2
4 R1 R4C T R2
讨论:
第7章 波形的发生与信号的转换
电路如图所示，已知集成运放的最大输出电压幅值为±12V， uI的数值在uO1的峰-峰值之间。 （1）分别说明A1、A2、A3各构成哪种基本电路； （2）求解uO3的占空比与uI的关系式； （3）设uI＝2.5V，画出uO1、 uO2和 uO3的波形。
uO U Z
锗管
为使UOL接近0，怎么办？
uO U Z （1）保护输入端
（2）加速集成运放状态的转换
第7章 波形的发生与信号的转换
电压比较器的分析方法：
（1）输出高、低电平，决定于集成运放输出电压的 最大幅值或输出端限幅电路。 （2）阈值电压，写出 uP、uN的表达式，令uP＝ uN， 此时输入电压即为阈值电压。 （3）输入电压过阈值电压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。
2.方波发生电路组成及工作原理
UZ
UZ
第7章 波形的发生与信号的转换
RC 环节
滞回比较器
正向充电： uO（+UZ）→R3→C→地 反向充电： 地→C→ R3 → uO（－UZ）
R1 U Z UT R1 R2
3.波形分析及主要参数
第7章 波形的发生与信号的转换
利用一阶RC电路的三要素法，
R1 U Z R1 R2
4.占空比可调的矩形波发生电路
第7章 波形的发生与信号的转换
欲改变输出电压的占空比，就必须使电容正向充电和反向充电的时间常数 不同，即两个充电回路的时间常数的参数不同。利用二极管的单向导电性可以 引导电流流经不同的通路，实现占空比可调的矩形波发生电路。
利用一阶RC电路的三要素法， 为了占空比调节范围大，R3应如何取值？
三、三角波发生电路
1.电路组成及工作原理
用积分运算电路可将方波变为三角波。
两个RC环节
第7章 波形的发生与信号的转换
实际电路将两个RC 环节合二为一

UZ

uO要取代uC，必须改变输入端。
为什么采用同相输 入的滞回比较器？
集成运放应用电路的分析方法： 化整为零，分析功能，统观整体，性能估算。
2.三角波-方波发生电路波形分析及主要参数
uO U Z
（3）URL<uI< URH时，
uO 0
讨论：在图示电路中，稳压管的稳定电压UZ=±5V，R1=R2=5k，基准
电压UREF=2V，已知输入电压为三角波，试画出输出电压的波形。
第7章 波形的发生与信号的转换
解:
uO 5V
UT
R2 U REF 2V R1
第7章 波形的发生与信号的转换
≈电路如图所示。 （1）分别说明A1和A2各构成哪种基本电路； （2）求出uO1与uO的关系曲线uO1＝f（uO）； （3）求出uO与uO1的运算关系式uO＝f（uO1）； （4）定性画出uO1与uO的波形； （5）说明若要提高振荡频率，则可以改变哪些电路参数，如何改变？
1. 若电压传输特性曲线左右移动，如何修改电路？
2. 若电压传输特性曲线上下移动，如何修改电路？
3. 若改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，如何修改电路？
四、窗口比较器
设外加参考电压U RH U RL
第7章 波形的发生与信号的转换
（1）uI>URH时，
uO U Z
（2）uI<URL时
三、滞回比较器
第7章 波形的发生与信号的转换
uO U Z u N uI
R1 uO uP R1 R2
令 uN uP
uO
+UZ
U TH
R1 U Z R1 R2
－UTH
O
－UZ
+UTH
uI
讨论：如何改变滞回比较器的电压传输特性
第7章 波形的发生与信号的转换
第7章 波形的发生与信号的转换
讨论：设计一个电压比较器，使其电压传输特性如图所示。除稳压管
的限流电阻外，要求所用电阻阻值在20～100k之间。
分析 :
uO 6V
R1 R2 u uI uP O R1 R2 R1 R2
uN 0
令 uP u N
UTH
讨论:
第7章 波形的发生与信号的转换
电路如图所示，已知R1=10k，R2=20k ，C=0.01μ F， 集成运放 的最大输出电压幅值为±12V，二极管的动态电阻可忽略不计。试 求： （1）电路的振荡周期； （2）画出uO和uC的波形。
讨论:
第7章 波形的发生与信号的转换
图示电路为某同学所接的方波发生电路，试找出图中的三个错误， 并改正。
矩形波 三角波 锯齿波
第7章 波形的发生与信号的转换
尖顶波 阶梯波
二、矩形波发生电路
第7章 波形的发生与信号的转换
矩形波发生电路是其它非正弦波发生电路的基础。若方波电压加在 积分运算电路的输入端，则输出就获得三角波电压；若改变积分电路正 向积分和反向积分时间常数，使某一方向的积分常数趋于零，则可获得 锯齿波。
脉冲宽度
T R3C 2
f (t ) f () [ f (0) f ()]e t /
U T U Z [UT U Z ]e
振荡周期
占空比
2 R1 T 2 R3C ln 1 R 2 Tk q 50% （方波） T
UT
第7章 波形的发生与信号的转换
电路特征：集成运放处于开环，或只引入正反馈。
理想运放工作在非线性区的特点： 1) 净输入电流为0 2) if
if uP uN uP uN
then then
uO U OM uO U OM
5.教学基本要求
1)电路的识别及选用 2)电压传输特性的分析
二、单限比较器
第7章 波形的发生与信号的转换
1 1 T 2 uO1dt uO1dt uO (0) uO 0 R3C R3C
振荡周期
振荡频率
4 R1 R3C T R2 R2 f 4 R1 R3C
R1 U T U Z R2
如何调整三角波的幅值和频率？
四、锯齿波发生电路
二极管限幅电路使净输 入电压最大值为±UD 必要吗？
输出端的限幅电路
第7章 波形的发生与信号的转换
为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。
U OH U Z 1 U D 2 U OL (U Z 2 U D1 )
U OH U Z
U OL U D 0.2V
uO/V
+5
－2
O
uI/V
－5
讨论：在图示电路中，已知R1=50k，R2=100k ，稳压管的稳定电压
±UZ= ± 9V，输入电压uI的波形如图所示，画出输出电压uO的波形。
第7章 波形的发生与信号的转换
分析 :
uO 9V
UT
R1 U Z 3V R1 R2
滞回比较器具有一定 的抗干扰能力
第7章 波形的发生与信号的转换
讨论：在图示电路中，稳压管的稳定电压UZ=5V，正向导通电压为0.7V。
（1）画出比较器的电压传输特性； （2）若ui=6sinɷt（V），UR为方波如图所示，试画出uo的波形。
第7章 波形的发生与信号的转换
讨论：在图示为光控电路的一部分，将连续变化的光电信号转换成离散信