精品课件-电子线路基础(第二版)(闵锐)-第7章
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电子线路基础(梁明理)第7章
电子线路基础
数字电路部分
第7章 数字电路基础
河北大学数学与计算机学院
第7章 数字电路基础
7.1 数字电路概述
第7章 数字电路基础
7.1 数字电路概述—数制和代码
十进制——逢十进一
1287.5 1103 2102 8101 7100 510-1
二进制——逢二进一 000 001 010 011 100 101 110 111
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法 （4）配项法
利用公式 A1 1 A A 1 A+A=A
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法 例7.3.3 化简 Y AB C A(B C). 解: Y AB C A(B C)
=( AB C)A(B C)
F( A, B,C) m(1, 2, 4, 7) F( A, B,C) (1, 2, 4, 7)
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
(4)卡诺图：将n变量的全部最小项各用一个小方格表示，
并按循环码排列变量取值组合，使几何相邻的小方格具有逻 辑相邻性，如此排列的图形称为~。
第7章 数字电路基础
A AB AC BF A AC BF A C BF
第7章 数字电路基础
数字电路部分
第7章 数字电路基础
河北大学数学与计算机学院
第7章 数字电路基础
7.1 数字电路概述
第7章 数字电路基础
7.1 数字电路概述—数制和代码
十进制——逢十进一
1287.5 1103 2102 8101 7100 510-1
二进制——逢二进一 000 001 010 011 100 101 110 111
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法 （4）配项法
利用公式 A1 1 A A 1 A+A=A
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法 例7.3.3 化简 Y AB C A(B C). 解: Y AB C A(B C)
=( AB C)A(B C)
F( A, B,C) m(1, 2, 4, 7) F( A, B,C) (1, 2, 4, 7)
第7章 数字电路基础
7.3 逻辑函数的化简法
(4)卡诺图：将n变量的全部最小项各用一个小方格表示，
并按循环码排列变量取值组合，使几何相邻的小方格具有逻 辑相邻性，如此排列的图形称为~。
第7章 数字电路基础
A AB AC BF A AC BF A C BF
第7章 数字电路基础
电路教案第7章nppt课件
大
通带
止带
止带 通带
学 带阻(d)和全通(e)滤波电路。其
电 路
幅频特性分别为
0
ωC
ω0
ωC
ω
与 系
(a)
(b)
统 多
|H (jω )|
|H (jω)|
|H (jω )|
媒
体
室
制 止带 通带 止带
作
通带 止带 通带
通带
0 ω C1 ω C2 ω (c)
0 ω C1 ω C2 ω
0
(d)
第 7-6 页
7.1 频率响应的基本概念
一、网络函数
西
安
二、频率响应
电
子 科
7.2 一阶电路的频率响应
技 大
一、RC一阶低通电路
学 电
二、RC一阶高通电路
路 与
三、RC一阶全通电路
系 统
7.3 RLC二阶串联电路的频率响应
多 媒
一、RLC二阶串联电路的频率
体 室
二、RLC串联谐振电路
制 作
7.4 RLC二阶并联电路的频率响应
（2）调电路参数C（实际接受电路常用。）
第 7-20 页
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二、RLC串联谐振电路
ur
uL
西 安 电 子 科 技 大
如图rLC串联电路，rLC已知，其总阻抗
电路Z中的r电 j流ILU S1C
= r +jX
uS
U S I()ej()
Z rjX
i
r
L uC
C
学 随着频率的变化，阻抗的虚部将随之变化，当电源频率ω
jC jC
子
C
科 技 大
通带
止带
止带 通带
学 带阻(d)和全通(e)滤波电路。其
电 路
幅频特性分别为
0
ωC
ω0
ωC
ω
与 系
(a)
(b)
统 多
|H (jω )|
|H (jω)|
|H (jω )|
媒
体
室
制 止带 通带 止带
作
通带 止带 通带
通带
0 ω C1 ω C2 ω (c)
0 ω C1 ω C2 ω
0
(d)
第 7-6 页
7.1 频率响应的基本概念
一、网络函数
西
安
二、频率响应
电
子 科
7.2 一阶电路的频率响应
技 大
一、RC一阶低通电路
学 电
二、RC一阶高通电路
路 与
三、RC一阶全通电路
系 统
7.3 RLC二阶串联电路的频率响应
多 媒
一、RLC二阶串联电路的频率
体 室
二、RLC串联谐振电路
制 作
7.4 RLC二阶并联电路的频率响应
（2）调电路参数C（实际接受电路常用。）
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二、RLC串联谐振电路
ur
uL
西 安 电 子 科 技 大
如图rLC串联电路，rLC已知，其总阻抗
电路Z中的r电 j流ILU S1C
= r +jX
uS
U S I()ej()
Z rjX
i
r
L uC
C
学 随着频率的变化，阻抗的虚部将随之变化，当电源频率ω
jC jC
子
C
科 技 大
电路基础第7章
有不少电阻 , 其伏安特性受到某个物理量（如温度、光强 度、 压力等）控制, 可称为受控电阻。 图7.1 - 5(a)是温控电阻 （热敏电阻）的伏安特性 , 其特性曲线随环境温度 T而改变。 当工作在原点附近, 信号电压较小时, 其特性曲线可看作是通过 原点的直线。 图7.1 - 5(b)是原点附近特性的放大。这时, 该电 阻可用线性温控电阻作它的模型,
第7章 非线性电路
第7章 非线性电路
第7章 非线性电路
由于非线性电阻的伏安特性不是直线 , 因而不能像线性电
阻那样用常数表示其电阻值。 通常引用静态电阻 R和动态电
阻Rd的概念。 u
def
i R ==
例如图7.1 - 4中工作点P处的静态电阻R = U0/I0。 在工作 点处的动态电阻 (增量电阻)Rd定义为该点电压增量△ u与电流 增量△i之比的极限,du
显然, u3 ≠ u1 + u2 , 即对于非线性电阻而言, 可加性也不成 立。
(4) 当i = 2 cosωt (A) u = 10×2 cosωt+(2 cosωt)2 = 2+20 cosωt+2cos2ωt (A) 可见, 当激励是角频率为ω的正弦信号时, 其响应电压除角 频率为ω的分量外, 还包含有直流、二倍频（角频率为 2ω）的 分量。 即非线性电阻可以产生频率不同于输入频率的输出。
u = 10i+i2
第7章 非线性电路
第7章 非线性电路
(1) 如i1= 1A, 求其端电压u1; (2) 如i2 = k i1 = k (A), 求其电压u2, u2 = k u1吗？ (3) 如i3 = i1 + i2 = 1+k (A), 求电压u3, u3 = u1 + u2吗？ (4) 如i = 2 cosωt (A), 求电压u。 解 (1) 当i1 = 1 A
第7章 非线性电路
第7章 非线性电路
第7章 非线性电路
由于非线性电阻的伏安特性不是直线 , 因而不能像线性电
阻那样用常数表示其电阻值。 通常引用静态电阻 R和动态电
阻Rd的概念。 u
def
i R ==
例如图7.1 - 4中工作点P处的静态电阻R = U0/I0。 在工作 点处的动态电阻 (增量电阻)Rd定义为该点电压增量△ u与电流 增量△i之比的极限,du
显然, u3 ≠ u1 + u2 , 即对于非线性电阻而言, 可加性也不成 立。
(4) 当i = 2 cosωt (A) u = 10×2 cosωt+(2 cosωt)2 = 2+20 cosωt+2cos2ωt (A) 可见, 当激励是角频率为ω的正弦信号时, 其响应电压除角 频率为ω的分量外, 还包含有直流、二倍频（角频率为 2ω）的 分量。 即非线性电阻可以产生频率不同于输入频率的输出。
u = 10i+i2
第7章 非线性电路
第7章 非线性电路
(1) 如i1= 1A, 求其端电压u1; (2) 如i2 = k i1 = k (A), 求其电压u2, u2 = k u1吗？ (3) 如i3 = i1 + i2 = 1+k (A), 求电压u3, u3 = u1 + u2吗？ (4) 如i = 2 cosωt (A), 求电压u。 解 (1) 当i1 = 1 A
电路与电子学基础课件PPT全册
X
1.电流(current)及其参考方向
电流的真实方向：正电荷定向移动的方向。
表示：箭头，双下标 iAB 。a i
b
直流(Direct Current-DC)：电流的大小和方向都不随
时间变化。可以用“I”表示。
交流(Alternating Current-AC)：电流的大小和方向
都随时间作周期性变化。
§1-1 电路与电路模型
北京邮电大学电子工程学院 2012.2
退出 开始
电路
电路：最基本电路：电源、负载、导线，以及各种开 关等控制设备。
电源(source)： 提供能量的部件（例电池、发电机等）。 负载(load)：用电设备，消耗电能的部件或接受电信号的
器件（例照明灯、电炉、喇叭等）。 导线：将电路中的各个组成元件连成统一的整体
X
3.关联参考方向
定义：电流参考方向与电压参考“＋”极到“－”极
的方向一致，则称电流和电压符合关联参考方 向；否则，称为非关联参考方向。
关联参考方向
A i 元件
B
u
非关联参考方向
A i 元件
B
u
X
电流方向和电压方向的关系
– 参考方向的选择
• 电压、电流的参考方向可以任意假定，独立无关
• 方便起见，常采用关联参考方向
在电流电压取关联参考方向时，单位时间内支 路所吸收的能量为：
p(t) dw dw dq u i dt dq dt
在电流电压取非关联参考方向时，则
p u i
根据计算结果判断是吸收能量还是发出能量
p0 P0
吸收功率（消耗） 供出功率
X
4.功率(power)
单位：瓦特（W）, kW , mW 单位的对应：i(A) ,u(V) p(W)
1.电流(current)及其参考方向
电流的真实方向：正电荷定向移动的方向。
表示：箭头，双下标 iAB 。a i
b
直流(Direct Current-DC)：电流的大小和方向都不随
时间变化。可以用“I”表示。
交流(Alternating Current-AC)：电流的大小和方向
都随时间作周期性变化。
§1-1 电路与电路模型
北京邮电大学电子工程学院 2012.2
退出 开始
电路
电路：最基本电路：电源、负载、导线，以及各种开 关等控制设备。
电源(source)： 提供能量的部件（例电池、发电机等）。 负载(load)：用电设备，消耗电能的部件或接受电信号的
器件（例照明灯、电炉、喇叭等）。 导线：将电路中的各个组成元件连成统一的整体
X
3.关联参考方向
定义：电流参考方向与电压参考“＋”极到“－”极
的方向一致，则称电流和电压符合关联参考方 向；否则，称为非关联参考方向。
关联参考方向
A i 元件
B
u
非关联参考方向
A i 元件
B
u
X
电流方向和电压方向的关系
– 参考方向的选择
• 电压、电流的参考方向可以任意假定，独立无关
• 方便起见，常采用关联参考方向
在电流电压取关联参考方向时，单位时间内支 路所吸收的能量为：
p(t) dw dw dq u i dt dq dt
在电流电压取非关联参考方向时，则
p u i
根据计算结果判断是吸收能量还是发出能量
p0 P0
吸收功率（消耗） 供出功率
X
4.功率(power)
单位：瓦特（W）, kW , mW 单位的对应：i(A) ,u(V) p(W)
《计算机电路基础(第二版)》-第7章 正弦波振荡
选频网络可以设置在基本放大电路中，也可以设置在反馈 网络中。它可以用电阻R和电容C组成，也可以用电感L和 电容C来组成。选频网络由R和C组成的振荡电路称为RC 振荡器，一般用来产生1Hz～1MHz范围内的低频信号； 选频网络由L和C组成的振荡电路称为LC振荡器，常用来 产生1MHz以上的高频信号。
（3）正反馈。为了满足建立和维持正弦波振荡电路稳定 振荡的条件，网络的输出到的输入之间必须符合正反馈要 求。
（4）稳幅环节。在满足 A+φF=2nπ相位条件的基础上， 要求振幅条件从起振时的||＝AF＞1到稳定振荡输出时的|| ＝AF＝1，并保证输出幅度稳定，这就要有稳幅环节。
7.2 RC振荡器
式（7-1）中，设，则有
由此可得正弦波振荡电路
相位条件 ， n＝0，1，2，…
（7-3）
式（7-2）和式（7-3）表明，在稳定状态时，振荡电路必 须同时满足其环路增益等于1，环路总相移为2π的整数倍
这两个条件，振荡才得以维持。这是分析任何一种振荡电
显而易见，正弦波振荡电路的环路增益仍为。由于电路 无外加输入信号，完全靠反馈信号来维持有一定的正弦 波电压的输出。设电路处于稳定工作状态，在电路结构 和参数确定不变的情况下，要维持不变，必须不变，才 有。由此可得到电路产生稳定自激振荡的条件为
A F＝1（7-1）
图7–1 正弦波振荡电路方框图推导
7.1.1 自激振荡的条件
在图7-1（a）所示负反馈放大电路的方框图中。当环路 的附加相移为±π时，反相，电路由负反馈变成正反馈。 时，有，电路会产生自激振荡。所以，负反馈放大器产 生自激振荡的实质是：时，使得采用负反馈的手段却得 到一个正反馈的效果。
如果在电路中有意地按图7-1（b）引入正反馈，一般来 说会更容易满足的条件，使电路产生自激。因此，正弦 波振荡电路的方框图实际上也就类似于正反馈放大电路 的方框图，只不过输入信号而已，其电路框图如图7-1 （c）所示。
（3）正反馈。为了满足建立和维持正弦波振荡电路稳定 振荡的条件，网络的输出到的输入之间必须符合正反馈要 求。
（4）稳幅环节。在满足 A+φF=2nπ相位条件的基础上， 要求振幅条件从起振时的||＝AF＞1到稳定振荡输出时的|| ＝AF＝1，并保证输出幅度稳定，这就要有稳幅环节。
7.2 RC振荡器
式（7-1）中，设，则有
由此可得正弦波振荡电路
相位条件 ， n＝0，1，2，…
（7-3）
式（7-2）和式（7-3）表明，在稳定状态时，振荡电路必 须同时满足其环路增益等于1，环路总相移为2π的整数倍
这两个条件，振荡才得以维持。这是分析任何一种振荡电
显而易见，正弦波振荡电路的环路增益仍为。由于电路 无外加输入信号，完全靠反馈信号来维持有一定的正弦 波电压的输出。设电路处于稳定工作状态，在电路结构 和参数确定不变的情况下，要维持不变，必须不变，才 有。由此可得到电路产生稳定自激振荡的条件为
A F＝1（7-1）
图7–1 正弦波振荡电路方框图推导
7.1.1 自激振荡的条件
在图7-1（a）所示负反馈放大电路的方框图中。当环路 的附加相移为±π时，反相，电路由负反馈变成正反馈。 时，有，电路会产生自激振荡。所以，负反馈放大器产 生自激振荡的实质是：时，使得采用负反馈的手段却得 到一个正反馈的效果。
如果在电路中有意地按图7-1（b）引入正反馈，一般来 说会更容易满足的条件，使电路产生自激。因此，正弦 波振荡电路的方框图实际上也就类似于正反馈放大电路 的方框图，只不过输入信号而已，其电路框图如图7-1 （c）所示。
电子线路基础第7章
由于采用滤波器的目的只是为了得到一个平滑的直流， 故滤波器又称平滑滤波器。中小型电源一般以单相交流电能 为能源，因此本节只讨论单相整流电路。整流电路可分为半 波、 全波、桥式和倍压整流电路4种。
第7章 直流稳压电源
7.1.1 半波整流电路
半波整流电路如图7 - 1(a)所示。图中电源变压器T的作用 是将电网的交流电压变换成整流电路所需的数值， 它的初级 和交流电网相连。VD为整流二极管，RL为负载。
第7章 直流稳压电源
＋
T1
＋ VD4
VD1
u1
u2
－
VD3
VD2
－
2
(a)
＋ RL uo
－
＋ VD4
1 VD1
＋
u2 －
VD3
RL VD2
uo
2
－
－ VD4
u2 ＋
VD3
1 VD1
2 VD2
(b)
(c)
图 7 – 5 桥式整流电路
＋ RL uo
－
第7章 直流稳压电源
由于在u2的两个半周中，流过RL的电流方向相同，所以 桥式整流电路和全波整流电路的作用一样，具有全波整流的 各种优点。同时桥式整流电路中每一个二极管所承受的最大 反向电压比全波整流时小了一半，
T1
＋
＋＋
C1
＋
3
C3
u1
u2
VD1
VD2
VD3
－
－
2
＋
C2
＋ 2U2m－
最终 充电到2U2m 1＋ C1 ＋
u2
VD1
－ 2
(a)
U2m 1＋ －
C1 u2
＋
2
VD1
第7章 直流稳压电源
7.1.1 半波整流电路
半波整流电路如图7 - 1(a)所示。图中电源变压器T的作用 是将电网的交流电压变换成整流电路所需的数值， 它的初级 和交流电网相连。VD为整流二极管，RL为负载。
第7章 直流稳压电源
＋
T1
＋ VD4
VD1
u1
u2
－
VD3
VD2
－
2
(a)
＋ RL uo
－
＋ VD4
1 VD1
＋
u2 －
VD3
RL VD2
uo
2
－
－ VD4
u2 ＋
VD3
1 VD1
2 VD2
(b)
(c)
图 7 – 5 桥式整流电路
＋ RL uo
－
第7章 直流稳压电源
由于在u2的两个半周中，流过RL的电流方向相同，所以 桥式整流电路和全波整流电路的作用一样，具有全波整流的 各种优点。同时桥式整流电路中每一个二极管所承受的最大 反向电压比全波整流时小了一半，
T1
＋
＋＋
C1
＋
3
C3
u1
u2
VD1
VD2
VD3
－
－
2
＋
C2
＋ 2U2m－
最终 充电到2U2m 1＋ C1 ＋
u2
VD1
－ 2
(a)
U2m 1＋ －
C1 u2
＋
2
VD1
教学课件 电子线路基础(第二版)(闵锐)
式（1-1）表明，本征半导体的载流子浓度和温度、 材料有关。尽管本征半导体 在室温情况下具有一定的导电能力，但是，本征半导体中载流子的数目远小于原子数 目，因此本征半导体的导电能力是很低的。
1.1.2 杂质半导体
1． N型半导体
在纯净的单晶体硅中，掺入微量的五价杂质元素，如磷、砷、锑等，使原来晶格 中的某些硅原子被杂质原子所取代，便构成N型半导体。由于杂质原子有五个价电子， 其中四个价电子与相邻的四个硅原子的价电子形成共价键，还剩一个价电子，这个价 电子不受共价键的束缚，只受原子核的吸引，在室温下，该价电子所获得的热能使它 摆脱原子核的吸引而成为自由电子，则杂质原子因失去一个价电子而成为不能移动的 杂质正离子，如图1-4所示。
用半导体材料制作电子元器件，不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间， 而是由于其导电能力会随着温度的变化、光照或掺入杂质的多少发生显著的变化，这 就是半导体的热敏特性、 光敏特性和掺杂特性。例如，纯净的半导体硅，当温度从 30℃升高到40℃时，电阻率减小一半；而金属导体铜，当温度从30℃升高到100℃时， 电阻率的增加还不到 1 倍。又如，纯净硅在室温时的电阻率为 2.14×105Ω·cm，如果 在纯净硅中掺入百万分之一浓度的磷原子，此时硅的纯度仍可高达99.9999％，但它的 电阻率却下降到 0.2 Ω·cm，几乎减少到原来的百万分之一。可见， 当半导体受热或掺 入杂质后，导电性能会发生变化。人们利用半导体的热敏特性和光敏特性可制作各种 热敏元件和光敏元件， 利用掺杂特性制成的PＮ结是各种半导体器件的主要组成部分。
ni pi KT e 3/ 2 Eg0 /( 2kT )
（1-1）
式中，浓度单位为cm-3，K是常量（硅为3.88×1016 cm-3K-3/2，锗为1.76×1016cm-3K3/2），T为热力学温度，k是玻尔兹曼常数（8.63×10-5 eV/K），Eg0 是T=0K（即-273℃） 时的禁带宽度（硅为1.21 eV， 锗为0.785 eV）。
1.1.2 杂质半导体
1． N型半导体
在纯净的单晶体硅中，掺入微量的五价杂质元素，如磷、砷、锑等，使原来晶格 中的某些硅原子被杂质原子所取代，便构成N型半导体。由于杂质原子有五个价电子， 其中四个价电子与相邻的四个硅原子的价电子形成共价键，还剩一个价电子，这个价 电子不受共价键的束缚，只受原子核的吸引，在室温下，该价电子所获得的热能使它 摆脱原子核的吸引而成为自由电子，则杂质原子因失去一个价电子而成为不能移动的 杂质正离子，如图1-4所示。
用半导体材料制作电子元器件，不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间， 而是由于其导电能力会随着温度的变化、光照或掺入杂质的多少发生显著的变化，这 就是半导体的热敏特性、 光敏特性和掺杂特性。例如，纯净的半导体硅，当温度从 30℃升高到40℃时，电阻率减小一半；而金属导体铜，当温度从30℃升高到100℃时， 电阻率的增加还不到 1 倍。又如，纯净硅在室温时的电阻率为 2.14×105Ω·cm，如果 在纯净硅中掺入百万分之一浓度的磷原子，此时硅的纯度仍可高达99.9999％，但它的 电阻率却下降到 0.2 Ω·cm，几乎减少到原来的百万分之一。可见， 当半导体受热或掺 入杂质后，导电性能会发生变化。人们利用半导体的热敏特性和光敏特性可制作各种 热敏元件和光敏元件， 利用掺杂特性制成的PＮ结是各种半导体器件的主要组成部分。
ni pi KT e 3/ 2 Eg0 /( 2kT )
（1-1）
式中，浓度单位为cm-3，K是常量（硅为3.88×1016 cm-3K-3/2，锗为1.76×1016cm-3K3/2），T为热力学温度，k是玻尔兹曼常数（8.63×10-5 eV/K），Eg0 是T=0K（即-273℃） 时的禁带宽度（硅为1.21 eV， 锗为0.785 eV）。
电工基础获奖课件
§1-4 电压和电位
二、电位
正电荷在电路中某点所具有旳能量与电荷所带电 量旳比叫做该点旳电位。
注意：讨论电位问题时，首先要选定参照点（假定 该点电位为零）。
其他点旳电位等于该点与参照点间旳电压。比 参照点高旳电位为正，反之为负。
可见，电路中各点旳电位是相正确，与参照点 旳选择有关。
电压方向旳拟定
(1)电源(供能元件)：
为电路提供电能旳设备和器件 (如电池、发电机等)。
图1-20 模拟手电筒电路
图1-20 模拟手电筒电路
(2)负载(耗能元件):
使用(消耗)电能旳设备和 器件(如灯泡等用电器)。
(3)连接导线：
将电器设备和元器件按一定方式连接 起来(如多种铜、铝电缆线等)。
(4)控制器件：
控制电路工作状态旳器件或设备(如 开关等)。
R——负载电阻，单位是欧[姆]，符号为Ω； R0——电源内阻，单位是欧[姆]，符号为Ω； I——闭合电路中旳电流，单位是安[培]，符号为A。
闭合电路欧姆定律阐明：闭合电路中旳电流与电源电动 势成正比，与电路旳总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和） 成反比。
§1-8 电能和电功率
一、电能
电能是指在一定旳时间内电路元件或设备吸收或发出旳电 能量，用符号W表达，其国际单位制为焦耳(J)，电能旳计算 公式为
在一般条件下，任何物质都存在分子热运动， 所以任何物体都有电阻。当有电流流过时，都要消耗 一定旳能量。
几种常见电阻旳外形。
二、电阻定律
经试验证明，在温度不变时，一定材料制成旳导体旳 电阻跟它旳长度成正比，跟它旳截面积成反比。这个试验 规律叫做电阻定律。
均匀导体旳电阻可用公式表达为
R L
S
式中 ρ—电阻率，其值由导体材料旳性质决定，单位是欧 [姆]米，符号为Ω·m，可查表1-1（教材）；
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解 本电路稳压管跨接于输出端与反相输入端之间，假设 稳压管均截止，则运放工作在开环状态，输出不是高电平，就是 低电平，这样势必导致一定有一稳压管击穿而工作在稳压状态， 从而构成负反馈支路。反相输入端“虚地”，限流电阻R上的电流 iR等于稳压管电流iZ，输出电压为±UZ，该电路的优点为输入电压、 电流均较小，易于保护输入级。 另外，由于运放工作在线性区， 因而在输入电压过零时，运放内部晶体管无须从饱和区逐渐变到 截止区，或从截止区逐渐变到饱和区。
第7章 信号产生与转换电路 第7章 信号产生与转换电路
7.1 电压比较器 7.2 非正弦波发生器 7.3 正弦波发生器 7.4 精密整流电路
第7章 信号产生与转换电路
7.1 电 压 比 较 器
电压比较器是对两个模拟输入电压进行比较，并将比较结 果输出的电路。通常两个输入电压一个为参考电压uR，另一个为外 加输入电压ui。比较器的输出有两种可能状态：高电平或低电平， 因此集成运放常常工作在非线性区。由于输出只有高低两种状态， 是数字量，因此比较器往往是模拟电路与数字电路的接口电路。
输出电压uo波形。
解 比较器中运放为开环结构，工作在非线性区，输 出电压uo为稳压管的正负高低电平值±5 V。
为UOL=-5（V1，）解当得u-当>uu+i，>-即R21 RV1R时2 ，ui 输R出1 R为2RU2 UOL=RE-F5
0
V。
时，输出
UOH=5
V（，2解）得当当u-u<iu<+-时2 ，V时即R，1 R1输R2出ui为 URO1HR=25R2
第7章 信号产生与转换电路 图7-11 例7-3 电压传输特性和电路图
第7章 信号产生与转换电路
由
u
R2 R1 R2
ui
R1 R1 R2
uo
u
0
得门限电压为
UT
R1 R2
U
Z
R1 R2
6V
3V
即
R2 2R1
所以，不妨取R1为25 kΩ，R2为50 kΩ。
第7章 信号产生与转换电路
7.1.5 通过本节对三种比较器的介绍， 可以归纳出如下结论：
图 7-1 电压比较器
第7章 信号产生与转换电路
图7-1 中 的运放 可 以采用 专 门的集 成 比较器 （ 如国产 BG307， 国外产品μA710），也可以采用通用的集成运算放大器。 它们的主要区别在于输出的电压幅值不一样。 BG307等专用集成 比较器的输出电压幅值符合直接与TTL电路相连接的要求。即高电 平大于3.3 V， 低电平小于-0.4 V。 分别相当于数字电路中的1 和0。 而由通用集成运放构成的比较器， 其输出幅值为运放的正 负输出极大值。通常为运放所在电路的正负电源值，如±12 V， 只有增添附加的钳位电路，才能满足数字电路的逻辑电平要求。
第7章 信号产生与转换电路 7.1.1
单限比较器是指只有一个门限电压的比较器。当输入电 压在增大或减小的过程中通过门限电压UT时，输出电压产生跃变， 从高电平UOH跳为低电平UOL，或从低电平UOL跳为高电平UOH。
将电压比较器的输出电压 uo与输入电压ui的函数关系 uo=f(ui)用曲线描述，称为电压传输特性。
(1) 在电压比较器中，集成运放大多工作在非线性区，运 放结构大多为开环或正反馈结构（例题7-1为少见的特例），输出 电压也只有高、 低两种电平。对于运放的这种非线性运用，无论 电路结构如何复杂，分析输出电压时，分析的基准点还是采用运 放的同相与反相输入端电压的比较，即
u+>u-时，uo=UOH; u+<u-时，uo=UOL
第7章 信号产生与转换电路
图7-7 (a) 窗口比较器;
(b) 三态比较器
第7章 信号产生与转换电路
窗口比较器可由两个单限比较器构成，如图7-8（a）所 示。 如果设UR1=5.5 V, UR2=4.5 V, 则当ui=5 V时，A1、A2输出都 是高电平，因此VD1、VD2截止，输出电压uo为高电平UOH≈E；当输入 电压ui≥UR1时，A1输出低电位，VD1导通，将输出电压钳位于低电 位UOL；当输入电压ui≤UR2时，A2输出低电位，VD2导通， 也将输出 电压钳位于低电位UOL。因此，上门限电压为UT+= UR1=5.5V, 下门 限电压为UT-=UR2=4.5 V。其传输特性曲线如图7-8（b）所示。该电 路可用于监视数字集成电路的供电电源，以保证集成电路安全正 常地工作在典型电压附近。
=6 V。
该电路的传输特性曲线如图7-9（c），根据输入三角波， 其输出波形如图7-9（d）。
第7章 信号产生与转换电路
【例7-2】 图7-10(a)单限比较器电路中，R1=R2=5 kΩ， 基准电压UREF=2 V，稳压管的稳压值为UZ=±5 V，它的输入电压为 图7-10(b)所示三角波，试画出该单限比较器的传输特性曲线及
第7章 信号产生与转换电路 图7-9 例7-1电路与波形图
第7章 信号产生与转换电路
当ui>0时，限流电阻R中电流iR由左向右，流经反馈支路 时， 使右侧稳压管工作在反向击穿区，此时，输出电压uo等于 UOL=-6 V。
当ui<0时，限流电阻R中电流iR由右向左，流经反馈支路 时， 使左侧稳压管工作在反向击穿区，此时，输出电压uo等于UOH
第7章 信号产生与转换电路
图7-4 运放构成的双稳态触发器及其传输特性
（a） 电路结构；
（b） 传输特性
第7章 信号产生与转换电路
(1) 设输出端处在高电平UOH状态，则经R1、R2分压后，反馈 电压
uf
R1
R2
R2
U
OH
UT
(7 – 1)
只要输入电压ui<UT+，输出端就能始终保持在高电平UOH状态（稳态 之一）。只有当ui>UT+时，才能使输出端由高电平UOH 跳变到低电 平UOL。通常UT+称为上门限电压或关闭电压。
式(7-3)表明，如果想减小回差，应当使R2R1，但这将使触发电路 的可靠性降低。
第7章 信号产生与转换电路 图 7-5 迟滞比较器抗干扰模型示意
第7章 信号产生与转换电路 图7-6同相型施密特触发器及其传输特性
第7章 信号产生与转换电路
由图7-6（a）可见，运放同相端的电压u＋为
u
R2 R1 R2
第7章 信号产生与转换电路 图7-1所示电路为电压比较器。当ui>uR时，比较器的输出
为高电平UOH；当ui<uＲ时，比较器的输出为低电平UOL。这种规定完 全是人为的规定，通常视后级所跟电路而变。当比较器的输出电 压由一种状态跳变为另一种状态时，相应的输入电压通常称为阈 值电压或门限电压。记作UT。
第7章 信号产生与转换电路
(2) 设输出端处在低电平UOL状态，则经R1、R2分压后， 反馈电压uf为
uf
R1
R2 R2
UOL
UT
(7 – 2)
只要输入电压ui>UT-，输出端就能始终保持在低电平UOL状态（稳态 之一）。只有当ui<UT-时，才能使输出端由低电平UOL 跳变到高电 平UOH。通常UT-称为下门限电压或开启电压。
UT
(7-10)
uo经R向C充电，一旦使uC>UT+, 输出电压就由UOH跳变到UOL。
第7章 信号产生与转换电路
uo=UOL后, 运放同相端的电压uf为
uf
R1
R2 R2
UOL
UT
(7-11)
此时RC支路中，电容器C经电阻R向UOL放电至0，并进而在UOL作用下 向C反向充电（为便于理解，读者可假定UOL为一负电压）。一旦 uC<UT-, 输出电压即刻又由UOL回跳变到UOH。
单限比较器的电路及其传输特性如图7-2所示。图中比较 器均由通用集成运放组成。
第7章 信号产生与转换电路 图7-2 单门限比较器举例
第7章 信号产生与转换电路 图7-3 干扰对零电位比较器的影响
第7章 信号产生与转换电路
7.1.2 迟滞比较器
运算放大器有两个输入端，如果将输出信号反馈到同相 输入端就构成一个正反馈闭环系统，如图7-4(a)所示，该电路是 一种典型的由运放构成的双稳态触发器，又称施密特触发器。图 中R1、R2构成正反馈网络。因为集成运放具有很高的开环电压增益， 所以同相输入端（+）与反向输入端（－）只需很小的电压（约 ±1 mV），就能使输出端的电压接近于电源电压。因此， 电路一 旦接通，输出端就会处于高电位UOH，或者处于低电位UOL。UOH和UOL 的值分别接近于运放的供电电源±E。
第7章 信号产生与转换电路
根据反相型施密特触发器的分析可知， 上、 下门限电压分别为
UT
R2 R1 R2
UOH
(7-8)
UT
R2 R1 R2
UOL
(7-9)
式中,UOH和UOL分别为运算放大器输出端正向和负向最大 输出电压。
若设uo=UOH, 则运放同相端的电压uf为
uf
R1
R2
R2
U
OH
第7章 信号产生与转换电路 图7-8 窗口比较器电路与传输特性
第7章 信号产生与转换电路 7.1.4
【 例 7-1】 图 7-9(a) 为 一 单 限 比 较 器 ， 稳 压 管 的 稳 压 值 为 UZ=±6 V；其输入电压为图7-9(b) 所示三角波，试画出该单限比 较器的传输特性曲线及输出电压uo的波形。
而回差为
U H
UT
UT
R2 R1
(UOH
UOL )
(7-7)
本节所介绍的迟滞比较器，输入信号在单方向持续增大 或持续减小过程中， 只经历一个门限值，因此许多教材均将该类 比较器归为单限比较器之类。 迟滞比较器与普通单限比较器又存 在明显区别， 因此为防止读者混淆，这里暂且将其单独分类。
第7章 信号产生与转换电路 第7章 信号产生与转换电路
7.1 电压比较器 7.2 非正弦波发生器 7.3 正弦波发生器 7.4 精密整流电路
第7章 信号产生与转换电路
7.1 电 压 比 较 器
电压比较器是对两个模拟输入电压进行比较，并将比较结 果输出的电路。通常两个输入电压一个为参考电压uR，另一个为外 加输入电压ui。比较器的输出有两种可能状态：高电平或低电平， 因此集成运放常常工作在非线性区。由于输出只有高低两种状态， 是数字量，因此比较器往往是模拟电路与数字电路的接口电路。
输出电压uo波形。
解 比较器中运放为开环结构，工作在非线性区，输 出电压uo为稳压管的正负高低电平值±5 V。
为UOL=-5（V1，）解当得u-当>uu+i，>-即R21 RV1R时2 ，ui 输R出1 R为2RU2 UOL=RE-F5
0
V。
时，输出
UOH=5
V（，2解）得当当u-u<iu<+-时2 ，V时即R，1 R1输R2出ui为 URO1HR=25R2
第7章 信号产生与转换电路 图7-11 例7-3 电压传输特性和电路图
第7章 信号产生与转换电路
由
u
R2 R1 R2
ui
R1 R1 R2
uo
u
0
得门限电压为
UT
R1 R2
U
Z
R1 R2
6V
3V
即
R2 2R1
所以，不妨取R1为25 kΩ，R2为50 kΩ。
第7章 信号产生与转换电路
7.1.5 通过本节对三种比较器的介绍， 可以归纳出如下结论：
图 7-1 电压比较器
第7章 信号产生与转换电路
图7-1 中 的运放 可 以采用 专 门的集 成 比较器 （ 如国产 BG307， 国外产品μA710），也可以采用通用的集成运算放大器。 它们的主要区别在于输出的电压幅值不一样。 BG307等专用集成 比较器的输出电压幅值符合直接与TTL电路相连接的要求。即高电 平大于3.3 V， 低电平小于-0.4 V。 分别相当于数字电路中的1 和0。 而由通用集成运放构成的比较器， 其输出幅值为运放的正 负输出极大值。通常为运放所在电路的正负电源值，如±12 V， 只有增添附加的钳位电路，才能满足数字电路的逻辑电平要求。
第7章 信号产生与转换电路 7.1.1
单限比较器是指只有一个门限电压的比较器。当输入电 压在增大或减小的过程中通过门限电压UT时，输出电压产生跃变， 从高电平UOH跳为低电平UOL，或从低电平UOL跳为高电平UOH。
将电压比较器的输出电压 uo与输入电压ui的函数关系 uo=f(ui)用曲线描述，称为电压传输特性。
(1) 在电压比较器中，集成运放大多工作在非线性区，运 放结构大多为开环或正反馈结构（例题7-1为少见的特例），输出 电压也只有高、 低两种电平。对于运放的这种非线性运用，无论 电路结构如何复杂，分析输出电压时，分析的基准点还是采用运 放的同相与反相输入端电压的比较，即
u+>u-时，uo=UOH; u+<u-时，uo=UOL
第7章 信号产生与转换电路
图7-7 (a) 窗口比较器;
(b) 三态比较器
第7章 信号产生与转换电路
窗口比较器可由两个单限比较器构成，如图7-8（a）所 示。 如果设UR1=5.5 V, UR2=4.5 V, 则当ui=5 V时，A1、A2输出都 是高电平，因此VD1、VD2截止，输出电压uo为高电平UOH≈E；当输入 电压ui≥UR1时，A1输出低电位，VD1导通，将输出电压钳位于低电 位UOL；当输入电压ui≤UR2时，A2输出低电位，VD2导通， 也将输出 电压钳位于低电位UOL。因此，上门限电压为UT+= UR1=5.5V, 下门 限电压为UT-=UR2=4.5 V。其传输特性曲线如图7-8（b）所示。该电 路可用于监视数字集成电路的供电电源，以保证集成电路安全正 常地工作在典型电压附近。
=6 V。
该电路的传输特性曲线如图7-9（c），根据输入三角波， 其输出波形如图7-9（d）。
第7章 信号产生与转换电路
【例7-2】 图7-10(a)单限比较器电路中，R1=R2=5 kΩ， 基准电压UREF=2 V，稳压管的稳压值为UZ=±5 V，它的输入电压为 图7-10(b)所示三角波，试画出该单限比较器的传输特性曲线及
第7章 信号产生与转换电路 图7-9 例7-1电路与波形图
第7章 信号产生与转换电路
当ui>0时，限流电阻R中电流iR由左向右，流经反馈支路 时， 使右侧稳压管工作在反向击穿区，此时，输出电压uo等于 UOL=-6 V。
当ui<0时，限流电阻R中电流iR由右向左，流经反馈支路 时， 使左侧稳压管工作在反向击穿区，此时，输出电压uo等于UOH
第7章 信号产生与转换电路
图7-4 运放构成的双稳态触发器及其传输特性
（a） 电路结构；
（b） 传输特性
第7章 信号产生与转换电路
(1) 设输出端处在高电平UOH状态，则经R1、R2分压后，反馈 电压
uf
R1
R2
R2
U
OH
UT
(7 – 1)
只要输入电压ui<UT+，输出端就能始终保持在高电平UOH状态（稳态 之一）。只有当ui>UT+时，才能使输出端由高电平UOH 跳变到低电 平UOL。通常UT+称为上门限电压或关闭电压。
式(7-3)表明，如果想减小回差，应当使R2R1，但这将使触发电路 的可靠性降低。
第7章 信号产生与转换电路 图 7-5 迟滞比较器抗干扰模型示意
第7章 信号产生与转换电路 图7-6同相型施密特触发器及其传输特性
第7章 信号产生与转换电路
由图7-6（a）可见，运放同相端的电压u＋为
u
R2 R1 R2
第7章 信号产生与转换电路 图7-1所示电路为电压比较器。当ui>uR时，比较器的输出
为高电平UOH；当ui<uＲ时，比较器的输出为低电平UOL。这种规定完 全是人为的规定，通常视后级所跟电路而变。当比较器的输出电 压由一种状态跳变为另一种状态时，相应的输入电压通常称为阈 值电压或门限电压。记作UT。
第7章 信号产生与转换电路
(2) 设输出端处在低电平UOL状态，则经R1、R2分压后， 反馈电压uf为
uf
R1
R2 R2
UOL
UT
(7 – 2)
只要输入电压ui>UT-，输出端就能始终保持在低电平UOL状态（稳态 之一）。只有当ui<UT-时，才能使输出端由低电平UOL 跳变到高电 平UOH。通常UT-称为下门限电压或开启电压。
UT
(7-10)
uo经R向C充电，一旦使uC>UT+, 输出电压就由UOH跳变到UOL。
第7章 信号产生与转换电路
uo=UOL后, 运放同相端的电压uf为
uf
R1
R2 R2
UOL
UT
(7-11)
此时RC支路中，电容器C经电阻R向UOL放电至0，并进而在UOL作用下 向C反向充电（为便于理解，读者可假定UOL为一负电压）。一旦 uC<UT-, 输出电压即刻又由UOL回跳变到UOH。
单限比较器的电路及其传输特性如图7-2所示。图中比较 器均由通用集成运放组成。
第7章 信号产生与转换电路 图7-2 单门限比较器举例
第7章 信号产生与转换电路 图7-3 干扰对零电位比较器的影响
第7章 信号产生与转换电路
7.1.2 迟滞比较器
运算放大器有两个输入端，如果将输出信号反馈到同相 输入端就构成一个正反馈闭环系统，如图7-4(a)所示，该电路是 一种典型的由运放构成的双稳态触发器，又称施密特触发器。图 中R1、R2构成正反馈网络。因为集成运放具有很高的开环电压增益， 所以同相输入端（+）与反向输入端（－）只需很小的电压（约 ±1 mV），就能使输出端的电压接近于电源电压。因此， 电路一 旦接通，输出端就会处于高电位UOH，或者处于低电位UOL。UOH和UOL 的值分别接近于运放的供电电源±E。
第7章 信号产生与转换电路
根据反相型施密特触发器的分析可知， 上、 下门限电压分别为
UT
R2 R1 R2
UOH
(7-8)
UT
R2 R1 R2
UOL
(7-9)
式中,UOH和UOL分别为运算放大器输出端正向和负向最大 输出电压。
若设uo=UOH, 则运放同相端的电压uf为
uf
R1
R2
R2
U
OH
第7章 信号产生与转换电路 图7-8 窗口比较器电路与传输特性
第7章 信号产生与转换电路 7.1.4
【 例 7-1】 图 7-9(a) 为 一 单 限 比 较 器 ， 稳 压 管 的 稳 压 值 为 UZ=±6 V；其输入电压为图7-9(b) 所示三角波，试画出该单限比 较器的传输特性曲线及输出电压uo的波形。
而回差为
U H
UT
UT
R2 R1
(UOH
UOL )
(7-7)
本节所介绍的迟滞比较器，输入信号在单方向持续增大 或持续减小过程中， 只经历一个门限值，因此许多教材均将该类 比较器归为单限比较器之类。 迟滞比较器与普通单限比较器又存 在明显区别， 因此为防止读者混淆，这里暂且将其单独分类。