電壓比較器和濾波器ppt課件

1、 第一部分第一部分 集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性 ：表示：表示“放大器放大器”兩個(gè)兩個(gè)輸入端輸入端uN：反相輸入端：反相輸入端uP：同相輸入端：同相輸入端一個(gè)輸出端：一個(gè)輸出端： uo為了簡(jiǎn)化起見，常將接地端省去。為了簡(jiǎn)化起見，常將接地端省去。Aod：開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)：開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aoduo+uNuPAoduo+uNuP一、符號(hào)一、符號(hào)二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性指輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系曲線。指輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系曲線。線性區(qū)線性區(qū)(放大區(qū)放大區(qū))：uo = Aod(uP uN) 非線性區(qū)非線性區(qū)(飽和區(qū)飽和區(qū))：uo = UoM線性區(qū)線性區(qū)+Uo

2、M uP uNuoUoM Ouo= f (ui) = f (uP uN)飽和區(qū)飽和區(qū)由于由于Aod非常高，因而線性區(qū)非常窄。非常高，因而線性區(qū)非常窄。三、三、 理想集成運(yùn)放理想集成運(yùn)放二、符號(hào)二、符號(hào)1 1、條件、條件Aod ， rid ，ro 0 ， KCMR Auo+uNuP三、電壓傳輸特性三、電壓傳輸特性 uo= f uo= f (ui)(ui)+UoM uP uNuoUoM O四、理想運(yùn)放兩個(gè)工作區(qū)域的特點(diǎn)四、理想運(yùn)放兩個(gè)工作區(qū)域的特點(diǎn)1 1、工作在線性區(qū)的分析依據(jù)、工作在線性區(qū)的分析依據(jù)(1) Aod ，uo =Aod (uP uN ) uo為一有限值為一有限值 uP= uN，稱，稱

3、“虛短虛短” iP= iN 0 ，稱，稱“虛斷虛斷” Aod越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須加負(fù)反饋才能使其工作于線性區(qū)。須加負(fù)反饋才能使其工作于線性區(qū)。若若uP或或 uN接地，則稱接地，則稱“虛虛地地”。(2) rid ，兩個(gè)輸入端電，兩個(gè)輸入端電流為零。流為零。iNiPAuouPuN+rid uouPuN+ ro- -Aod(uP uN)2、工作在飽和區(qū)的分析依據(jù)、工作在飽和區(qū)的分析依據(jù)(一般工作于開環(huán)或正反饋狀態(tài)一般工作于開環(huán)或正反饋狀態(tài)) +UOM uP uNuoUOM飽和區(qū)飽和區(qū) O飽和區(qū)飽和區(qū)(1) 輸出只有兩種可能：輸出只有兩種可能： +UOM 或或UO

4、M當(dāng)當(dāng)uP uN 時(shí)，時(shí)， uo = + UOM當(dāng)當(dāng)uP uN 時(shí)，時(shí)， uo = + UoM當(dāng)當(dāng)uP uN 時(shí)，時(shí)， uo = UoM輸出只有兩種可能：輸出只有兩種可能：+UoM 或或UoM2、 單限比較器單限比較器UREFuouI+AUREFuouI+A電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：uo= f (uI)uIuoOUREFuIuoOUREF簡(jiǎn)單電壓比較器簡(jiǎn)單電壓比較器uIuoOUREF閾值電壓：輸出電壓從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電閾值電壓：輸出電壓從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值，用平所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值，用UT表示。表示。圖中：圖中：UT= UREFuIuoOUREF只有一個(gè)閾值電壓的

5、電路稱單限比較器。只有一個(gè)閾值電壓的電路稱單限比較器。當(dāng)當(dāng)UREF = 0時(shí)，稱為過(guò)零比較器。時(shí)，稱為過(guò)零比較器。3、一般單限比較器、一般單限比較器UREFuouI+AR2R1I22 1IREFNuRRRuUuI2 11REF2 12uRRRURRRREF 12TURRU電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：uIuoOUT電壓傳輸特性的三要素求解法：電壓傳輸特性的三要素求解法：例例1 1：如圖所示電路，如圖所示電路， 集成運(yùn)放的最大輸出電壓集成運(yùn)放的最大輸出電壓UOM= 12V，R1=R2 。試求：。試求：(1) 電位器調(diào)到最大值時(shí)電路的電壓傳輸特性；電位器調(diào)到最大值時(shí)電路的電壓傳輸特性；(2) 電位器

6、調(diào)到最小值時(shí)的閾值電壓。電位器調(diào)到最小值時(shí)的閾值電壓。+2VuouI- -A+R2R1解：解：(1)I12 1IP5 . 0 uRRRuuV2NuV4TIUuuI/VUo/VO4(2)V2NIPuuuV2TU4、 滯回比較器滯回比較器單限電壓比較器的缺點(diǎn)：?jiǎn)蜗揠妷罕容^器的缺點(diǎn)：UREFuouI+AR2R1若輸入電壓若輸入電壓uI在閾值電壓附近波動(dòng)在閾值電壓附近波動(dòng)tuIUTtuOUOHUOL抗干擾能力差?？垢蓴_能力差。為此采用滯回比較器：為此采用滯回比較器：當(dāng)輸入電壓在一定的當(dāng)輸入電壓在一定的范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓保持不變。電壓保持不變。反相輸入滯回比較器反相輸入滯回比較器I

7、Nuu電路引入了正反饋電路引入了正反饋uoUREF+AR1R2uIREF 12 1REFoPURRRUuuREF2 12OM2 11)(URRRURRRREF2 12o2 11URRRuRRRREF2 12OM2 11T1URRRURRRUREF2 12OM2 11T2URRRURRRUuoUREF+AR1R2uIuIuoO UT1UT2回差電壓回差電壓( (或門限寬度、滯遲寬度或門限寬度、滯遲寬度) )：uIuoO UT1UT2OM2 112URRRuIuoOUT-UT-UTuouI+AR1R2同相輸入滯回比較器同相輸入滯回比較器0NuI 12 1IoPuRRRuuuuouI+AR1R2I2

8、 12OM2 11uRRRURRROM21TURRUI2 12o2 11uRRRuRRRuIuoOUT-UT-UTuouI+AR1R25、窗口比較器、窗口比較器(P59)uouI+A1URH+A2URLD1D2R1 R2DZuIuoOURLURH又稱雙限比較器又稱雙限比較器例例2 2：如圖所示電路，如圖所示電路，UOM=12V，R1=10k，R2=50k。求下列兩種情況下電路的閾值電壓。求下列兩種情況下電路的閾值電壓并畫出電壓傳輸特性。并畫出電壓傳輸特性。(1) UREF=0V； (2) UREF=6V解：解：(1)OM2 11TURRRUuoUREF+AR1R2uIV212501010uI/

9、VUo/VO2-2-2(2)當(dāng)當(dāng) UREF=6V時(shí)時(shí)uoUREF+AR1R2uIREF2 12OM2 11T1URRRURRRUV7650105012501010REF2 12OM2 11T1URRRURRRUV3650105012501010uI/VUo/VO37第二部分第二部分 有源濾波器有源濾波器uAupAOf通帶通帶fp阻帶阻帶低通濾波器低通濾波器(LPF)uAupAOf阻帶阻帶fp通帶通帶高通濾波器高通濾波器(HPF)uAupAOf阻帶阻帶fp1通帶通帶帶通濾波器帶通濾波器(BPF)阻帶阻帶fp2uAupAOf通帶通帶fp1阻帶阻帶帶阻濾波器帶阻濾波器(BEF)通帶通帶fp2RCUU

10、Auj11ioioj1j1UCRCUCR+iU+oUij11URCpj11ffRCf21p令：令：通帶截止頻率通帶截止頻率低通濾波器的幅頻特性：低通濾波器的幅頻特性：2p11ffAupj11ffAu當(dāng)當(dāng)f =0時(shí)，時(shí)，1uA當(dāng)當(dāng)f =fp時(shí)，時(shí)，707. 021uA當(dāng)當(dāng)f 時(shí)，時(shí)，0uAfpfOuA10.707當(dāng)頻率大于當(dāng)頻率大于fp時(shí)，信號(hào)被時(shí)，信號(hào)被很快衰減。很快衰減。 具有具有“低通低通特性。特性。RCUUAuj111ioioj1UCRRUCR+iU+oUij111URCffpj11RCf21p其中：其中：當(dāng)當(dāng)f =0時(shí)，時(shí)，1uA當(dāng)當(dāng)f =fp時(shí)，時(shí)，707. 021uA當(dāng)當(dāng)f 時(shí)，時(shí)

11、，0uA2p11ffAu高通濾波器的幅頻特性：高通濾波器的幅頻特性：fpfOuA10.707(1)電路的增益小，最大僅為電路的增益小，最大僅為1；(2)帶負(fù)載能力差。帶負(fù)載能力差。iLLoj1/j1/UCRRCRUCR+iU+oURLiLLL)/(j1UCRRRRRppj11ffAuCRRRRRUUAu)/(j1LLLioCR+iU+oURLppj11ffAuCRRRRRUUAu)/(j1LLLio其中：其中：LLpRRRAu通帶電壓放大倍數(shù)通帶電壓放大倍數(shù)CRRf)/(21Lp通帶截止頻率通帶截止頻率可見：通帶放大倍數(shù)和通帶截止頻率均隨負(fù)載可見：通帶放大倍數(shù)和通帶截止頻率均隨負(fù)載變化而變化，

12、即帶負(fù)載能力差。變化而變化，即帶負(fù)載能力差。1LLpRRRAuRCCRRf21)/(21LpuiuoR2uCCRR1+App12ioj1j11ffARCRRUUAuuiCPj11URCUUP12o)(1URRU12p1RRAu其中：其中：通帶電壓放大倍數(shù)通帶電壓放大倍數(shù)RCf21p通帶截止頻率通帶截止頻率pp12ioj1j11ffARCRRUUAuuppj11ffAAuu對(duì)數(shù)幅頻特性：對(duì)數(shù)幅頻特性：2p2pp1lg1011lg20lg20ffffAAuu當(dāng)當(dāng)f =0時(shí)，時(shí)，dB0lg20puuAA當(dāng)當(dāng)f =fp時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)f =10fp時(shí)，時(shí)，dB32lg10lg20puuAAdB20lg20

13、puuAA當(dāng)當(dāng)f =0時(shí)，時(shí)，dB0lg20puuAA當(dāng)當(dāng)f =fp時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)f =10fp時(shí)，時(shí)，dB3lg20puuAAdB20lg20puuAAf / fpdB/lg20puuAAO-3-200.1110-20dB/-20dB/倍頻倍頻為了改善濾波效為了改善濾波效果，常采用二階果，常采用二階有源低通濾波器。有源低通濾波器。二階有源低通濾波器二階有源低通濾波器uiRCuoR2CRR1+A常用的二階有源低通濾波器常用的二階有源低通濾波器uiRCuoR2CRR1+ACRuiuoR2R1+AffARCRRUUAuupp12ioj1j111iiPj111j1URCUCRRUP12o)(1URRU12p1RRAu其中：其中：通帶電壓放大倍數(shù)通帶電壓放大倍數(shù)RCf21p通帶截止頻率通帶截止頻率ffAAuuppj11對(duì)數(shù)幅頻特性：對(duì)數(shù)幅頻特性：2p2pp1lg1011lg20lg20ffffAAuu當(dāng)當(dāng)f =fp時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)f =10fp時(shí)，時(shí)，dB32lg10lg20puuAAdB0lg20puuAAffARCRRUUAuupp12ioj1j111當(dāng)當(dāng)f =0.1fp時(shí)，時(shí)，dB20lg20puuAAf / fpdB/lg20puuAAO-3-200.1110-20dB/倍頻倍頻為了改善濾波