北京航空航天大學(xué)《電子電路i》4.4.6-8-非正弦波發(fā)生電路

1、4.4.6 電壓比較器一、概述二、單限比較器三、滯回比較器四、窗口比較器五、集成電壓比較器精選PPT一、概述1. 電壓比較器的功能：比較電壓的大小。 廣泛用于各種報(bào)警電路。 輸入電壓是連續(xù)的模擬信號(hào)；輸出電壓表示比較的結(jié)果，只有高電平和低電平兩種情況。 使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓。2. 電壓比較器的描述方法 :電壓傳輸特性 uOf(uI)電壓傳輸特性的三個(gè)要素：（1）輸出高電平UOH和輸出低電平UOL（2）閾值電壓UT（3）輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓躍變的方向精選PPT3. 幾種常用的電壓比較器（1）單限比較器：只有一個(gè)閾值電壓（3）窗口比較器： 有兩個(gè)閾值電壓，輸入電壓?jiǎn)握{(diào)變化時(shí)

2、輸出電壓躍變兩次。（2）滯回比較器：具有滯回特性 輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓?jiǎn)握{(diào)變化使輸出電壓只躍變一次?；夭铍妷壕xPPT4、集成運(yùn)放的非線性工作區(qū)電路特征：集成運(yùn)放處于開環(huán)或僅引入正反饋集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)1) 凈輸入電流為02) uP uN時(shí)， uOUOM uP 0 時(shí) uO UOM; uI 0 時(shí) uO UOM 集成運(yùn)放的凈輸入電壓等于輸入電壓，為保護(hù)集成運(yùn)放的輸入端，需加輸入端限幅電路。集成運(yùn)放的凈輸入電壓最大值為UD精選PPT輸出限幅電路 為適應(yīng)負(fù)載對(duì)電壓幅值的要求，輸出端加限幅電路。UOH UZ1 UD2 UOL( UZ2 UD1)UOH UOL

3、UZUOH UZ UOL UD 不可缺少！精選PPT輸出限幅電路uO UZ（1）保護(hù)輸入端（2）加速集成運(yùn)放狀態(tài)的轉(zhuǎn)換電壓比較器的分析方法：（1）寫出 uP、uN的表達(dá)式，令uP uN，求解出的 uI即為UT；（2）根據(jù)輸出端限幅電路決定輸出的高、低電平；（3）根據(jù)輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端決定輸出電壓的躍變方向。精選PPT2. 一般單限比較器（1）若要UT 0，則應(yīng)如何修改電路？（2）若要改變曲線躍變方向，則應(yīng)如 何修改電路？（3）若要改變UOL、UOH呢？作用于反相輸入端精選PPT三、滯回比較器 1. 閾值電壓精選PPT三、滯回比較器 2. 工作原理及電壓傳輸特性 設(shè)uIUT，

4、則 uN uP， uO+UZ。此時(shí)uP +UT，增大 uI，直至+UT，再增大， uO才從+UZ躍變?yōu)?UZ。 設(shè) uI+UT，則 uN uP， uOUZ。此時(shí)uP UT，減小 uI，直至UT，再減小， uO才從UZ躍變?yōu)?UZ。精選PPT1. 若要電壓傳輸特性曲線左右移動(dòng)，則應(yīng)如何修改電路？討論一：如何改變滯回比較器的電壓傳輸特性2. 若要電壓傳輸特性曲線上下移動(dòng)，則應(yīng)如何修改電路？3. 若要改變輸入電壓過(guò) 閾值電壓時(shí)輸出電壓的 躍變方向，則應(yīng)如何修 改電路？改變輸出限幅電路精選PPT4.4.7-1 正弦波振蕩電路一、正弦波振蕩的條件和電路的組成二、RC正弦波振蕩電路三、LC正弦波振蕩電路四

5、、石英晶體正弦波振蕩電路精選PPT一、正弦波振蕩的條件和電路的組成1. 正弦波振蕩的條件 無(wú)外加信號(hào)，輸出一定頻率一定幅值的信號(hào)。 與負(fù)反饋放大電路的振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。在電擾動(dòng)下，對(duì)于某一特定頻率f0的信號(hào)形成正反饋： 由于半導(dǎo)體器件的非線性特性及供電電源的限制，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。精選PPT1. 正弦波振蕩的條件 一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出量自維持，即幅值平衡條件相位平衡條件起振條件： 要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在合閘通電時(shí)對(duì)于f= f0信號(hào)有從小到大直至穩(wěn)幅的過(guò)程，即滿足起振條件。精選PPT2. 起振

6、與穩(wěn)幅電路如何從起振到穩(wěn)幅？穩(wěn)定的振幅非線性環(huán)節(jié)的必要性！精選PPT3. 基本組成部分1) 放大電路：放大作用2) 正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿足相位條件3) 選頻網(wǎng)絡(luò)：確定f0，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩4) 非線性環(huán)節(jié)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）：穩(wěn)幅1) 是否存在主要組成部分；2) 放大電路能否正常工作，即是否有合適的Q點(diǎn)，信號(hào)是 否可能正常傳遞，沒有被短路或斷路；3) 是否滿足相位條件，即是否存在 f0，是否可能振蕩 ；4) 是否滿足幅值條件，即是否一定振蕩。常合二為一4、分析方法精選PPT相位條件的判斷方法：瞬時(shí)極性法 斷開反饋，在斷開處給放大電路加 ff0的信號(hào)Ui，且規(guī)定其極性，然后根據(jù) Ui的極性 Uo的極性

7、Uf的極性若Uf與Ui極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生自激振蕩。 在多數(shù)正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。極性？精選PPT5. 分類常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類。1) RC正弦波振蕩電路：幾百千赫以下2) LC正弦波振蕩電路：幾百千赫幾百兆赫3) 石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定精選PPT二、RC 正弦波振蕩電路1. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)低頻段高頻段 在頻率從0中必有一個(gè)頻率f0，F(xiàn)0。精選PPTRC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)當(dāng) f=f0時(shí)，不但=0，且 最大，為1/3。精選PPT1)是否可用共射放大電路？2)是否可用共集放大電路？3)是否可用共基放大電路？

8、4)是否可用兩級(jí)共射放大電路？2. 電路組成 應(yīng)為RC 串并聯(lián)網(wǎng)路配一個(gè)電壓放大倍數(shù)略大于3、輸入電阻趨于無(wú)窮大、輸出電阻趨于0的放大電路。不符合相位條件不符合相位條件輸入電阻小、輸出電阻大，影響f0 可引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使電壓放大倍數(shù)大于3，且Ri大、Ro小，對(duì)f0影響小精選PPT4.4.7-2 非正弦波發(fā)生電路一、常見的非正弦波二、矩形波發(fā)生電路三、三角波發(fā)生電路精選PPT一、常見的非正弦波矩形波三角波鋸齒波尖頂波階梯波矩形波是基礎(chǔ)波形，可通過(guò)波形變換得到其它波形。精選PPT二、矩形波發(fā)生電路 輸出無(wú)穩(wěn)態(tài)，有兩個(gè)暫態(tài)；若輸出為高電平時(shí)定義為第一暫態(tài)，則輸出為低電平為第二暫態(tài)。1. 基本組

9、成部分 （1）開關(guān)電路：輸出只有高電平和低電平兩種情況，稱為兩種狀態(tài)；因而采用電壓比較器。 （2）反饋網(wǎng)絡(luò)：自控，在輸出為某一狀態(tài)時(shí)孕育翻轉(zhuǎn)成另一狀態(tài)的條件。應(yīng)引入反饋。 （3）延遲環(huán)節(jié)：使得兩個(gè)狀態(tài)均維持一定的時(shí)間，決定振蕩頻率。利用RC電路實(shí)現(xiàn)。精選PPT2. 電路組成正向充電： uO（+UZ）RC地反向充電： 地C R uO（UZ）RC 回路滯回比較器精選PPT3. 工作原理：分析方法方法一： 設(shè)電路已振蕩，且在某一暫態(tài)，看是否能自動(dòng)翻轉(zhuǎn)為另一暫態(tài)，并能再回到原暫態(tài)。方法二： 電路合閘通電，分析電路是否有兩個(gè)暫態(tài)，而無(wú)穩(wěn)態(tài)。 設(shè)合閘通電時(shí)電容上電壓為0，uO上升，則產(chǎn)生正反饋過(guò)程： uO

10、 uN uO ，直至 uOUZ， uP+UT，第一暫態(tài)。精選PPT3. 工作原理：分析 電容正向充電，t uN，t ， uN UZ；但當(dāng)uN +UT時(shí)，再增大， uO從+ UZ躍變?yōu)?UZ， uPUT，電路進(jìn)入第二暫態(tài)。 電容反向充電，t uN，t ， uN - UZ；但當(dāng)uN UT時(shí)，再減小， uO從- UZ躍變?yōu)?UZ， uP+UT，電路返回第一暫態(tài)。第一暫態(tài)：uOUZ， uP+UT。精選PPT脈沖寬度4. 波形分析精選PPT 正向充電和反向充電時(shí)間常數(shù)可調(diào)，占空比就可調(diào)。5. 占空比可調(diào)電路為了占空比調(diào)節(jié)范圍大，R3應(yīng)如何取值？精選PPT三、三角波發(fā)生電路 1. 電路組成 用積分運(yùn)算電路

11、可將方波變?yōu)槿遣?。兩個(gè)RC環(huán)節(jié)實(shí)際電路將兩個(gè)RC 環(huán)節(jié)合二為一為什么采用同相輸入的滯回比較器？uO要取代uC，必須改變輸入端。集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析方法：化整為零（分塊），分析功能（每塊），統(tǒng)觀整體，性能估算精選PPT2. 工作原理滯回比較器積分運(yùn)算電路求滯回比較器的電壓傳輸特性：三要素 UOH 、 UOL ， UT， uI過(guò)UT時(shí)曲線的躍變方向。精選PPT 合閘通電，通常C 上電壓為0。設(shè)uO1 uP1 uO1，直至uO1 UZ（第一暫態(tài)）；積分電路反向積分，t uO，一旦uO過(guò) UT ，uO1從 UZ躍變?yōu)?UZ （第二暫態(tài)） 。 積分電路正向積分，t uO， 一旦uO過(guò) UT ， uO

12、1從 UZ躍變?yōu)?UZ ，返回第一暫態(tài)。重復(fù)上述過(guò)程，產(chǎn)生周期性的變化，即振蕩。 電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)，uP1=?三角波發(fā)生電路的振蕩原理精選PPT3. 波形分析 如何調(diào)整三角波的幅值和頻率？為什么為三角波？怎樣獲得鋸齒波？ “理性地調(diào)試”：哪些參數(shù)與幅值有關(guān)？哪些參數(shù)與頻率有關(guān)？先調(diào)哪個(gè)參數(shù)？精選PPT4.4.8 有源濾波電路一、概述二、低通濾波器三、高通、帶通、帶阻濾波器四、狀態(tài)變量型濾波器精選PPT1. 濾波電路的功能 使指定頻段的信號(hào)順利通過(guò)，其它頻率的信號(hào)被衰減。2. 濾波電路的種類低通濾波器（LPF）通帶放大倍數(shù)通帶截止頻率下降速率理想幅頻特性無(wú)過(guò)渡帶一、概述用幅頻特性描述濾波特性，要研

13、究 、 ( fP、下降速率)。精選PPT高通濾波器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF）全通濾波器（APF）理想濾波器的幅頻特性阻容耦合通信電路抗已知頻率的干擾f-轉(zhuǎn)換精選PPT空載時(shí)帶負(fù)載時(shí)3. 無(wú)源濾波電路和有源濾波電路 負(fù)載變化，通帶放大倍數(shù)和截止頻率均變化。精選PPT 無(wú)源濾波電路的濾波參數(shù)隨負(fù)載變化；有源濾波電路的濾波參數(shù)不隨負(fù)載變化，可放大，不能輸出高電壓大電流。有源濾波電路 用電壓跟隨器隔離濾波電路與負(fù)載電阻精選PPT二、低通濾波器1. 同相輸入 對(duì)于LPF，頻率趨于0時(shí)的放大倍數(shù)即為通帶放大倍數(shù)。求解傳遞函數(shù)時(shí)，只需將放大倍數(shù)中的 j用 s 取代即可。一階LPF經(jīng)拉

14、氏變換得傳遞函數(shù)頻率趨于0時(shí)的放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)決定于RC環(huán)節(jié)表明進(jìn)入高頻段的下降速率為20dB/十倍頻（1）一階電路精選PPT1. 同相輸入（1）一階電路：幅頻特性 為了使過(guò)渡帶變窄，需采用多階濾波器，即增加RC環(huán)節(jié)。在Au(s)表達(dá)式分母中s的方次就是濾波器的階數(shù)。精選PPT（2）簡(jiǎn)單二階LPF截止頻率 fp 0.37f0分析方法：電路引入了負(fù)反饋利用節(jié)點(diǎn)電流法求解輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。精選PPT（3）壓控電壓源二階LPF引入正反饋為使 fp=f0，且在f=f0時(shí)幅頻特性按40dB/十倍頻下降。 f0時(shí)，C1斷路，正反饋斷開，放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)； f ， C2短路，正反饋不起作

15、用，放大倍數(shù)小0 ； 因而有可能在f = f 0時(shí)放大倍數(shù)等于或大于通帶放大倍數(shù)。對(duì)于不同頻率的信號(hào)正反饋的強(qiáng)弱不同。精選PPT壓控電壓源二階LPF的分析 列P、M點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電流方程，整理可得：精選PPT2. 反相輸入低通濾波器積分運(yùn)算電路的傳遞函數(shù)為加R2后， f0，C 斷開，通帶放大倍數(shù)，精選PPTOOO三、高通、帶通、帶阻有源濾波器1. 高通濾波器（HPF） 與LPF有對(duì)偶性，將LPF的電阻和電容互換，就可得一階HPF、簡(jiǎn)單二階HPF、壓控電壓源二階HPF電路。2. 帶通濾波器（BPF）3. 帶阻濾波器（BEF）fHfLfHfL精選PPT四、狀態(tài)變量型濾波器要點(diǎn)：將比例、積分、求和等基本運(yùn)算電路組合成自由設(shè)置傳遞函數(shù)、實(shí)現(xiàn)各種濾波功能的電路，稱為狀態(tài)變量型濾波器。通帶放大倍數(shù)決定于負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。利用“逆運(yùn)算”方法。 f0時(shí)負(fù)反饋?zhàn)顝?qiáng)， A1輸出電壓0； f 時(shí)C 相當(dāng)于短路，A2輸出電壓0，電路開環(huán)， A1輸出電壓UOM，工作到非線性區(qū)；需引入負(fù)反饋決定通帶放大倍數(shù)。精選PPT四、狀態(tài)變量濾波器 二階電路的組成精選PPT運(yùn)算電路與有源濾波器的比較相同之處電路中均引入深度負(fù)反饋，因而集成運(yùn)放均工作在線性區(qū)。均具有