西電模電- 電壓比較器

會(huì)計(jì)學(xué)1西電模電——電壓比較器其中

可見，該電路具有帶阻特性。第1頁(yè)/共56頁(yè)取摸擬無耗等效電感二.模擬電感。1.無耗接地電感第2頁(yè)/共56頁(yè)由模擬電感構(gòu)成的帶通濾波器第3頁(yè)/共56頁(yè)其中可見，該電路等效一有耗電感。1.有耗接地電感。第4頁(yè)/共56頁(yè)由模擬電感構(gòu)成的帶阻濾波器選擇即可實(shí)現(xiàn)由模擬電感構(gòu)成的二階帶阻濾波器在處第5頁(yè)/共56頁(yè)第3章電壓比較器、馳張振蕩器

及模擬開關(guān)3.1電壓比較器3.2馳張振蕩器3.3模擬開關(guān)第6頁(yè)/共56頁(yè)

電壓比較器的功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個(gè)電平。3.1電壓比較器

電壓比較器有專用的集成芯片可供使用，也可用集成運(yùn)放組成，這里只討論后者。由于比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài)，因此，用作比較器的運(yùn)放將工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。比較器在信號(hào)變換、檢測(cè)和波形產(chǎn)生電路中有廣泛應(yīng)用。

此外由于高電平相當(dāng)于邏輯“1”，低電平相當(dāng)邏輯“0”，所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接口電路。第7頁(yè)/共56頁(yè)電壓比較器的基本特性1.輸出高電平(UoH)和低電平(UoL)

用運(yùn)放構(gòu)成的比較器，其輸出的高電平UoH和低電平UoL可分別接近于正電源電壓(UCC)和負(fù)電源電壓(-UCC)。電壓比較器的電路符號(hào)第8頁(yè)/共56頁(yè)理想的電壓比較器，在高、低電平轉(zhuǎn)換的門限UT處具有階躍的傳輸特性。

實(shí)際運(yùn)放的Aud不為無窮大。在UT附近存在著一個(gè)比較的不靈敏區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)輸出既非UoH，也非UoL，故無法對(duì)輸入電平大小進(jìn)行判別。2.鑒別靈敏度這就要求運(yùn)放：

顯然，Aud越大，則這個(gè)不靈敏區(qū)就越小，稱比較器的鑒別靈敏度越高。第9頁(yè)/共56頁(yè)轉(zhuǎn)換時(shí)間

3.轉(zhuǎn)換速度作為比較器的另一個(gè)重要特性就是轉(zhuǎn)換速度，即比較器輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。

通常要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短，以便實(shí)現(xiàn)高速比較。為此可對(duì)比較器施加正反饋，以提高轉(zhuǎn)換速度。第10頁(yè)/共56頁(yè)非線性應(yīng)用的條件：運(yùn)放開環(huán)或施加正反饋。理想集成運(yùn)放非線性應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn)非線性應(yīng)用特點(diǎn)：此時(shí)，兩輸入端“虛短路”的概念不再適用。第11頁(yè)/共56頁(yè)

一.反相電壓比較器電路如圖所示，輸入信號(hào)ui加在反相端，參考電壓ur加在同相端。3.3.1簡(jiǎn)單電壓比較器ui<ur

，uo=UOH當(dāng)ui>ur

，uo=UOL其傳輸特性

uo=f(ui)當(dāng)該電路的參考電壓為零時(shí)，則為反相過零比較器。

0第12頁(yè)/共56頁(yè)2.同相電壓比較器ui<ur

，uo=UOL當(dāng)ui>ur

，uo=UOH其傳輸特性

uo=f(ui)當(dāng)參考電壓為零時(shí)，則為同相過零比較器。電路如圖所示，輸入信號(hào)ui加在同相端，參考電壓ur加在反相端。

0第13頁(yè)/共56頁(yè)[例1].若ui=5sinωtVur=2V,UCC=12V。試畫出反相和同相比較器的輸出波形。反相比較器同相比較器第14頁(yè)/共56頁(yè)[例2].將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波。[例3].若ur為三角波，而ui為緩變信號(hào)，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。反相比較器反相過零比較器第15頁(yè)/共56頁(yè)簡(jiǎn)單比較器應(yīng)用中存在的問題①.輸出電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間受運(yùn)放的限制，使高頻脈沖的邊緣不夠陡峭；②.抗干擾能力差。在比較門限處，輸出將產(chǎn)生多次跳變。3.3.2.

遲滯比較器––雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第16頁(yè)/共56頁(yè)

為了解決以上兩個(gè)問題，在比較器中引入正反饋，構(gòu)成所謂“遲滯比較器”。這種比較器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)由于正反饋加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而改善了輸出波形的邊緣。一.反相遲滯比較器

反相遲滯比較器電路如圖所示。R1和R2將輸出電壓uo反饋到運(yùn)放的同相端，構(gòu)成正反饋。為簡(jiǎn)單計(jì)，R1端所接的參考電平為地電位。下面來分析該電路的傳輸特性第17頁(yè)/共56頁(yè)當(dāng)輸出一旦變?yōu)榈碗娖剑瑒t同相端也同時(shí)跳變?yōu)?/p>

當(dāng)ui很負(fù)使u－<u+時(shí)，uo為高電平UoH此時(shí)，同相端電位u+為

當(dāng)ui由負(fù)逐漸增大到ui=U+′時(shí)，輸出將由高電平跳變?yōu)榈碗娖?。?duì)于反相電路uo從高跳到低所對(duì)應(yīng)的ui電壓稱為上門限電壓，記為UTH。可見，UTH=U+′

由于，因而ui>以后，uo將維持在低電平。第18頁(yè)/共56頁(yè)

反之，ui由大逐漸變小時(shí)，由于同相端電位變?yōu)?/p>

因而ui必須小到時(shí)，輸出才由低電平跳變?yōu)楦唠娖?。此時(shí)的輸入電壓稱為下門限電壓，記為UTL。

UTL=對(duì)應(yīng)的傳輸特性曲線如圖所示。電壓的傳輸特性第19頁(yè)/共56頁(yè)

由于其傳輸特性很像磁性材料的磁滯回線，所以稱之為遲滯比較器或滯回比較器。

遲滯比較器的上、下門限電壓之差稱之為回差，用ΔU表示，即

回差ΔU的大小，將決定比較器的抗干擾能力，ΔU越大，則抗干擾能力越強(qiáng)。但同時(shí)使比較器的鑒別靈敏度降低。因?yàn)檩斎腚妷簎i的峰峰值必須大于回差，否則，輸出電平不可能轉(zhuǎn)換。第20頁(yè)/共56頁(yè)[例4].若ui=5sinωtV，R1=10k，R2=50k

，UCC=12V。試畫出反相遲滯比較器的輸出波形。解第21頁(yè)/共56頁(yè)有干擾下的遲滯比較器輸出波形第22頁(yè)/共56頁(yè)

二.同相遲滯比較器電路如圖所示，當(dāng)ui很負(fù)使u+<u－=0時(shí)，uo為低電平UoL。

此時(shí)，同相端電位u+為

當(dāng)ui由負(fù)增大到使U+′=0時(shí)，輸出將由低電平跳變?yōu)楦唠娖健４藭r(shí)的ui即為上門限電壓UTH。輸出一旦變?yōu)楦唠娖?，則同相端也同時(shí)跳變?yōu)閁TH=0由上式解得第23頁(yè)/共56頁(yè)

反之，ui由正減小到使時(shí)，輸出將由高電平跳變?yōu)榈碗娖?。此時(shí)的ui即為下門限電壓UTL。對(duì)應(yīng)的傳輸特性如圖所示。UTL=0由上式解得第24頁(yè)/共56頁(yè)作業(yè)：

p95

3-1，3-2，

3-3

若ui=6sinωtv，ur=5v，R1=20k，R2=50k

，UCC=12V。試畫出傳輸特性，并畫出輸出電壓波形。第25頁(yè)/共56頁(yè)一.簡(jiǎn)單電壓比較器第26頁(yè)/共56頁(yè)二.

遲滯比較器––雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第27頁(yè)/共56頁(yè)

振蕩器（又稱波形產(chǎn)生器）是一種沒有輸入信號(hào)，在加電之后能自動(dòng)產(chǎn)生一定形狀、一定幅度和一定頻率波形的電路。根據(jù)產(chǎn)生波形的形狀不同，振蕩器可分為后者主要產(chǎn)生方波、三角波和鋸齒波等非正弦波。張弛振蕩電路的類型非常多，本節(jié)只討論用集成運(yùn)放構(gòu)成的張弛振蕩電路。7–5張弛振蕩器第28頁(yè)/共56頁(yè)一.方波振蕩器

方波振蕩器是由運(yùn)放構(gòu)成反相遲滯比較器，再加一條RC充放電支路構(gòu)成，如圖示。其上、下門限分別為：第29頁(yè)/共56頁(yè)

1.振蕩器原理加電后若uo=UoH，UoH通過R向C充電，ui增大，達(dá)到UTH時(shí)，uo跳變?yōu)榈碗娖健?/p>

uo=UoL后，C反向充電，ui減小，降到UTL時(shí)，uo又跳變?yōu)楦唠娖健撕笾貜?fù)以上過程，周而復(fù)始產(chǎn)生振蕩。++第30頁(yè)/共56頁(yè)振蕩器電路中電容器端和輸出的電壓波形下面來計(jì)算振蕩頻率f0第31頁(yè)/共56頁(yè)首先計(jì)算周期T。T=T1+T2，

T1=T2，T=2T1。根據(jù)三要素法：則振蕩頻率其中第32頁(yè)/共56頁(yè)

可見，只要調(diào)節(jié)電位器動(dòng)臂的位置，使充、放電時(shí)常數(shù)不等，則占空比可調(diào)。但振蕩周期（頻率）保持不變。

為了表征方波高、低電平的對(duì)稱性，引入?yún)?shù)占空比D，D定義為高電平時(shí)間T1與周期T的比值，即顯然，上述電路由于T1=T2，T=2T1，所以D=0.5

如果要求占空比可調(diào):第33頁(yè)/共56頁(yè)如動(dòng)臂向上移動(dòng)時(shí)：T1<T2，D<0.5第34頁(yè)/共56頁(yè)二.三角波-方波振蕩器電路組成原理第35頁(yè)/共56頁(yè)反相比較器構(gòu)成的電路ui第36頁(yè)/共56頁(yè)2.同相比較器電路構(gòu)成的電路第37頁(yè)/共56頁(yè)

3.振蕩頻率f0

在T2時(shí)間內(nèi)，uC的變化量第38頁(yè)/共56頁(yè)三.鋸齒波產(chǎn)生器第39頁(yè)/共56頁(yè)

圖7–60占空比可調(diào)的弛張振蕩器第40頁(yè)/共56頁(yè)四.壓控張弛振蕩器

放大器

為保證振蕩的相位關(guān)系，uo1=UoH時(shí)，Au=－1，而uo1=UoL時(shí)，Au=+1。第41頁(yè)/共56頁(yè)uo1輸出的調(diào)頻方波波形

控制信號(hào)uS的波形EQUS第42頁(yè)/共56頁(yè)7–6模擬開關(guān)

模擬開關(guān)是電子系統(tǒng)中常用的基本單元電路，用來控制信號(hào)的通斷。

一個(gè)理想的模擬開關(guān)，應(yīng)接通時(shí)相當(dāng)于短路，關(guān)斷時(shí)相當(dāng)于開路，工作速度要快，各開關(guān)間的隔離度要好。模擬開關(guān)可由雙極型晶體管構(gòu)成，也可以用MOS場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成CMOS模擬開關(guān)具有電路簡(jiǎn)單、功耗小、導(dǎo)通電阻小、關(guān)斷電阻大等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。第43頁(yè)/共56頁(yè)一.CMOS傳輸門第44頁(yè)/共56頁(yè)

二.CMOS模擬開關(guān)電路第45頁(yè)/共56頁(yè)CC4046四雙向模擬開關(guān)第46頁(yè)/共56頁(yè)1.增益控制三.MOS模擬開關(guān)的應(yīng)用舉例第47頁(yè)/共56頁(yè)2.脈沖調(diào)制電路第48頁(yè)/共56頁(yè)3.模擬開關(guān)用于多路信號(hào)數(shù)據(jù)采集第49頁(yè)/共56頁(yè)7–7集成運(yùn)算放大器選擇指南

本章已經(jīng)介紹了集成運(yùn)算放大器在線性和非線性方面的應(yīng)用。為便于說明電路的工作原理和電路性能指標(biāo)的計(jì)算，分析中我們都假設(shè)運(yùn)放具有理想的特性。但這并不意味著在實(shí)際中可以不加選擇地隨便拿一個(gè)運(yùn)放即可使用，而不去關(guān)心運(yùn)放的具體性能指標(biāo)。實(shí)際上，器件的許多非理想因素會(huì)影響電路的性能，所以，我們必須根據(jù)電路和信號(hào)的需要來精心地選擇器件的型號(hào)。第50頁(yè)/共56頁(yè)

有關(guān)運(yùn)放非理想特性帶來運(yùn)算誤差的定量分析，請(qǐng)讀者參考本書附錄C，在此僅介紹一般的選擇原則。(1).如果沒有特殊要求，選用通用型運(yùn)算放大器(如LM741、LM324等)。(2).如系統(tǒng)要求精密，