模擬集成電路的非線性應(yīng)用ppt課件

1、第第3章章 模擬集成電路的非線性運用模擬集成電路的非線性運用3.1 對數(shù)器和指數(shù)器對數(shù)器和指數(shù)器3.2 乘法器及其運用乘法器及其運用3.3 二極管檢波器和絕對值變換器二極管檢波器和絕對值變換器3.4 限幅器限幅器3.6 電壓比較器及其運用電壓比較器及其運用3.1 對數(shù)器和指數(shù)器對數(shù)器和指數(shù)器 3.1.1 對數(shù)器對數(shù)器3.1.2 指數(shù)器指數(shù)器3.1.3 集成化的對數(shù)器和指數(shù)器集成化的對數(shù)器和指數(shù)器3.1 對數(shù)器和指數(shù)器對數(shù)器和指數(shù)器 對數(shù)器是實現(xiàn)輸出電壓與輸入電壓成對數(shù)器是實現(xiàn)輸出電壓與輸入電壓成對數(shù)關(guān)系的非線性模擬電路。對數(shù)關(guān)系的非線性模擬電路。 1.PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性) 1(edS

2、dUkTqIIIdPN結(jié)的正導(dǎo)游通電流結(jié)的正導(dǎo)游通電流ISPN結(jié)的反向飽和電流，它隨溫度變化結(jié)的反向飽和電流，它隨溫度變化 q電子電荷量，電子電荷量，q = 1.602 10-19 C k玻爾茲曼常數(shù)，玻爾茲曼常數(shù)，k = 1.38 10-23 J/ C T絕對溫度絕對溫度 mV26 qkTt = 25 C 時，時，Ud100mV deSdUkTqII T以以298代入代入v熱力學(xué)溫度v 又叫熱力學(xué)標(biāo)溫，符號T，單位K開爾文，簡稱開。 早在1787年法國物理學(xué)家查理J.Charles就發(fā)現(xiàn)，在壓力一定時，溫度每升高1，一定量氣體的體積的添加值膨脹率是一個定值，體積膨脹率與溫度呈線性關(guān)系。v 以

3、絕對零度0K為最低溫度，規(guī)定水的三相點的溫度為 273.16K，開定義為水三相點熱力學(xué)溫度的1/273.16。 v 攝氏度為表示攝氏溫度時替代開的一個專門稱號。而水的三相點溫度為0.01攝氏度。因此熱力學(xué)溫度T與人們慣用的攝氏溫度t的關(guān)系是Tt273.15。2. 二極管對數(shù)放大器二極管對數(shù)放大器doUuddSeqUkTII由由 得輸出電壓為得輸出電壓為 odUU 式中，式中， qkTU3 . 2T當(dāng)當(dāng) t=25 C 時，時，UT59mV。圖圖3-1-2 二極管對數(shù)器二極管對數(shù)器 的傳輸特性的傳輸特性圖圖3-1-1 二極管對數(shù)器二極管對數(shù)器iS2.3lg()UkTqRI iTklg()UUU U

4、k=RIS要選體電阻小要選體電阻小的二極管的二極管3. 三極管對數(shù)放大器三極管對數(shù)放大器圖圖3-1-3 三極管對數(shù)放大電路三極管對數(shù)放大電路在理想運放的條件下在理想運放的條件下 beeSEcUkTqIII輸出電壓為輸出電壓為 iobeS2.3lg()UkTUUqRI 采用三極管作變換元件，可實現(xiàn)采用三極管作變換元件，可實現(xiàn)56個數(shù)量級的動態(tài)范個數(shù)量級的動態(tài)范圍，而采用二極管可實現(xiàn)圍，而采用二極管可實現(xiàn)34個數(shù)量級的動態(tài)范圍。個數(shù)量級的動態(tài)范圍。 二極管和三極管對數(shù)器明顯缺陷是溫度穩(wěn)定性差。二極管和三極管對數(shù)器明顯缺陷是溫度穩(wěn)定性差。 iSlg()TUURI Ui0,運用NPNUi0,運用PNP

5、維護(hù)VT不被反向擊穿4. 溫度補償對數(shù)器的實踐電路溫度補償對數(shù)器的實踐電路圖圖3-1-4 補償對放大器的實踐電路補償對放大器的實踐電路輸出電壓為輸出電壓為 )ln()1 (cc1i543oVRURqkTRRU此部分大都此部分大都做在了集成做在了集成電路內(nèi)部電路內(nèi)部3.1.2 指數(shù)器指數(shù)器beeSeUkTqII 由由 Uo=-IeR 和和得輸出電壓為得輸出電壓為 ibeeeSSeoUkTqUkTqRIRIRIU1.根本指數(shù)器根本指數(shù)器圖圖3-1-5 根本指數(shù)器根本指數(shù)器圖圖3-1-6 指數(shù)器的傳輸特性指數(shù)器的傳輸特性2.具有溫度補償?shù)倪m用指數(shù)器具有溫度補償?shù)倪m用指數(shù)器圖圖3-1-7 具有溫度補償

6、的適用精細(xì)指數(shù)器具有溫度補償?shù)倪m用精細(xì)指數(shù)器選正溫度系數(shù)的選正溫度系數(shù)的RT，可對環(huán)境溫度引起可對環(huán)境溫度引起的變化進(jìn)展補償。的變化進(jìn)展補償。3.1.3 集成化的對數(shù)器和指數(shù)器集成化的對數(shù)器和指數(shù)器圖圖3-1-8 8048型集成化對數(shù)放大器型集成化對數(shù)放大器 主要用于乘法、除法、平方、開方等運算及信號的緊主要用于乘法、除法、平方、開方等運算及信號的緊縮和放大電路中，還可用于產(chǎn)生鋸齒波、階梯波的電路中。縮和放大電路中，還可用于產(chǎn)生鋸齒波、階梯波的電路中。圖圖3-1-9 8049型集成化指數(shù)器型集成化指數(shù)器3.2 乘法器及其運用乘法器及其運用3.2.1 乘法器的根底知識乘法器的根底知識3.2.2

7、乘法器的任務(wù)原理乘法器的任務(wù)原理3.2.3 模擬乘法器的運用電路模擬乘法器的運用電路3.2.1 乘法器的根底知識乘法器的根底知識1.乘法器乘法器乘法器具有兩個輸入端通常稱為乘法器具有兩個輸入端通常稱為X輸入端和輸入端和Y輸入端和一個輸出端通常稱為輸入端和一個輸出端通常稱為Z輸出端。輸出端。 圖圖3-2-1 乘法器的符號乘法器的符號輸出特性方程為輸出特性方程為 或或 Z = KXY K為增益系數(shù)或標(biāo)為增益系數(shù)或標(biāo)度因子，單位為度因子，單位為V-1。 uo (t) =Kux(t) uy(t) 圖圖3-2-2 乘法器乘法器 的任務(wù)象限的任務(wù)象限2.乘法器的任務(wù)象限乘法器的任務(wù)象限v乘法器有四個任務(wù)區(qū)

8、，它兩個乘法器有四個任務(wù)區(qū)，它兩個輸入電壓極性來確定。輸入電壓極性來確定。v兩個輸入端只能順應(yīng)單一極性兩個輸入端只能順應(yīng)單一極性乘法器稱為單象限乘法器。乘法器稱為單象限乘法器。v假設(shè)一個輸入端順應(yīng)正、負(fù)兩假設(shè)一個輸入端順應(yīng)正、負(fù)兩種極性，另一輸入端只能順應(yīng)種極性，另一輸入端只能順應(yīng)單一極性乘法器稱為二象限乘單一極性乘法器稱為二象限乘法器。法器。v假設(shè)兩個輸入端均能順應(yīng)正、負(fù)極性的乘假設(shè)兩個輸入端均能順應(yīng)正、負(fù)極性的乘法器稱為四象限乘法器。法器稱為四象限乘法器。3.乘法器的根本性質(zhì)乘法器的根本性質(zhì)1乘法器的靜態(tài)特性乘法器的靜態(tài)特性X = 0時，時，Y為恣意值，為恣意值， 或或Y = 0時，時，X

9、為恣意值，為恣意值，那么輸出那么輸出Z = 0。當(dāng)當(dāng) X 等于某一常數(shù)時，等于某一常數(shù)時，輸出輸出Z與與Y 成正比，成正比，Z與與Y的關(guān)系曲線稱為四象的關(guān)系曲線稱為四象限輸出特性。限輸出特性。 當(dāng)輸入幅值相等時，即當(dāng)輸入幅值相等時，即X = Y或或X = Y，輸出與輸入的關(guān)系曲線稱為平方率輸出特性。輸出與輸入的關(guān)系曲線稱為平方率輸出特性。 圖圖3-2-3 理想乘法器理想乘法器 四象限輸出特性四象限輸出特性圖圖3-2-4 理想乘法器理想乘法器 平方律輸出特性平方律輸出特性(2) 乘法器的線性和非線性乘法器的線性和非線性通常以為乘法器是一種非線性器通常以為乘法器是一種非線性器件。乘法器不能運用線性

10、系統(tǒng)中件。乘法器不能運用線性系統(tǒng)中的疊加原理，但是乘法器在一定的疊加原理，但是乘法器在一定條件下，又是線性器件，例如：條件下，又是線性器件，例如：一個輸入電壓為恒定值時，即一個輸入電壓為恒定值時，即X= 常數(shù)，那么有常數(shù)，那么有 理想乘法器屬于非線性器件還是線性器件取決于理想乘法器屬于非線性器件還是線性器件取決于兩個輸入電壓的性質(zhì)，在這里兩個輸入電壓的性質(zhì)，在這里“線性的含義僅僅是線性的含義僅僅是非線性本質(zhì)的特殊情況。非線性本質(zhì)的特殊情況。 3.2.2 乘法器的任務(wù)原理乘法器的任務(wù)原理v模擬乘法器有多種方法能實現(xiàn)，有對數(shù)模擬乘法器有多種方法能實現(xiàn)，有對數(shù)指數(shù)相指數(shù)相乘法、四分之一平方相乘法、三

11、角波平均相乘法、乘法、四分之一平方相乘法、三角波平均相乘法、時間分割相乘法和變跨導(dǎo)相乘法等。時間分割相乘法和變跨導(dǎo)相乘法等。v其中變跨導(dǎo)乘法器便于集成，內(nèi)部元件有較高其中變跨導(dǎo)乘法器便于集成，內(nèi)部元件有較高 的的溫度穩(wěn)定性和運算精度，且運算速度較高，溫度穩(wěn)定性和運算精度，且運算速度較高，v它的它的-3dB頻率可達(dá)頻率可達(dá)10MHz以上。以上?？鐚?dǎo)：一個電路單元的輸出電流與該單元的輸入電壓的比值，跨導(dǎo)：一個電路單元的輸出電流與該單元的輸入電壓的比值，這個電路單元通常指放大器。這個電路單元通常指放大器。 在在MOS管中，跨導(dǎo)的大小反映了柵源電壓對漏極電流的管中，跨導(dǎo)的大小反映了柵源電壓對漏極電流的

12、控制造用。在轉(zhuǎn)移特性曲線上，跨導(dǎo)為曲線的斜率?？刂圃煊?。在轉(zhuǎn)移特性曲線上，跨導(dǎo)為曲線的斜率。 單位是單位是 S 西門子，普通用西門子，普通用mS。式中，式中， io輸出電流，輸出電流，ui輸入電壓，輸入電壓，gm跨導(dǎo)或稱為跨導(dǎo)或稱為OTA的增益。的增益。 OTA的傳輸特性可表示為的傳輸特性可表示為 io=gmui1.跨導(dǎo)型集成運放簡介跨導(dǎo)型集成運放簡介跨導(dǎo)型集成運放跨導(dǎo)型集成運放(Operational Transconductance Amplifier 縮寫為縮寫為OTA)與普通集成運放區(qū)別是，與普通集成運放區(qū)別是，具有一個以偏置電流注入方式出現(xiàn)附加控制輸入具有一個以偏置電流注入方式出現(xiàn)附

13、加控制輸入端，這使端，這使OTA特性及運用更加靈敏；這種器件的特性及運用更加靈敏；這種器件的輸出不是普通集成運放中輸出電阻趨于零的電壓輸出不是普通集成運放中輸出電阻趨于零的電壓源，而是具有極高輸出電阻的電流源表示。源，而是具有極高輸出電阻的電流源表示。2. 單片集成單片集成OTA電路電路CA3038圖圖3-2-5 CA3038的內(nèi)部電路的內(nèi)部電路Ic = I4 = i1 + i2io = i8 i10 = i1 i2Ic = I4 = i1 + i2io = i8 i10 = i1 i2124Tth()2uuIU即即 )2th(T21coUuuIithx是雙曲正切函數(shù)，是雙曲正切函數(shù)，thx=

14、shx/chx，其中其中shx是雙曲正弦函數(shù)是雙曲正弦函數(shù)shx,chx是雙曲余弦函數(shù)是雙曲余弦函數(shù)輸出電流為輸出電流為icim21mo)2 .19()(uIuguugi電壓增益為電壓增益為LTcLm21Lo21oU2RUIRguuRiuuuA在傳輸特性線性區(qū)，在傳輸特性線性區(qū)， T21co2UuuIiTc21om2)d(dUIuuig常溫時常溫時 調(diào)整調(diào)整Ic，即可改動，即可改動gm，故稱為可變跨導(dǎo)型。，故稱為可變跨導(dǎo)型。cc2 .19mV262IIgm圖圖3-2-6 CA3038 的傳輸特性的傳輸特性3. F3038的主要性能目的的主要性能目的參參 數(shù)數(shù) 名名 稱稱典典 型型 值值單單 位

15、位輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓0.4mV輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流0.12 Agm9.6mS峰值輸出電壓峰值輸出電壓RL = +13.514.4V電源電流電源電流1mA功耗功耗30mW共模擬制比共模擬制比110dB峰值輸出電流峰值輸出電流RL = 0500 A共模輸入電壓共模輸入電壓+13.614.6V輸入電阻輸入電阻26k在室溫在室溫25C，電源電壓，電源電壓15V及及IC = 500A 的條件下。的條件下。 4、單片集成模擬乘法器、單片集成模擬乘法器 適用變跨導(dǎo)模擬乘法器由兩個具有壓控電流源的差分電路組成，稱為雙差分對模擬乘法器，也 稱為雙平衡模擬乘法器。屬于這一類的單片集成模擬乘法器有MC14

16、96、MC1595等。3.2.3 模擬乘法器的運用電路模擬乘法器的運用電路一、根本運算電路一、根本運算電路1.平方運算平方運算2.除法運算器除法運算器3.2.3 模擬乘法器的運用電路模擬乘法器的運用電路3.平方根運算平方根運算4.壓控增益壓控增益 改動直流電壓UXQ的大小，就可以調(diào)理電路的增益。3.2.3 模擬乘法器的運用電路模擬乘法器的運用電路二、倍頻、混頻與鑒相二、倍頻、混頻與鑒相2.混頻電路混頻電路1.倍頻電路倍頻電路3.鑒相電路鑒相電路當(dāng)兩個輸入信號為同頻率的信號即可實現(xiàn)兩倍頻作用。 模擬乘法器的輸出為兩個輸入信號的和頻和差頻信號，即實現(xiàn)了混頻作用，假設(shè)用濾波器取出和頻或差頻號輸出，就

17、稱為混頻 。鑒相電路用來比較兩個輸入信號的相位差，即它的輸出電壓與兩輸入信號之間的相位差成正比 1 1鎖相環(huán)的根本原理框圖鎖相環(huán)的根本原理框圖 根本鎖相環(huán)是個閉環(huán)相位負(fù)反響環(huán)路，由鑒相器根本鎖相環(huán)是個閉環(huán)相位負(fù)反響環(huán)路，由鑒相器(PD)(PD)、低通濾波器低通濾波器(LPF)(LPF)及壓控振蕩器及壓控振蕩器(VCO)(VCO)三大部分組成。三大部分組成。 1 1鑒相器鑒相器(PD(PD，又稱相位比較器，又稱相位比較器) )。 2 2低通濾波器低通濾波器(LPF)(LPF)。 3 3壓控振蕩器壓控振蕩器(VCO)(VCO)。PD晶 振Ui(t)LPFVCOfrUd(t)Uc(t)Uo(t)fo

18、什么是鑒相器？ 顧名思義，就是可以鑒別出輸入信號相位差顧名思義，就是可以鑒別出輸入信號相位差的器件。這里是輸出信號的器件。這里是輸出信號f0f0和輸入信號和輸入信號fifi的的相位差，并將檢測出的相位差信號轉(zhuǎn)換為電相位差，并將檢測出的相位差信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。又叫相位比較器。壓信號輸出。又叫相位比較器。小知識小知識三、調(diào)幅與解調(diào)三、調(diào)幅與解調(diào) 用低頻信號去改動高頻信號的幅度，稱為調(diào)幅。經(jīng)調(diào)幅后的高頻信號稱調(diào)幅信號，把沒有調(diào)幅的等幅高頻信號稱為載波信號，它是運載低頻信號的工具。 由于載波本身不包含信息，為了提高設(shè)備的功率利用率，可以不傳送載波而只傳送兩個邊帶信號，這種調(diào)制方式稱為抑制載波雙邊

19、帶調(diào)幅，簡稱雙邊調(diào)幅，用DSB表示。 由于上、下邊頻帶中的任何一個邊頻帶以及功能包含調(diào)制信號的全部信息，因此為了節(jié)省占有的頻帶、提高波段利用率，可以只傳送兩個邊帶信號中的任何一個，稱為抑制載波單邊帶調(diào)幅，簡稱單邊調(diào)幅，用SSB表示。3.2.3 模擬乘法器的運用電路模擬乘法器的運用電路1.平衡調(diào)幅器平衡調(diào)幅器圖圖3-2-7 平衡調(diào)幅器的組成方框圖平衡調(diào)幅器的組成方框圖設(shè)載波信號設(shè)載波信號 ux(t)=Uxm coswct 為大信號為大信號 使相應(yīng)晶體管任務(wù)在開關(guān)形狀，開關(guān)函數(shù)為使相應(yīng)晶體管任務(wù)在開關(guān)形狀，開關(guān)函數(shù)為sX(t)，對對sX(t)進(jìn)展傅立葉分解，表達(dá)式可寫為：進(jìn)展傅立葉分解，表達(dá)式可寫

20、為： ttttsX5cos543cos34cos4)(調(diào)制信號調(diào)制信號uy(t)=UWm cosWt V為小信號。為小信號。得乘法器輸出電壓為得乘法器輸出電壓為c0XYY2( )( )( )Ru tstutR式中，式中，Rc、RY是乘法器集成電路的內(nèi)部電阻，是乘法器集成電路的內(nèi)部電阻，其中其中RY 是反響電阻，是反響電阻，Rc 是集電極負(fù)載電阻。是集電極負(fù)載電阻。經(jīng)濾波器濾除載波的諧波組合后，輸出電壓為經(jīng)濾波器濾除載波的諧波組合后，輸出電壓為coFcY24( )coscosmRu tA UttR AF為帶通濾波器傳輸系數(shù)為帶通濾波器傳輸系數(shù) cFccY4cos()cos() mR A UttR

21、cXY2( )cosmRstUtR圖圖3-2-8 平衡調(diào)幅的波形圖平衡調(diào)幅的波形圖輸出電壓中僅有輸出電壓中僅有上下邊頻分量上下邊頻分量)(c不存在載頻不存在載頻 c分量，分量，所以這種調(diào)制稱為所以這種調(diào)制稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)制，抑制載波的雙邊帶調(diào)制，又稱平衡調(diào)制。又稱平衡調(diào)制。 開關(guān)開關(guān)函數(shù)函數(shù)載波載波信號信號乘法器乘法器輸出輸出抑制載抑制載波的雙波的雙邊帶輸邊帶輸出出調(diào)制信號為調(diào)制信號為1.6kHz，載波信號為載波信號為40kHz。14腳輸出抑制載波腳輸出抑制載波雙邊帶信號。利用雙邊帶信號。利用X失調(diào)電位器失調(diào)電位器RX，使輸出產(chǎn)生載頻使輸出產(chǎn)生載頻 c信號，那么可得到普信號，那么可得到普

22、通調(diào)幅波，調(diào)通調(diào)幅波，調(diào)RX 可用于改動調(diào)幅度?？捎糜诟膭诱{(diào)幅度。圖圖3-2-9 平衡調(diào)幅器平衡調(diào)幅器2.乘積檢波器乘積檢波器用模擬乘法器組成的檢波電路稱為乘積檢波器，用模擬乘法器組成的檢波電路稱為乘積檢波器，主要用于抑制載波的雙邊帶或單邊帶信號的解調(diào)。主要用于抑制載波的雙邊帶或單邊帶信號的解調(diào)。 如輸入模擬乘法器的是抑制載波雙邊帶信號，即如輸入模擬乘法器的是抑制載波雙邊帶信號，即 ttUtucXmXcoscos)(另一端輸入與載波同頻同相的高頻信號，即另一端輸入與載波同頻同相的高頻信號，即tUtucYmYcos)(相乘后為相乘后為2oXYXmYmc( )coscosu tKu uKUUtt

23、ttUKUtUKUcYmXmYmXm2coscos2cos2經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，得低頻電壓輸出為得低頻電壓輸出為tAUKUtucos2)(FYmXmo式中，式中，K為乘法器標(biāo)度因子，為乘法器標(biāo)度因子，AF為低通濾波器的傳輸系數(shù)為低通濾波器的傳輸系數(shù) 。圖圖3-2-10 用乘法器解調(diào)的方框圖用乘法器解調(diào)的方框圖3.鑒頻器鑒頻器用乘法器構(gòu)成用乘法器構(gòu)成鑒頻器的方框鑒頻器的方框圖圖 利用在有用頻帶內(nèi)電路的幅度頻率具有線性斜率這一利用在有用頻帶內(nèi)電路的幅度頻率具有線性斜率這一特性制成的頻率解調(diào)器。特性制成的頻率解調(diào)器。 鑒頻器是使輸出電壓和輸入信號頻率相對應(yīng)的電路。按鑒

24、頻器是使輸出電壓和輸入信號頻率相對應(yīng)的電路。按用途可分為兩類。第一類用于調(diào)頻信號的解調(diào)。常見的有用途可分為兩類。第一類用于調(diào)頻信號的解調(diào)。常見的有斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器等，對這類電路的斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器等，對這類電路的要求主要是非線性失真小，噪聲門限低。第二類用于頻率要求主要是非線性失真小，噪聲門限低。第二類用于頻率誤差丈量，如用在自動頻率控制環(huán)路中產(chǎn)生誤差信號的鑒誤差丈量，如用在自動頻率控制環(huán)路中產(chǎn)生誤差信號的鑒頻器。對這類電路的零點漂移限制較嚴(yán)，對非線性失真和頻器。對這類電路的零點漂移限制較嚴(yán)，對非線性失真和噪聲門限那么要求不高。噪聲門限那么要求不高。4.混頻器

25、混頻器圖圖3-2-16 雙平衡混頻器雙平衡混頻器209MHz200MHz3.3 二極管檢波器和絕對值變換器二極管檢波器和絕對值變換器3.3.1 二極管檢波器二極管檢波器3.3.2 絕對值檢波電路絕對值檢波電路 單導(dǎo)游電性廣泛運用于整流、檢波、限幅、鉗位等技術(shù)單導(dǎo)游電性廣泛運用于整流、檢波、限幅、鉗位等技術(shù)中。但因其有導(dǎo)通電壓、非線性特性及溫度影響等，限制中。但因其有導(dǎo)通電壓、非線性特性及溫度影響等，限制了電路的靈敏度并引起電路的非線性失真，特別是對低電了電路的靈敏度并引起電路的非線性失真，特別是對低電平信號，非線性失真更為明顯。平信號，非線性失真更為明顯。 假設(shè)將二極管按一定的方式接到放大器反

26、響電路中，那假設(shè)將二極管按一定的方式接到放大器反響電路中，那么上述性能可以大大改善，最方便的是與集成運放連用可么上述性能可以大大改善，最方便的是與集成運放連用可以獲得良好效果。以獲得良好效果。3.3.1 二極管檢波器二極管檢波器1.理想二極管檢波器理想二極管檢波器圖圖3-3-1 理想二極管檢波電路理想二極管檢波電路任務(wù)原理：任務(wù)原理： 當(dāng)當(dāng)ui0時，時，VD1導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD2截止，截止， DoUu0ouu當(dāng)當(dāng)ui 0時，時，VD1截止，截止，VD2導(dǎo)通，導(dǎo)通， ou0 ， i12ouRRui12DoDouRRUuUu圖圖3-3-2 理想二級管檢理想二級管檢波器的輸入輸出特性波器的輸入輸出特性

27、以正弦輸入電壓為例以正弦輸入電壓為例可畫出輸入電壓、輸出電壓的波形圖?？僧嫵鲚斎腚妷?、輸出電壓的波形圖。 圖圖3-3-3 輸入為正弦時輸入為正弦時 的的ui，uo波形波形圖圖有線性檢波死區(qū)限制最有線性檢波死區(qū)限制最小輸入信號檢波才干小輸入信號檢波才干3.3.2 絕對值檢波電路絕對值檢波電路1.反相型絕對值檢波電路反相型絕對值檢波電路圖圖3-3-4 反相型絕對值檢波電路反相型絕對值檢波電路任務(wù)原理任務(wù)原理 55oiA24RRuuuRR 當(dāng)當(dāng)ui0時，時，VD1導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD2 截止，由截止，由u_=u+=0，uA=0得輸出電壓為得輸出電壓為 i25ouRRu0。當(dāng)當(dāng)ui0時，時，VD1截截止，

28、止，VD2導(dǎo)通，導(dǎo)通，i13AuRRu得輸出電壓為得輸出電壓為 553ii241RRRuuRRR 52314i124()R R RR RuR R R當(dāng)滿足電阻匹配條件：當(dāng)滿足電阻匹配條件：R3R2 = 2R1R4，例如，例如選取選取 R1 = R3， R4 = 0.5R2 時，得時，得i25ouRRu 0 不論輸入電壓不論輸入電壓ui極性極性如何，如何，uo 總為正值總為正值:i25ouRRu 當(dāng)取當(dāng)取 R5 = R2 時時圖圖3-3-5 反相型絕對反相型絕對值檢波器的傳輸特性值檢波器的傳輸特性即即52314oi124()R R RR RuuR R Ruo = | ui |反相型絕對值檢波電路

29、缺陷是：輸入電阻較低。反相型絕對值檢波電路缺陷是：輸入電阻較低。圖圖3-3-6 同相型絕對值電路同相型絕對值電路當(dāng)要求輸入電阻較高時，可采用同相型電路：當(dāng)要求輸入電阻較高時，可采用同相型電路： 同相型絕對值檢波電路任務(wù)原理與反相型絕同相型絕對值檢波電路任務(wù)原理與反相型絕對值檢波電路任務(wù)原理的分析方法類似。對值檢波電路任務(wù)原理的分析方法類似。 2.增益可調(diào)的絕對值變換電路增益可調(diào)的絕對值變換電路圖圖3-3-7 可調(diào)增益絕對值變換電路可調(diào)增益絕對值變換電路 此絕對值變此絕對值變換電路的增益換電路的增益調(diào)理范圍可以調(diào)理范圍可以從幾到幾十倍，從幾到幾十倍，且具有較高的且具有較高的輸入阻抗。輸入阻抗。3

30、.4 限幅器限幅器3.4.1 二極管并聯(lián)式限幅器二極管并聯(lián)式限幅器3.4.2 二極管串聯(lián)式限幅器二極管串聯(lián)式限幅器 當(dāng)輸入信號電壓在某一范圍內(nèi)時，電路處于線性放大形當(dāng)輸入信號電壓在某一范圍內(nèi)時，電路處于線性放大形狀，具有恒定的放大倍數(shù)；但當(dāng)輸入電壓超出該范圍時，輸狀，具有恒定的放大倍數(shù)；但當(dāng)輸入電壓超出該范圍時，輸出電壓將堅持為某一固定值，不再跟隨輸入發(fā)生變化。出電壓將堅持為某一固定值，不再跟隨輸入發(fā)生變化。 這種非線性傳輸特性通常采用二極管和集成運放來實現(xiàn)，這種非線性傳輸特性通常采用二極管和集成運放來實現(xiàn)，叫限幅器。這類限幅器不僅能用于信號處置、信號運算、波叫限幅器。這類限幅器不僅能用于信號

31、處置、信號運算、波形產(chǎn)生電路中，而且也廣泛運用于過載維護(hù)電路中。形產(chǎn)生電路中，而且也廣泛運用于過載維護(hù)電路中。 取取UREF=3V，在輸入端分，在輸入端分別輸入頻率為別輸入頻率為1000 Hz，幅，幅值為值為3V和幅值為和幅值為5V的規(guī)范的規(guī)范正弦波信號，用雙蹤示波器正弦波信號，用雙蹤示波器同時察看輸入、輸出波形，同時察看輸入、輸出波形，并將其描畫下來，簡單闡明并將其描畫下來，簡單闡明其原理并將結(jié)果填入表其原理并將結(jié)果填入表26中。中。 輸入信號輸入信號輸入波形輸出波形原理f=1000HzUi=3Vf=1000HzUi=5V3.4.1 二極管并聯(lián)式限幅器二極管并聯(lián)式限幅器1.二極管并聯(lián)式限幅器

32、的任務(wù)原理二極管并聯(lián)式限幅器的任務(wù)原理二極管并聯(lián)式限幅器二極管并聯(lián)式限幅器當(dāng)當(dāng) ui低于某一低于某一門限電壓，即門限電壓，即VD截止時：截止時：uiUim)1)(21DrefRRUU uA(Uref + UD) 限幅器為反相器，其輸出電壓為限幅器為反相器，其輸出電壓為i213ouRRRu 傳輸特性的斜率為傳輸特性的斜率為2131RRRk 當(dāng)當(dāng)uiUim ，即，即VD導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，UA被箝位在被箝位在(Uref + UD) 電平上，這時限幅器的輸電平上，這時限幅器的輸出電壓不再隨出電壓不再隨ui變化，其變化，其輸出電壓為輸出電壓為 )(Dref23omoUURRUu二極管并聯(lián)式限二極管并聯(lián)式限

33、幅器的傳輸特性幅器的傳輸特性缺陷：溫度穩(wěn)定性差缺陷：溫度穩(wěn)定性差處理方法：采用溫度補償措施處理方法：采用溫度補償措施2.實踐運用的二極管并聯(lián)式限幅器實踐運用的二極管并聯(lián)式限幅器圖圖3-4-3 實踐運實踐運用的二極管并聯(lián)用的二極管并聯(lián)式限幅器式限幅器門限電壓為門限電壓為 )1)(21be2be1refimRRUUUU 23be2be1refom)(RRUUUU 輸出電壓為輸出電壓為 v由以下兩式可知，由由以下兩式可知，由于兩個三極管結(jié)壓降于兩個三極管結(jié)壓降相互抵消，所以實現(xiàn)相互抵消，所以實現(xiàn)了溫度補償。了溫度補償。圖圖3-4-4 雙向限幅器的傳輸特性雙向限幅器的傳輸特性v假設(shè)在輸入端采用這兩假設(shè)

34、在輸入端采用這兩種輸入限幅方法，便可種輸入限幅方法，便可得到雙向限幅器。得到雙向限幅器。v假設(shè)將參考電壓改動方假設(shè)將參考電壓改動方向，二極管改動方向，向，二極管改動方向，便可實現(xiàn)第二象限內(nèi)傳便可實現(xiàn)第二象限內(nèi)傳輸特性。輸特性。3、雙向限幅器、雙向限幅器3.4.2 二極管串聯(lián)式限幅器二極管串聯(lián)式限幅器任務(wù)原理任務(wù)原理 圖圖3-4-5 二極管串聯(lián)式限幅器二極管串聯(lián)式限幅器當(dāng)當(dāng)uAuD時，時，即即 2refA1AiRuuRuu )(2ref2A1A1iRURURURu 所以所以 當(dāng)輸入電壓低于某一門限電壓時，可得當(dāng)輸入電壓低于某一門限電壓時，可得 :ref21D21im)1(URRURRu VD截止

35、，截止，IR1= IR2ref21A21)1(URRURR 這時這時uAR2 時，溫度穩(wěn)定性更差。時，溫度穩(wěn)定性更差。 當(dāng)輸入電壓等于或高于當(dāng)輸入電壓等于或高于輸入門限電壓時，輸入門限電壓時，VD導(dǎo)通，輸出電壓為導(dǎo)通，輸出電壓為1fimi)(RRUu 在以上限幅電路的根底上，假設(shè)將參考電壓改動在以上限幅電路的根底上，假設(shè)將參考電壓改動方向，二極管改動方向，便可實現(xiàn)第二象限內(nèi)的方向，二極管改動方向，便可實現(xiàn)第二象限內(nèi)的傳輸特性。假設(shè)在輸入端采用這兩種輸入限幅方傳輸特性。假設(shè)在輸入端采用這兩種輸入限幅方法，便可得到區(qū)間限幅器。法，便可得到區(qū)間限幅器。 圖圖3-4-7 二極管區(qū)間限幅器二極管區(qū)間限幅

36、器圖圖3-4-8 區(qū)間限幅器區(qū)間限幅器 的傳輸特性的傳輸特性3.6 電壓比較器及其運用電壓比較器及其運用3.6.1 電壓比較器的性能電壓比較器的性能3.6.2 單限電壓比較器單限電壓比較器3.6.3 遲滯電壓比較器遲滯電壓比較器3.6.4 窗口電壓比較器窗口電壓比較器集成運放任務(wù)在非線性區(qū)的特點集成運放運用在非線性電路時，處于開環(huán)或正反響形狀下。非線性運用形狀下，U+ U，“虛短概念不再成立。當(dāng)同相輸入端信號電壓U大于反相輸入端信號電壓U時，輸出端電壓U0=UOM，當(dāng)U小于U時，輸出端電壓U0=UOM。 非線性運用下的運放雖然同相輸入端和反相輸入端信號電壓不等，但由于其輸入電阻很大，所以輸入端

37、的信號電流仍可視為零值。因此，非線性運用下的運放依然具有“虛斷的特點。 非線性區(qū)的運放，輸出電阻仍可以以為是零值。此時運放的輸出量與輸入量之間為非線性關(guān)系，輸出端信號電壓或為正飽和值，或為負(fù)飽和值。 3.6.1 電壓比較器的性能電壓比較器的性能 電壓比較器的根本功能是實現(xiàn)兩個模擬電壓之電壓比較器的根本功能是實現(xiàn)兩個模擬電壓之間的電平比較，輸出邏輯電平的高低。它是模擬信間的電平比較，輸出邏輯電平的高低。它是模擬信號和數(shù)字信號的接口電路。號和數(shù)字信號的接口電路。1. 用開環(huán)形狀下任務(wù)的集成運放實現(xiàn)。與其他部分電用開環(huán)形狀下任務(wù)的集成運放實現(xiàn)。與其他部分電路一致，減少系統(tǒng)中的產(chǎn)品型號規(guī)格，運用靈敏，

38、路一致，減少系統(tǒng)中的產(chǎn)品型號規(guī)格，運用靈敏， 易產(chǎn)生各種邏輯電平，利于大信號比較，速度低，易產(chǎn)生各種邏輯電平，利于大信號比較，速度低，精度高。精度高。2. 用專門設(shè)計的集成電壓比較器實現(xiàn)。轉(zhuǎn)化速度高，用專門設(shè)計的集成電壓比較器實現(xiàn)。轉(zhuǎn)化速度高，輸出電平大小固定。內(nèi)部不但有模擬電路，還有輸出電平大小固定。內(nèi)部不但有模擬電路，還有實現(xiàn)輸出邏輯電平的數(shù)字電路實現(xiàn)輸出邏輯電平的數(shù)字電路鑒別靈敏度又稱為分辨率或轉(zhuǎn)換精度，它是鑒別靈敏度又稱為分辨率或轉(zhuǎn)換精度，它是指電壓比較器的輸出形狀發(fā)生跳變所需求的指電壓比較器的輸出形狀發(fā)生跳變所需求的輸入模擬信號電壓的最小變化量。輸入模擬信號電壓的最小變化量。 呼應(yīng)速

39、度是反映比較器從高電平轉(zhuǎn)換到低電呼應(yīng)速度是反映比較器從高電平轉(zhuǎn)換到低電平或從低電平跳變到高電平常所需時間的長平或從低電平跳變到高電平常所需時間的長短兩者所需時間普通不等。短兩者所需時間普通不等。電壓比較器主要性能目的有：電壓比較器主要性能目的有： 鑒別靈敏度、呼應(yīng)速度、帶載才干等。鑒別靈敏度、呼應(yīng)速度、帶載才干等。負(fù)載才干：電壓比較器的輸出數(shù)字信號普通用負(fù)載才干：電壓比較器的輸出數(shù)字信號普通用以帶動門電路，因此帶動負(fù)載才干的大小也是以帶動門電路，因此帶動負(fù)載才干的大小也是評價電壓比較器性能的一項重要目的。評價電壓比較器性能的一項重要目的。表征這一目的的主要參數(shù)是：表征這一目的的主要參數(shù)是： 輸

40、出電阻輸出電阻Ro； 輸出高電平常的漏電流輸出高電平常的漏電流IOR； 輸出端吸入電流輸出端吸入電流Isink 。 Ro和和IOR 越小，越小，Isink 越大，那么越大，那么帶動負(fù)載的才干就越強。帶動負(fù)載的才干就越強。3.6.2 單限電壓比較器單限電壓比較器1.根本電路和輸入輸出特性根本電路和輸入輸出特性圖圖3-6-1 具有上行特性的單限具有上行特性的單限電壓比較器及其輸入輸出特性電壓比較器及其輸入輸出特性當(dāng)當(dāng)UiEm時，時，uO=UOL； 當(dāng)當(dāng)UiEm時，時，uO=UOH。 外加門限電位外加門限電位Em這種特性稱為上行特性這種特性稱為上行特性 單門限電壓比較器只需一個門單門限電壓比較器只需

41、一個門限電平，當(dāng)輸入電壓到達(dá)此門限限電平，當(dāng)輸入電壓到達(dá)此門限值時，輸出形狀立刻發(fā)生跳變。值時，輸出形狀立刻發(fā)生跳變。外加一個門限電位外加一個門限電位Em當(dāng)當(dāng)UiEm時，時，uO=UOL； 當(dāng)當(dāng)UiEm時，時，uO=UOH。 圖圖3-6-2 具有下行特性的單限具有下行特性的單限電壓比較器及其輸入輸出特性電壓比較器及其輸入輸出特性這種特性稱為下行特性。這種特性稱為下行特性。 電壓比較器運用實例 利用電壓比較器可以把正弦波變換成方波。UR=0 由于門限電壓等于由于門限電壓等于0，因此，因此為過零電壓比較器。為過零電壓比較器。ui0tu00t 輸入電壓只需到達(dá)門限電輸入電壓只需到達(dá)門限電壓值，輸出電壓即可發(fā)生壓值，輸出電壓即可發(fā)生跳變。跳變。2.輸入箝位維護(hù)和輸出箝位單限比較器輸入箝位維護(hù)和輸出箝位單限比較器圖圖3-6-3 輸入箝位維護(hù)和輸出箝位輸入箝位維護(hù)和輸出箝位單限比較器及其輸入輸出特性單限比較器及其輸入輸出特性當(dāng)當(dāng)UiEm時，時，當(dāng)當(dāng)UiEm時，時，uO=UOH= Em 。 輸出也可以采用箝位，輸出也可以采用箝位，這時它的輸出高、低電這時它的輸出高、低電位分別等于穩(wěn)壓管位分別等于穩(wěn)壓管VDw的穩(wěn)定電壓和正向壓降。的穩(wěn)定電壓和正向壓降。 uO=UOL= -UD； 3. 恣意電平比較器恣意電平比較器當(dāng)當(dāng)If = I1 + Ir