模電第77 正反饋應(yīng)用一------電壓比較器

1、(4-1)(4-2)7.7 正反饋應(yīng)用一正反饋應(yīng)用一-電壓比較器電壓比較器7.7.17.7.1、電壓比較器基本概念、電壓比較器基本概念 當(dāng)當(dāng)uiUruo= uoL “0 ” 比較器是將一個模擬電壓信號與一個比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準電壓相比較，比較的結(jié)果及輸出只有基準電壓相比較，比較的結(jié)果及輸出只有兩種狀態(tài)（即高電平和低電平）的電路。兩種狀態(tài)（即高電平和低電平）的電路。 電壓比較器是集成運放的另一類基本應(yīng)用電路電壓比較器是集成運放的另一類基本應(yīng)用電路 。使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓U Ur r稱為稱為閾值電壓閾值電壓。 1. 電壓比較器電壓比較器uIUruO電壓比

2、較器電壓比較器+UOM-UOM(4-3)2. 電壓比較器功能：電壓比較器功能：對對uI鑒幅和比較鑒幅和比較 廣泛用于報警、電平檢測、自控、廣泛用于報警、電平檢測、自控、A/D轉(zhuǎn)換等電路中。轉(zhuǎn)換等電路中。 3. 比較器的電壓傳輸特性比較器的電壓傳輸特性 及其三要素及其三要素電壓傳輸特性的三個要素：電壓傳輸特性的三個要素： 輸出高電平輸出高電平UOH和低電平和低電平UOL 閾值電壓閾值電壓Ur ui過過Ur時時uO的躍變方向的躍變方向uOf(ui)uIuRuO電壓比較器電壓比較器傳輸特性傳輸特性(4-4)4.4.幾種常用的電壓比較器幾種常用的電壓比較器 （1）單限比較器：只有一個閾值電壓）單限比較

3、器：只有一個閾值電壓（3）窗口比較器：）窗口比較器： 有兩個閾值電壓，輸入電壓單調(diào)變化時輸出電壓躍變兩次有兩個閾值電壓，輸入電壓單調(diào)變化時輸出電壓躍變兩次。 （2）滯回比較器：具有滯回特性）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，但輸入電壓輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次。回差電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次?；夭铍妷篢2T1UUU閉環(huán)應(yīng)用閉環(huán)應(yīng)用開環(huán)應(yīng)用開環(huán)應(yīng)用開環(huán)應(yīng)用開環(huán)應(yīng)用(4-5)5 5. .比較器中比較器中集成運放集成運放非線性工作區(qū)非線性工作區(qū)電路特征：集成運放電路特征：集成運放開環(huán)開環(huán)或僅引入或僅引入正反饋正

4、反饋集成運放工作在非線性區(qū)的特點集成運放工作在非線性區(qū)的特點1) 凈輸入電流為凈輸入電流為02) uP uN時，時， uOUOM3) uP 0 時時 uO UOM uI 0(c) Ur=0(b) Ur0(4-9)存在干擾時單限比較器的存在干擾時單限比較器的 uI、uO 波形波形單限比較器的單限比較器的作用作用：檢測輸入的模擬信號是否達到：檢測輸入的模擬信號是否達到某一給定電平。某一給定電平。缺點缺點：抗干擾能力差。：抗干擾能力差。解決辦法解決辦法：采用具有滯：采用具有滯回傳輸特性的比較器。回傳輸特性的比較器。(4-10)7.7.3 7.7.3 滯回比較器滯回比較器1、概述、概述(4-11)（1

5、）遲滯比較器電路形式）遲滯比較器電路形式Cuo(a)RRuiR2R1VZ1VZ2Uf(2)遲滯比較器電路特點 電路為閉環(huán)正反饋狀態(tài)閉環(huán)正反饋狀態(tài)（接同相端）。 而前述單限比較器為開環(huán)狀態(tài)開環(huán)狀態(tài)。(4-12)(3)遲滯比較器傳輸特性00uiuouiuouiuoUoH UUrLUoLUrH(b)UrLUrH(4)遲滯比較器波形圖(4-13)（5）滯回比較器工作原理）滯回比較器工作原理UREF 為參考電壓；為參考電壓；輸出電壓輸出電壓 uO 為為 +UZ 或或 - -UZ；uI 為輸入電壓。為輸入電壓。當(dāng)當(dāng) u+ = u- - 時，輸出電壓時，輸出電壓的狀態(tài)發(fā)生跳變。的狀態(tài)發(fā)生跳變。OF22REF

6、F2FuRRRURRRu 比較器有兩個不同的門限電平，比較器有兩個不同的門限電平，故傳輸特性呈滯回形狀。故傳輸特性呈滯回形狀。 +UZuIuO - -UZOUT- -UT+ + 滯回比較器滯回比較器(4-14)若若 uO= UZ ，當(dāng)，當(dāng) uI 逐漸減小時，使逐漸減小時，使 uO 由由 UZ 跳跳變?yōu)樽優(yōu)?UZ 所需的門限電平所需的門限電平 UT ZF22REFF2FTURRRURRRU 回差回差( (門限寬度門限寬度) ) UT ：ZF22TTT2URRRUUU 若若 uO = UZ ，當(dāng)，當(dāng) uI 逐漸增大時，使逐漸增大時，使 uO 由由 + +UZ 跳變跳變?yōu)闉?- -UZ 所需的門限電

7、平所需的門限電平 UT+ ZF22REFF2FTURRRURRRU (4-15) 作用作用：產(chǎn)生矩形波、三角波和鋸齒波，或用于波形：產(chǎn)生矩形波、三角波和鋸齒波，或用于波形變換。變換?？垢蓴_能力強抗干擾能力強。(4-16) 弛張振蕩器即方波三角波產(chǎn)生器。對于方波信號發(fā)生器，其狀態(tài)有時維持不變，而有時則發(fā)生突跳。為區(qū)別于正弦振蕩器，人們將這種有張有弛的信號發(fā)生器稱之為弛張振蕩器。7.7.4 弛張振蕩器弛張振蕩器 弛張振蕩器必須是一個正反饋電路，它由兩部分組成：一部分是狀態(tài)記憶電路;另一部分是定時電路，即控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間的電路。如圖所示，一般用遲滯比較器作為狀態(tài)記憶電路，而用積分器作為定時電路。(4

8、-17)狀態(tài)記憶單元定時單元弛張振蕩器原理框圖弛張振蕩器原理框圖(4-18) 帶正反饋的運放構(gòu)成遲滯比較器， RC構(gòu)成積分器即定時電路。單運放弛張振蕩器電路及波形1、電路組成積分器遲滯比較器遲滯比較器(4-19)Add Your Text Uo=UoH，uC (0)=0， 電容被充電，uC(t)以指數(shù)規(guī)律上升，并趨向UoH。當(dāng)uC=U+時，輸出狀態(tài)由高電平跳變到低電平UoL。此時的U+記為高門限電壓UTH：212THoHoHRUF UURR正2、工作原理(1)CCoHoHURRRURRRUFU212212正參考電平:運放同相端電壓U+為(4-20)Uo= UoL時，電容開始放電，后又反充電，u

9、C以指數(shù)規(guī)律下降，并趨向UoL。此時門限電壓變?yōu)橄麻T限電壓 212oLEERUF UURR 正(2)(3) 當(dāng)uC下降到UTL時，輸出又從低電平跳變到高電平。周而復(fù)始，運放輸出為方波，其峰峰值為 2oppoHoLCCUUUU(4-21)tCCCCeUUUtu)0()()()(振蕩頻率f0。根據(jù)三要素法，電容電壓uC(t)為(4) 因為電容充電和放電時常數(shù)均等于RC，所以T1=T2，占空比D=T2/T=50%。電容電壓uC(t)為近似的三角波，其峰峰值為2122CppTHTLCCRUUUURR(4-22)212211120( )CoHCCCTLoLCTHoHUUURUUURRRCRtTuTUURR 趨向值： （