比較器和非正弦波發(fā)生電路

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)安徽理工大學(xué)電氣工程系安徽理工大學(xué)電氣工程系主講 ：黃友銳第十六講第十六講 14.1 比較器 14.2 非正弦波發(fā)生電路14.1 比較器14.1.1 固定幅度比較器固定幅度比較器14.1.2 滯回比較器滯回比較器14.1.3 窗口比較器窗口比較器14.1.4 比較器的應(yīng)用比較器的應(yīng)用 比較器是將一個(gè)模比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。電壓相比較的電路。 常用的幅度比較電常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器、路有電壓幅度比較器、窗口比較器和具有滯回窗口比較器和具有滯回特性的比較器。這些比特性的比較器。這些比較器的閾值是固定的，

2、較器的閾值是固定的，有的只有一個(gè)閾值，有有的只有一個(gè)閾值，有的具有兩個(gè)閾值。的具有兩個(gè)閾值。 14.1.1 固定幅度比較器固定幅度比較器 (1) (1) 過零比較器和電壓幅度比較器過零比較器和電壓幅度比較器 過零電壓過零電壓比較器是典型比較器是典型的幅度比較電的幅度比較電路，它的電路路，它的電路圖和傳輸特性圖和傳輸特性曲線如圖曲線如圖14.01所示。所示。(a)(b) 圖圖14.01 過零電壓比較器過零電壓比較器(a)電路圖電路圖(b)傳輸特性曲線傳輸特性曲線 將過零電壓比較器的一個(gè)輸入端從接地改接到將過零電壓比較器的一個(gè)輸入端從接地改接到一個(gè)電壓值一個(gè)電壓值VREF 上上 , 就得到電壓幅度

3、比較器，它的就得到電壓幅度比較器，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖電路圖和傳輸特性曲線如圖14.02所示。所示。 圖圖14.02 固定電壓比較器固定電壓比較器(a)電路圖電路圖(b)傳輸特性曲線傳輸特性曲線(2)(2)比較器的基本特點(diǎn)比較器的基本特點(diǎn) 工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。 開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，比較器的輸開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。 非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。線性關(guān)系。 輸入不存在虛短的概念輸入不存在虛短的概念14.1.2 滯回比較器滯

4、回比較器om21221REF1TVRRRRRVRVom21221REF1TVRRRRRVRV 從輸出引一個(gè)電阻分壓支路到同相輸入端，電路從輸出引一個(gè)電阻分壓支路到同相輸入端，電路如圖如圖14.03(a)所示。當(dāng)輸入電壓所示。當(dāng)輸入電壓vI從零逐漸增大，且從零逐漸增大，且: 時(shí)，時(shí)， ， 稱為稱為上限閾值上限閾值(觸發(fā)觸發(fā))電平電平。TIVv omOVvTV當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓 時(shí)，時(shí)， ， 此時(shí)觸發(fā)電平變?yōu)榇藭r(shí)觸發(fā)電平變?yōu)?， 稱稱為為下限閾值下限閾值(觸發(fā)觸發(fā))電平電平。TIVv omOVv TV TV圖圖14.03(a)滯回比較器電路圖滯回比較器電路圖 當(dāng)當(dāng) 逐漸減小，且逐漸減小，且 以前

5、，以前， 始終等于始終等于 ，因此出現(xiàn)如圖因此出現(xiàn)如圖14.03(b)所示的滯回特性曲線。所示的滯回特性曲線。Iv TIVv OvomV回差電壓 ：Vomom212 TTVVRRRVVV圖圖14.03滯回比較電路滯回比較電路 的傳輸特性的傳輸特性14.1.3 窗口比較器窗口比較器 窗口比較器的電路如圖窗口比較器的電路如圖14.04所示。電路由兩個(gè)所示。電路由兩個(gè)幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成。幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成。設(shè)設(shè)R1 =R2，則有：，則有：DLHDCC212DCCL2=)2(21)2(=VVVVVRRRVVV 圖圖14.04 窗口比較器窗口比較器 窗口比較器的電壓傳窗口比較

6、器的電壓傳輸特性如下頁(yè)圖輸特性如下頁(yè)圖 14.05所示。所示。 當(dāng)當(dāng)vIVH時(shí)，時(shí)，vO1為為高電平高電平，D3導(dǎo)通；導(dǎo)通；vO2為為低電平低電平, D4截止，截止，vO= vO1。 當(dāng)當(dāng)vI VL時(shí)，時(shí)，vO2為高為高電平，電平，D4導(dǎo)通；導(dǎo)通；vO1為低為低電平，電平，D3截止，截止，vO= vO2。 當(dāng)當(dāng)VH vI VL時(shí)，時(shí)，vO1為低電平，為低電平，vO2為低電為低電平，平，D3、D4截止，截止，vO為為低電平。低電平。 圖圖14.05 窗口比較器的傳輸特性窗口比較器的傳輸特性 信號(hào)的電位水平高于信號(hào)的電位水平高于某規(guī)定值某規(guī)定值VH的情況，相當(dāng)?shù)那闆r，相當(dāng)比較電路正飽和輸出。比較電

7、路正飽和輸出。 信號(hào)的電位水平低于信號(hào)的電位水平低于某規(guī)定值某規(guī)定值VL的情況，相當(dāng)?shù)那闆r，相當(dāng)比較電路負(fù)飽和輸出。比較電路負(fù)飽和輸出。 該比較器有兩個(gè)閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，該比較器有兩個(gè)閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，故稱為故稱為窗口比較器窗口比較器。14.1.4 比較器的應(yīng)用比較器的應(yīng)用 比較器主要用來對(duì)輸入波形進(jìn)行整形，可以將不比較器主要用來對(duì)輸入波形進(jìn)行整形，可以將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出,其原理圖如圖其原理圖如圖14.06所示。所示。(a) 正弦波變換為矩形波正弦波變換為矩形波 (b) 有干擾正弦波變換為方波有干擾正弦波變換為方波 圖圖14.06

8、用比較器實(shí)現(xiàn)波形變換用比較器實(shí)現(xiàn)波形變換14.2.1 方波發(fā)生電路14.2.2 三角波發(fā)生電路14.2.3 鋸齒波發(fā)生電路 14.2 非正弦波發(fā)生電路 14.2.1 方波發(fā)生電路方波發(fā)生電路 方波發(fā)生電路是由滯回比較電路和方波發(fā)生電路是由滯回比較電路和RC定時(shí)電路定時(shí)電路構(gòu)成的，電路如圖構(gòu)成的，電路如圖14.07所示。所示。(1)(1)工作原理工作原理電源剛接通時(shí)電源剛接通時(shí), 設(shè)設(shè)21Z2PZOC, 0RRVRVVvv所以 電容電容C充電，充電， 升高。參升高。參閱圖閱圖14.08。Cv圖圖14.07 方波發(fā)生器方波發(fā)生器 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，所以，所以 電容電容C放電，放電， 下降。下降。P

9、NCVVvZOVv21Z2PRRVRVCv 當(dāng)當(dāng) ，時(shí)，返回初態(tài)。時(shí)，返回初態(tài)。PNCVVvZOVv 方波周期方波周期用過渡過用過渡過程公式可以方便地求出程公式可以方便地求出 )21ln(212fRRCRT 圖14.08 方波發(fā)生器波形圖動(dòng)畫14-1 動(dòng)畫14-2 圖14.07 方波發(fā)生器(2)(2)占空比可調(diào)的矩形波電路占空比可調(diào)的矩形波電路 顯然為了改變輸出方波的占空比，應(yīng)改變電顯然為了改變輸出方波的占空比，應(yīng)改變電容器容器 C 的充電和放電時(shí)的充電和放電時(shí)間常數(shù)。占空比可調(diào)的間常數(shù)。占空比可調(diào)的矩形波電路見圖矩形波電路見圖14.09。 C充電時(shí)，充電電充電時(shí)，充電電流經(jīng)電位器的上半部、流

10、經(jīng)電位器的上半部、二極管二極管D1、Rf； C放電時(shí)，放電電放電時(shí)，放電電流經(jīng)流經(jīng)Rf、二極管、二極管D2、電、電位器的下半部。位器的下半部。 圖圖14.09 占空比可調(diào)方波發(fā)生電路占空比可調(diào)方波發(fā)生電路 占空比為：占空比為：%100%1002111TTCRrRf1d w1 其中，其中， 是電位器中點(diǎn)到是電位器中點(diǎn)到上端電阻，上端電阻， 是二極管是二極管D1的的導(dǎo)通電阻。導(dǎo)通電阻。 wR1drCRrRRf2d ww2 其中，其中， 是二極管是二極管D2的導(dǎo)通電的導(dǎo)通電阻。即改變阻。即改變 的中點(diǎn)位置，占的中點(diǎn)位置，占空比就可改變?？毡染涂筛淖?。wR2dr 圖圖14.08 方波發(fā)生器波形圖方波發(fā)

11、生器波形圖14.2.2 三角波發(fā)生器 三角波發(fā)生器的電路如圖三角波發(fā)生器的電路如圖14.10所示。它是由滯所示。它是由滯回比較器和積分器閉環(huán)組合而成的。積分器的輸出回比較器和積分器閉環(huán)組合而成的。積分器的輸出反饋給滯回比較器，作為滯回比較器的反饋給滯回比較器，作為滯回比較器的 。REFV1. 當(dāng)當(dāng)vO1=+VZ時(shí)時(shí),則則電容電容C 充電充電, 同時(shí)同時(shí)vO按線性逐漸下降，按線性逐漸下降，當(dāng)使當(dāng)使A1的的VP略低于略低于VN 時(shí)，時(shí)，vO1從從+VZ跳跳變?yōu)樽優(yōu)? -VZ。波形圖。波形圖參閱圖參閱圖14.1114.11。 圖14.10 三角波發(fā)生器2. 在在vO1=- -VZ后，電容后，電容C開

12、始放電，開始放電，vO按線性上按線性上升升, 當(dāng)使當(dāng)使A1的的VP略大于略大于零時(shí)，零時(shí)，vO1從從- -VZ跳變?yōu)樘優(yōu)? VZ ，如此周而復(fù)始，產(chǎn)，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。生振蕩。vO的上升時(shí)間的上升時(shí)間和下降時(shí)間相等，斜率和下降時(shí)間相等，斜率絕對(duì)值也相等，故絕對(duì)值也相等，故vO為為三角波。三角波。圖14.11 三角波發(fā)生器的波形輸出峰值Z21moVRRVZ21moVRRV振蕩周期：214Zmo444RCRRVVCRTmo2/04Z21VdtRVCT動(dòng)畫 14-3 14.2.3 鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器 鋸齒波發(fā)生器的電路如圖鋸齒波發(fā)生器的電路如圖14.12所示。顯然，為了所示。顯然，為了獲得鋸齒波，應(yīng)改變積分器的充放電時(shí)間常數(shù)。圖中獲得鋸齒波，應(yīng)改變積分器的充放電時(shí)間常數(shù)。圖中二極管二極管D和和 R 將將使充電時(shí)間常數(shù)使充電時(shí)間常數(shù)減為減為(RR)C，而放電時(shí)間常數(shù)而放電時(shí)間常數(shù)仍為仍為RC。 圖圖14.12 鋸齒波發(fā)生器電路圖鋸齒波發(fā)生器電路圖 鋸齒波電路鋸齒波電路的輸