從模電到數(shù)電的電子技術(shù)課件-dz-chap06

1、電子技術(shù)第六章 非線性處理器 模擬電路部分2021/9/121 第六章 非線性處理器6.1 限幅器6.2 電壓比較器6.3 遲滯比較器6.4 精密整流電路6.5 采樣保持電路*2021/9/122非線性應(yīng)用：是指由運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系 uo=f( ui ) 是非線性函數(shù)。由運(yùn)放組成的非線性電路有以下三種情況：1. 電路中的運(yùn)放處于非線性狀態(tài)。+Auo比如：運(yùn)放開環(huán)應(yīng)用uo運(yùn)放電路中有正反饋，運(yùn)放處于非線性狀態(tài)。2021/9/1232. 電路中的運(yùn)放處于線性狀態(tài)，但外圍電路有非線性元件（二極管、三極管、穩(wěn)壓管等）。ui0時(shí)：ui UR時(shí) , uo = +Uom當(dāng)ui U

2、R時(shí) , uo = -Uom 一、若ui從同相端輸入2021/9/129+uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)ui UR時(shí) , uo = -Uom 二、 若ui從反相端輸入2021/9/1210uoui0+UOM-UOM+uoui三、過零比較器: (UR =0時(shí))+uouiuoui0+UOM-UOM2021/9/1211+uouitui例：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。uot+Uom-Uom2021/9/1212+uiuoui0+UZ-UZ電路改進(jìn)：用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓。+uiuoUZRRuoUZ電壓比較器的另一種形式 將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上2021/9/1213比較器的特點(diǎn)1

3、. 電路簡單。2. 當(dāng)Ao不夠大時(shí)， 輸出邊沿不陡。3. 容易引入干擾。tuiuot過零附近仍處于放大區(qū)2021/9/1214一、下行遲滯比較器分析1. 因?yàn)橛姓答仯暂敵鲲柡汀?. 當(dāng)uo正飽和時(shí)(uo =+UOM) ：U+3. 當(dāng)uo負(fù)飽和時(shí)(uo =UOM) ：+uoRR2R1ui參考電壓由輸出電壓決定6.3 遲滯比較器特點(diǎn)：電路中使用正反饋， 運(yùn)放處于非線性狀態(tài)。1. 沒加參考電壓的下行遲滯比較器2021/9/1215分別稱UH和UL上下門限電壓。稱(UH - UL)為回差。當(dāng)ui 增加到UH時(shí)，輸出由Uom跳變到-Uom；+uoRR2R1ui當(dāng)ui 減小到UL時(shí)，輸出由-Uom跳

4、變到Uom 。傳輸特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干擾不會(huì)引起跳轉(zhuǎn)。跳轉(zhuǎn)時(shí)，正反饋加速跳轉(zhuǎn)。2021/9/1216tuiUom-UomtuiUHUL例：下行遲滯比較器的輸入為正弦波時(shí)，畫出輸出的波形。+uoRR2R1ui2021/9/12172. 加上參考電壓后的下行遲滯比較器加上參考電壓后的上下限：+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL2021/9/1218下行遲滯比較器兩種電路傳輸特性的比較:+uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL2021/9/1219例：R1=10k，R2=20k ，U

5、OM=12V， UR=9V當(dāng)輸入 ui 為如圖所示的波形時(shí)，畫出輸出uo的波形。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit02021/9/1220首先計(jì)算上下門限電壓：+uoRR2R1uiUR2021/9/1221+UOM-UOM根據(jù)傳輸特性畫輸出波形圖。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002V2021/9/1222u+=0 時(shí)翻轉(zhuǎn)，可以求出上下門限電壓。二、上行遲滯比較器+uoRR2R1ui當(dāng)u+ u- =0 時(shí), uo= +UOM當(dāng)u+0 時(shí)，uo10 , D2導(dǎo)通，D1 截止，運(yùn)放工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)。當(dāng)ui 0

6、 , D2截止，D1導(dǎo)通，構(gòu)成反相比例放大器。+uiuoR1RFR2D1D2u= u+=0V ，uo1-0.7V uo=0 ;2021/9/12291. 運(yùn)放的輸出電壓大于二極管的正向電壓。 即D1 和 D2 總是一個(gè)導(dǎo)通，另一個(gè)截止，這樣電路就能正常檢波。思考題：如何獲得正半波極性的輸入信號(hào)？精密半波整流電路正常工作的條件：2.電路所要求的最小輸入電壓峰值為其中， UD 為二極管的正向電壓，答：二極管反向！+uiuoR1RFR2D1D22021/9/1230tui0tuo0當(dāng)ui 0 , D2導(dǎo)通，D1 截止，運(yùn)放工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)。當(dāng)ui 0 時(shí)，uo1 0 , D2截止，D1導(dǎo)通，構(gòu)成

7、反相比例放大器。u= u+=0V ，uo10.7V uo=0 ;RF1uiR1R21D1D2uo+A1uo12021/9/1231二、絕對(duì)值 ( 全波整流 ) 電路在精密半波整流電路的基礎(chǔ)上，加一級(jí)加法運(yùn)算放大器，就組成了精密全波整流電路。uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R22R12u1+A1A2電路結(jié)構(gòu)：2021/9/1232左圖中A1 構(gòu)成半波整流電路，在 R1RF1 的條件下，有：0(當(dāng) ui 0 )- uiu1=+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A2工作原理：tui0tu102021/9/1233tui0tu10tuo0若滿足一定的條件，就

8、可以有：+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A22021/9/1234已知在 R1RF1 的條件下，有：0(當(dāng) ui 0 )- uiu1=若R12 RF2 且 R11 = 0.5 RF2 當(dāng)ui 0 時(shí)，+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A22021/9/1235三、平均值電路作用：交流直流變換器。半波整流的平均值電路種類：有兩種平均值電路。全波整流的平均值電路方法：只要在整流電路后面連接低通濾波器，就能夠組成最簡單的平均值電路。原理：把交流信號(hào)整流后 ，再經(jīng)濾波器 ，就把交流電壓按比例地變成了直流電壓，且一般是平均值電壓。20

9、21/9/12361. 半波整流的平均值電路這時(shí)可以認(rèn)為全部紋波電壓都被 A2 所抑制 ，起作用的僅是 u1 的直流分量，即平均值電壓。討論的情況。uiuoR11RF1R21D1D2R12RF2R22u1+A1A2CF2021/9/1237設(shè)可得將 代入，得： 當(dāng) 時(shí) ，+uiR1RF1R21D1D2A1u1+uoRF2R22R12A2CF可見，輸出是輸入的半波整流平均值。2021/9/12382. 全波整流的平均值電路在絕對(duì)值電路的基礎(chǔ)上，加入一級(jí)低通濾波器，就組成了全波整流的平均值電路。實(shí)際上，在絕對(duì)值電路中，有時(shí)只增加一個(gè)電容，就能達(dá)到目的。uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R

10、22R12u1+A1A2C2021/9/1239全波整流的平均值電路uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R22R12u1+A1A2C2021/9/1240一、“采樣保持”的含義圖(a)為采樣保持電路的輸入 信號(hào) u ( t )；圖( b )為一組離散的單位沖擊函數(shù) f (t ), 用于對(duì)輸入信號(hào) u ( t ) 進(jìn)行采樣，圖中的 T 稱為采樣周期； 若將u (t )乘以f (t )，即可得“采樣”后的信號(hào)g(t )，如圖(c )所示。 從圖(c)可以看見某個(gè)時(shí)刻的采樣值是轉(zhuǎn)瞬即逝的。如果我們?cè)O(shè)法使這個(gè)數(shù)值延長至下個(gè)采樣信號(hào)來到時(shí)再作改變，如圖(d)所示，這就是“保持”電路的功能。 6.

11、5 采樣保持電路2021/9/1241二、采樣保持電路的組成 采樣保持電路由模擬開關(guān)K 和模擬信號(hào)存儲(chǔ)電容 C 以及緩沖放大器等三部分組成。+RCKucuoui模擬開關(guān)K一般由結(jié)型場效應(yīng)管或MOS場效應(yīng)管組成，緩沖放大器則采用集成運(yùn)算放大器。2021/9/1242當(dāng)數(shù)字指令為“1”時(shí)，模擬開關(guān)K 接通，存儲(chǔ)電容C上的信號(hào) uC 跟蹤輸入信號(hào)，經(jīng)緩沖放大器送出，所以輸出信號(hào)也跟蹤輸入信號(hào)，這就是采樣過程；當(dāng)數(shù)字指令為“0”時(shí)，模擬開關(guān)K 斷開，存儲(chǔ)電容將斷開瞬間 t0 的輸入信號(hào)保持下來并通過放大器送出，所以輸出信號(hào)保持為 t0 時(shí)刻的輸入信號(hào)，這就是保持過程。三、采樣保持電路的工作原理+RCK

12、ucuoui2021/9/1243對(duì)采樣保持電路的主要要求是它的精度和速度 。為了提高實(shí)際電路的精度和速度，可以從元件和電路結(jié)構(gòu)兩 個(gè)方面著手解決。從元件方面： (a) 模擬開關(guān)采樣保持電路所使用的模擬開關(guān)主要是場效應(yīng)管。為了得到高質(zhì)量的采樣保持電路，場效應(yīng)管的開關(guān)速度要快，極間電容要小，夾斷電壓或開啟電壓也要小，導(dǎo)通電阻和反向漏電流等都應(yīng)該盡量小。上述要求可能互相矛盾，使用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路的具體要求，重點(diǎn)保證其中的某些 參數(shù)指標(biāo)。四、采樣保持電路的性能要求2021/9/1244 (b) 存儲(chǔ)電容 實(shí)際電容器具有介質(zhì)吸附效應(yīng)和泄漏電阻。介質(zhì)吸附效 應(yīng)會(huì)使放電后的電容電壓產(chǎn)生不應(yīng)有的回升，而泄漏

13、電阻 則引起電容上的保持電壓隨時(shí)間逐漸減小，降低保持精度。應(yīng)該選用介質(zhì)吸附效應(yīng)小同時(shí)泄漏電阻大的電容器，如聚苯乙烯或聚碳酸脂電容器等。2021/9/1245( c ) 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器在采樣保持電路中起輸出緩沖和輸入隔離的作用，因此要特別重視它的輸入偏置電流以及帶寬和上升速率，還有它的在最大輸出電流等性能參數(shù)。在采樣保持電路中，幾乎毫無例外的都采用具有場效應(yīng)管輸入級(jí)的運(yùn)算放大器，或者具有低輸入偏置電流的運(yùn)算放大器；同時(shí)運(yùn)算放大器的上升速率要大于輸入信號(hào)的變化率，它的帶寬和輸出電流都要大一些為好。2021/9/1246主要組成部分：結(jié)型場效應(yīng)管模擬開關(guān)T；存儲(chǔ)電容CF ；反相工作的運(yùn)算放大器。 1. 反相型采樣保持電路五、采樣保持電路的兩種形式uiuoRFR2+ACFDRCUT2021/9/1247反相型采樣保持電路常常具有原理性誤差，它只限于低速應(yīng)用，不如同相型電路用得廣泛，故而在此只作簡單介紹。 反相工作的放大器使其反