波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器市公開課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院主講：趙建輝第八章波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換

(2.電壓比較器)波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第1頁8.1正弦波振蕩電路8.2電壓比較器8.3非正弦波發(fā)生電路8.4利用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換8.5鎖相環(huán)及其應(yīng)用(X)第8章波形發(fā)生與轉(zhuǎn)換本節(jié)課內(nèi)容波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第2頁8.2電壓比較器重點(diǎn)：工作原理及經(jīng)典應(yīng)用難點(diǎn)：1.電壓比較與運(yùn)算放大區(qū)分2.滯回比較電路*3.比較器經(jīng)典應(yīng)用(分析與設(shè)計(jì))本節(jié)重點(diǎn)難點(diǎn)波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第3頁？問題提出1.什么是比較器?(二值化)2.有何作用?(模擬---數(shù)字轉(zhuǎn)換)3.比較器與放大本質(zhì)區(qū)分？4.為何要引入滯回比較(波形轉(zhuǎn)換基礎(chǔ))?5.比較電路分析方法(閾值及閾值點(diǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系)?6.比較器經(jīng)典應(yīng)用(那些類型)?波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第4頁8.2.1概述比較與放大電路區(qū)分聯(lián)絡(luò):電壓比較:實(shí)現(xiàn)信號(hào)二值化(非線性)運(yùn)算放大:實(shí)現(xiàn)信號(hào)百分比關(guān)系(線性:疊加原理)電壓比較:對(duì)兩個(gè)(多個(gè))模擬信號(hào)進(jìn)行比較,并輸出高/低兩種電壓作為比較結(jié)果(二值化)。相當(dāng)于集成運(yùn)放工作在非線形區(qū)。應(yīng)用及分析方法均不一樣!波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第5頁一、電壓比較器電壓傳輸特征比較器三要素：（1）輸出電平（UOH和UOL）（2）閾值電壓：UT(UThreshHold)（3）閾值點(diǎn)輸出改變方向：(UOH-UOL還是UOL-UOH)電壓比較器波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第6頁二、集成運(yùn)放非線性工作區(qū)引入正反饋開環(huán)工作比較器（非線性）特點(diǎn)：（1）開環(huán)或正反饋（2）“虛斷”不“虛短”（3）輸入電阻很大（4）輸出電阻很小波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第7頁三、比較器種類比較器分類、特點(diǎn)及應(yīng)用：（模/數(shù)轉(zhuǎn)換/二值化）單限比較：單門限，單跳變。如開關(guān)控制滯回比較：雙門限，單跳變?？垢蓴_窗口比較：雙門限，雙跳變。如“窗口”檢測單限比較滯回比較窗口比較波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第8頁8.2.2單限比較器一、過零比較器(過零點(diǎn))輸入保護(hù)輸出限幅輸入保護(hù)輸出限幅波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第9頁tuiuotUZ-UZ輸出限幅原理（非線性）–+AuoR1RFuiDZR+運(yùn)放處于線性狀態(tài)，但外圍電路有非線性元件——穩(wěn)壓二極管。R：限流電阻。普通取100。DZ雙向穩(wěn)壓管波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第10頁另一個(gè)形式限幅器：雙向穩(wěn)壓管并聯(lián)于負(fù)反饋回路上–+AuoR1RFuiDZ+當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，雙向穩(wěn)壓管不通（斷開），運(yùn)放工作在線性狀態(tài)。uoui0+UZ+UZ傳輸特征波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第11頁二、普通單限比較器參考電壓輸入電壓令：分析方法：1.確定UOH/UOL2.確定UT（U+=U-）3.確定UO改變方向考慮：參考電壓和輸入電壓分別接正負(fù)輸入端接法。波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第12頁例：8.2.1:UZ=+/-6V,已知輸入，求輸出波形三角波--占空比為50%雙極性方波。波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第13頁例：8.2.1:UZ=+/-5V,R1=R2=5K,UREF=2V,已知輸入波形，求輸出波形.三角波--占空比為20%雙極性方波。波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第14頁8.2.3滯回比較器滯回比較器（單限比較引入正反饋）閾值點(diǎn)：UT1:(UI<0)閾值點(diǎn)：UT2:(UI>0)uI從右至左：上跳變uI從左至右：不跳變。uI從左至右：下跳變uI從右至左：不跳變。是否跳變決定于改變方向滯回特征波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第15頁遲滯比較器抗干擾模型示意波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第16頁門限偏移滯回比較器波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第17頁例：R1=10k，R2=20k，UOM=12V，UREF=9V,輸入ui為如圖所表示波形時(shí)，畫出輸出uo波形。uoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit0波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第18頁+UOM-UOM依據(jù)傳輸特征畫輸出波形圖。uoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002V波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第19頁例8.2.3:設(shè)計(jì)一個(gè)電壓比較器，傳輸特征如圖所表示。解:依據(jù)傳輸特征，輸入作用于同相端，無偏移門限。電路如圖所表示。波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第20頁8.2.4窗口比較器（雙限比較器）工作原理:（1）D1/D2作用(或)。（2）窗口方式選擇。（3）DZ限幅作用。問題:假如要求傳輸特征反相，怎樣處理？

為何普通運(yùn)放/比較器沒有“線與”功效？波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第21頁8.2.5集成電壓比較器內(nèi)容電壓比較器集成運(yùn)放開環(huán)增益：失調(diào)電壓：共模抑制：響應(yīng)速度：傳輸延遲：小大小快小大小大慢大追求目不同，不可混用。常用芯片（LM119/319）波形發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓比較器第22頁電壓比較器總結(jié)：1.比較器（運(yùn)放）工作在非線性區(qū)域，快速經(jīng)過線性區(qū)經(jīng)過開環(huán)/正反饋實(shí)現(xiàn)）。2.經(jīng)過電壓傳輸特征描述，而非放大倍數(shù)Au。3.電