學(xué)模擬電子技術(shù)-模電孫第三章

電壓比較器的功能是比較兩個(gè)輸入電壓的大小，據(jù)高電平相當(dāng)于數(shù)字電路中的邏輯“1”，低電平相當(dāng)注意：在運(yùn)算電路中所使用的“虛地”概念在非線性條件下不滿足；只在臨界狀態(tài)時(shí)才可使用。uoUuoUoH0urUoLui Cuour —EE

不靈敏區(qū) 圖3.1.1電壓比較器的符號(hào)及傳輸特高電平(UoH)和低電平電壓比較器可以用運(yùn)放構(gòu)成，也可用 構(gòu)成。用運(yùn)放構(gòu)成的比較器，其高電平UoH可接近于正電源電壓(UCC)，UoH＝3.4V左右，UoL＝－0.4V左右鑒別靈敏 轉(zhuǎn)換速轉(zhuǎn)換速度是比較器的另一個(gè)重要特性，即比較器的輸出狀態(tài)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。通常要求轉(zhuǎn)換時(shí)比較器的轉(zhuǎn)換速度與器件壓擺率SR有關(guān)，SR越大，輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間就越短，比較器的轉(zhuǎn)換速度電壓比較器的開(kāi)環(huán)應(yīng)用若Ui＞0，uo若Ui＜0，uo這種電路可做為零電平檢測(cè)器。該電路也可用于“整形”，將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波。問(wèn)題：若參考電平ur≠0。而是接參考電壓URE，輸出波形會(huì)有什么樣的變化？圖(a)過(guò)零比較器整形波形；(b)脈寬調(diào)制器輸出波【例3.1.1】電路及輸入信號(hào)波

ui分別如圖3.1.3(a)、(b)所示

uo1

uo

遲滯比較器––正反饋比較器一是輸出電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間受比較器翻轉(zhuǎn)速度（壓擺率SR）的限制，導(dǎo)致高頻脈沖的邊緣不夠陡峭(如圖二是能力差，如圖3.1.5(b)所示，若ui在參考電壓ur(=0)附近有噪聲或干擾，則輸出波形將產(chǎn)生錯(cuò)誤的圖3.1.5簡(jiǎn)單比較器輸出波形邊緣不陡峭及受干擾的情(a)輸出波形邊緣不陡 (b)受干擾情為了解決以上兩個(gè)問(wèn)題，可將比較器設(shè)置兩個(gè)閾值，只要干擾信號(hào)不超過(guò)這兩個(gè)閾值，比較器就不會(huì)跳變，從而提高比較器的 能力。利用這種思想設(shè)計(jì)出來(lái)的電壓比較器稱為遲滯比較器，或稱 觸發(fā)器。電路是在簡(jiǎn)單比較器基礎(chǔ)上增加了正反饋電路實(shí)現(xiàn)的。正反饋也加快了翻轉(zhuǎn)速度。R2將uo反饋到運(yùn)放的同相端與R1一起構(gòu)成正反饋其正反饋系數(shù)F

fUfUo

下門限電上門限電下門限電上門限電

UOH

R1R2

UOL

F

f

當(dāng)ui由負(fù)逐漸向正變化，且ui=Uf=Ur1時(shí)，輸出將由高電平

Ur1

R1R2

R1R2

而后，ui再增大，uo將維持在低電平。注意此時(shí)比

F )

r f

R1

R1可見(jiàn)，當(dāng)ui由正變負(fù)的比較電平將是Ur2(負(fù)值)，故只有當(dāng)ui變得比Ur2更負(fù)時(shí)，uo才又從低變高。所以，

r

R1

R1特點(diǎn)：輸出端從高電平跳變到低電平對(duì)應(yīng)的閾值電壓與從低電平跳變到高電平對(duì)應(yīng)的閾值電壓不同！綜上所述，遲滯比較器的傳輸特性曲線如圖3.1.6(b)所示。由于它像磁性材料的磁滯回線，因此稱之為遲滯比較器或滯回比較器。遲滯比較器的上、下門限之差稱之為回差，用U12U12

2R

如圖3.1.7所示。由于使電路輸出狀態(tài)跳變的輸入圖3.1.7遲滯比較器輸出波相端，而反相端接地(U-=0)。只有當(dāng)同相端電壓=0時(shí)，輸出狀態(tài)才發(fā)生跳變。而同相端電壓等于正反UTH

UoLR2R

UEE

UTL

UoH

UCC

圖(a)電路；(b)傳輸特性曲【例3.1.2】電路如圖3.1.9(a)所示，輸入電壓ui的波形如圖所示，試畫(huà)出uo1、uo2圖 電路圖與波形圖3.1.10A1、A2傳輸特

8sint(V

波形如圖3.1.9(c)所示U

10K

U

U

波形如圖3.1.9(d)所示3.2弛張振蕩弛張振蕩器即–三角波產(chǎn)生器。對(duì)于信號(hào)發(fā)生器，其狀態(tài)有時(shí)維持不變，而有時(shí)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(hào)發(fā)弛張振蕩器必須是一個(gè)正反饋電路，它由兩部分組成：一部分是狀態(tài)電路;另一部分是定時(shí)電路，即控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間的電路。如圖3.2.1所示，一般用遲滯比較器作為狀態(tài)電路，而用積分器作為定時(shí) 圖 弛張振蕩器框單運(yùn)放將狀 電路和定時(shí)電路集中在一起，圖3.2.2(a)圖3.2.2單運(yùn)放弛張振蕩器電路及波那么電容被充電，uC(t)以指數(shù)規(guī)律上升，并趨向UoH。 F

該電壓為比較器的參考電平。當(dāng)uC上升到該電平值時(shí)，即U-=U+，則輸出狀態(tài)要發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即由高電平跳變到低電平UoL。 此時(shí)的U+記為高門限電壓UTH：

正

R

正UoLR

UEE

UoL

U

R 因?yàn)殡娙莩潆姾头烹姇r(shí)常數(shù)均等于RC，所以T1=T2，占空比D=T2/T=50%現(xiàn)在來(lái)計(jì)算振蕩頻率f0。首先計(jì)算時(shí)間T1。如

R

UoL

T時(shí)，u(T)

R T2

1振蕩頻率f01

1,故f001f0 1

2RCln(1 2改變時(shí)常數(shù)RC即R2

3.2.2如圖3.2.3所示，運(yùn)放A1構(gòu)成同相輸入的遲滯比較器，A2為理想積分器。A1輸出為 ，該 通過(guò)電阻R給電容C恒流充放電，形成三角波，反過(guò)來(lái)三角波又去控制遲滯比較器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，周而復(fù)始形成振蕩其波形如圖3.2.4所示。圖3.2.3雙運(yùn) –三角波振蕩圖 雙運(yùn) –三角波振蕩器輸出波uo1和由圖可見(jiàn)，uo1的高電平UoH=UCC，低電平UoL=-UEE，

uo2為三角波。當(dāng)uo1為高電平時(shí)，C流

下降。再看A1，其反相端接地，當(dāng)U+過(guò)零時(shí)，A1輸狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，而U+等于uo1和uo2的疊加，U

R

UoH

R

Uo2

U

Uo2m

R1

R

iC出

R

隨時(shí)間線性上升，當(dāng)

R

Uo