西安電子科技大學(xué) 模電課件 第3章 電壓比較器

一.

一階RC有源濾波器

二.二階RC有源濾波器

2.正饋型有限增益放大器的有源二階低通濾波電路

3.無(wú)限增益放大器的多環(huán)負(fù)饋型二階帶通濾波電路4.二階帶阻濾波器

②.全通和帶通相加器組成的帶阻濾波器

三.

一階全通（移相）濾波器

四.基于雙積分環(huán)的二階有源濾波器（狀態(tài)變量濾波器）

RC有源濾波器小結(jié)①.雙T網(wǎng)絡(luò)組成的帶阻濾波器

1.二階RC濾波器的組成結(jié)構(gòu)一.由LC諧振回路構(gòu)成的帶通和帶阻濾波器2.4.6模擬電感實(shí)現(xiàn)的濾波電路其中可見，第一個(gè)電路具有帶通特性。其中可見，該電路具有帶阻特性。取摸擬無(wú)耗等效電感二.模擬電感。1.無(wú)耗接地電感由模擬電感構(gòu)成的帶通濾波器其中可見，該電路等效一有耗電感。1.有耗接地電感。由模擬電感構(gòu)成的帶阻濾波器選擇即可實(shí)現(xiàn)由模擬電感構(gòu)成的二階帶阻濾波器在處第3章電壓比較器、馳張振蕩器

及模擬開關(guān)3.1電壓比較器3.2馳張振蕩器3.3模擬開關(guān)電壓比較器的功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高、低兩個(gè)電平。3.1電壓比較器電壓比較器有專用的集成芯片可供使用，也可用集成運(yùn)放組成，這里只討論后者。由于比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài)，因此，用作比較器的運(yùn)放將工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。比較器在信號(hào)變換、檢測(cè)和波形產(chǎn)生電路中有廣泛應(yīng)用。此外由于高電平相當(dāng)于邏輯“1”，低電平相當(dāng)邏輯“0”，所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接口電路。電壓比較器的基本特性

1.輸出

高電平(UoH)和低電平(UoL)

用運(yùn)放構(gòu)成的比較器，其輸出的高電平UoH和低電平UoL可分別接近于正電源電壓(UCC)和負(fù)電源電壓(-UCC)。電壓比較器的電路符號(hào)理想的電壓比較器，在高、低電平轉(zhuǎn)換的門限UT處具有階躍的傳輸特性。

實(shí)際運(yùn)放的Aud不為無(wú)窮大。在UT附近存在著一個(gè)比較的不靈敏區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)輸出既非UoH，也非UoL，故無(wú)法對(duì)輸入電平大小進(jìn)行判別。2.鑒別靈敏度這就要求運(yùn)放：

顯然，Aud越大，則這個(gè)不靈敏區(qū)就越小，稱比較器的鑒別靈敏度越高。轉(zhuǎn)換時(shí)間

3.轉(zhuǎn)換速度作為比較器的另一個(gè)重要特性就是轉(zhuǎn)換速度，即比較器輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。通常要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短，以便實(shí)現(xiàn)高速比較。為此可對(duì)比較器施加正反饋，以提高轉(zhuǎn)換速度。非線性應(yīng)用的條件：運(yùn)放開環(huán)或施加正反饋。理想集成運(yùn)放非線性應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn)非線性應(yīng)用特點(diǎn)：此時(shí)，兩輸入端“虛短路”的概念不再適用。

一.反相電壓比較器電路如圖所示，輸入信號(hào)ui加在反相端，參考電壓ur

加在同相端。3.3.1簡(jiǎn)單電壓比較器

ui

<ur

，uo=UOH當(dāng)

ui

>ur

，uo=UOL其傳輸特性

uo=f(ui

)當(dāng)該電路的參考電壓為零時(shí)，則為反相過(guò)零比較器。

02.同相電壓比較器

ui

<ur

，uo=UOL當(dāng)

ui

>ur

，uo=UOH其傳輸特性

uo=f(ui

)當(dāng)參考電壓為零時(shí)，則為同相過(guò)零比較器。電路如圖所示，輸入信號(hào)ui加在同相端，參考電壓ur

加在反相端。

0[例1].若ui=5sinωtV

ur=2V,UCC=12V。試畫出反相和同相比較器的輸出波形。反相比較器同相比較器

[例2].將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波。

[例3].若ur為三角波，而ui為緩變信號(hào)，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。反相比較器反相過(guò)零比較器簡(jiǎn)單比較器應(yīng)用中存在的問(wèn)題①.輸出電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間受運(yùn)放的限制，使高頻脈沖的邊緣不夠陡峭；②.抗干擾能力差。在比較門限處，輸出將產(chǎn)生多次跳變。3.3.2.

遲滯比較器––雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為了解決以上兩個(gè)問(wèn)題，在比較器中引入正反饋，構(gòu)成所謂“遲滯比較器”。這種比較器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)由于正反饋加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而改善了輸出波形的邊緣。一.反相遲滯比較器反相遲滯比較器電路如圖所示。R1和R2將輸出電壓uo反饋到運(yùn)放的同相端，構(gòu)成正反饋。為簡(jiǎn)單計(jì)，R1端所接的參考電平為地電位。下面來(lái)分析該電路的傳輸特性當(dāng)輸出一旦變?yōu)榈碗娖?，則同相端也同時(shí)跳變?yōu)楫?dāng)ui很負(fù)使u－<u+時(shí)，uo為高電平UoH此時(shí)，同相端電位u+為當(dāng)ui由負(fù)逐漸增大到ui=U+′時(shí)，輸出將由高電平跳變?yōu)榈碗娖?。?duì)于反相電路uo從高跳到低所對(duì)應(yīng)的ui電壓稱為上門限電壓，記為UTH?？梢?，UTH=U+′由于，因而

ui

>以后，uo將維持在低電平。反之，ui由大逐漸變小時(shí)，由于同相端電位變?yōu)橐蚨鴘i必須小到時(shí)，輸出才由低電平跳變?yōu)楦唠娖健４藭r(shí)的輸入電壓稱為下門限電壓，記為UTL。

UTL=對(duì)應(yīng)的傳輸特性曲線如圖所示。電壓的傳輸特性由于其傳輸特性很像磁性材料的磁滯回線，所以稱之為遲滯比較器或滯回比較器。遲滯比較器的上、下門限電壓之差稱之為回差，用ΔU表示，即回差ΔU的大小，將決定比較器的抗干擾能力，ΔU越大，則抗干擾能力越強(qiáng)。但同時(shí)使比較器的鑒別靈敏度降低。因?yàn)檩斎腚妷簎i的峰峰值必須大于回差，否則，輸出電平不可能轉(zhuǎn)換。[例4].若ui=5sinωtV，R1=10k，R2=50k

，UCC=12V。試畫出反相遲滯比較器的輸出波形。解有干擾下的遲滯比較器輸出波形二.同相遲滯比較器電路如圖所示，當(dāng)ui很負(fù)使u+<u－=0時(shí)，uo為低電平UoL。此時(shí)，同相端電位u+為當(dāng)ui由負(fù)增大到使U+′=0時(shí)，輸出將由低電平跳變?yōu)楦唠娖?。此時(shí)的ui即為上門限電壓UTH。輸出一旦變?yōu)楦唠娖?，則同相端也同時(shí)跳變?yōu)閁TH=0由上式解得反之，ui由正減小到使時(shí)，輸出將由高電平跳變?yōu)榈碗娖健４藭r(shí)的ui即為下門限電壓UTL。對(duì)應(yīng)的傳輸特性如圖所示。UTL=0由上式解得作業(yè)：

p95

3-1，3-2，

3-3

若ui=6sinωtv，ur=5v，R1=20k，R2=50k

，UCC=12V。試畫出傳輸特性，并畫出輸出電壓波形。一.簡(jiǎn)單電壓比較器二.

遲滯比較器––雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

振蕩器（又稱波形產(chǎn)生器）是一種沒有輸入信號(hào)，在加電之后能自動(dòng)產(chǎn)生一定形狀、一定幅度和一定頻率波形的電路。根據(jù)產(chǎn)生波形的形狀不同，振蕩器可分為后者主要產(chǎn)生方波、三角波和鋸齒波等非正弦波。張弛振蕩電路的類型非常多，本節(jié)只討論用集成運(yùn)放構(gòu)成的張弛振蕩電路。7–5張弛振蕩器一.方波振蕩器方波振蕩器是由運(yùn)放構(gòu)成反相遲滯比較器，再加一條RC充放電支路構(gòu)成，如圖示。其上、下門限分別為：

1.振蕩器原理加電后若uo=UoH，UoH通過(guò)R向C充電，ui增大，達(dá)到UTH時(shí)，uo跳變?yōu)榈碗娖健?/p>

uo=UoL后，C反向充電，ui減小，降到UTL時(shí)，uo又跳變?yōu)楦唠娖健撕笾貜?fù)以上過(guò)程，周而復(fù)始產(chǎn)生振蕩。++振蕩器電路中電容器端和輸出的電壓波形下面來(lái)計(jì)算振蕩頻率f0首先計(jì)算周期T。T=T1+T2，

T1=T2，T=2T1。根據(jù)三要素法：則振蕩頻率其中

可見，只要調(diào)節(jié)電位器動(dòng)臂的位置，使充、放電時(shí)常數(shù)不等，則占空比可調(diào)。但振蕩周期（頻率）保持不變。

為了表征方波高、低電平的對(duì)稱性，引入?yún)?shù)占空比D，D定義為高電平時(shí)間T1與周期T的比值，即顯然，上述電路由于T1=T2，T=2T1，所以D=0.5

如果要求占空比可調(diào):如動(dòng)臂向上移動(dòng)時(shí)：T1<T2，D<0.5二.三角波-方波振蕩器電路組成原理反相比較器構(gòu)成的電路ui2.同相比較器電路構(gòu)成的電路

3.振蕩頻率f0

在T2時(shí)間內(nèi)，uC的變化量三.鋸齒波產(chǎn)生器圖7–60占空比可調(diào)的弛張振蕩器四.壓控張弛振蕩器放大器為保證振蕩的相位關(guān)系，uo1=UoH時(shí)，Au=－1，而uo1=UoL時(shí)，Au=+1。

uo1輸出的調(diào)頻方波波形控制信號(hào)uS的波形EQUS7–6模擬開關(guān)模擬開關(guān)是電子系統(tǒng)中常用的基本單元電路，用來(lái)控制信號(hào)的通斷。一個(gè)理想的模擬開關(guān)，應(yīng)接通時(shí)相當(dāng)于短路，關(guān)斷時(shí)相當(dāng)于開路，工作速度要快，各開關(guān)間的隔離度要好。模擬開關(guān)可由雙極型晶體管構(gòu)成，也可以用MOS場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成

CMOS模擬開關(guān)具有電路簡(jiǎn)單、功耗小、導(dǎo)通電阻小、關(guān)斷電阻大等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。一.CMOS傳輸門二.CMOS模擬開關(guān)電路

CC4046四雙向模擬開關(guān)1.增益控制三.MOS模擬開關(guān)的應(yīng)用舉例

2.脈沖調(diào)制電路3.模擬開關(guān)用于多路信號(hào)數(shù)據(jù)采集7–7集成運(yùn)算放大器選擇指南本章已經(jīng)介紹了集成運(yùn)算放大器在線性和非線性方面的應(yīng)用。為便于說(shuō)明電路的工作原理和電路性能指標(biāo)的計(jì)算，分析中我們都假設(shè)運(yùn)放具有理想的特性。但這并不意味著在實(shí)際中可以不加選擇地隨便拿一個(gè)運(yùn)放即可使用，而不去關(guān)心運(yùn)放的具體性能指標(biāo)。實(shí)際上，器件的許多非理想因素會(huì)影響電路的性能，所以，我們必須根據(jù)電路和信號(hào)的需要來(lái)精心地選擇器件的型號(hào)。有關(guān)運(yùn)放非理想特性帶來(lái)運(yùn)算誤差的定量分析，請(qǐng)讀者參考本書附錄C，在此僅介紹一般的選擇原則。

(1).如果沒有特殊要求，選用通用型運(yùn)算放大器(如LM741、LM324等)。

(2).如系統(tǒng)要求精密，溫漂小，噪聲干擾低，則選擇高精度、低漂移、低噪聲的集成運(yùn)放。

(3).如系統(tǒng)要求運(yùn)放輸入阻抗高，輸入偏流小，則選擇高輸入阻抗運(yùn)算放大器。

(4).若系統(tǒng)對(duì)功耗有嚴(yán)格要求，則選擇低功耗運(yùn)放。

(5).若系統(tǒng)工作頻率高，則選擇寬帶、高速集成運(yùn)放或比較器。

例1.

三個(gè)運(yùn)算放大器分別構(gòu)成三個(gè)電路，如圖所示，表7–2給出了三個(gè)運(yùn)算放大器的主要參數(shù)，請(qǐng)針對(duì)三個(gè)電路分別選擇合適的器件型號(hào)。