第22講：微積分-比較器電路

反相加法運算電路ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–R2=Ri1

//Ri2

//RF減法運算電路ui2uoRFui1R3R2++–R1+–++––如取R1

=R2

，R3

=RF

復(fù)習(xí)：集成運算放大器的管腳和符號

Vo+12V

--12V

8765

1234μA741調(diào)零調(diào)零懸空V–V+16.2.4積分運算電路由虛短及虛斷性質(zhì)可得

i1=ifif=?ifi1uoCFuiR2R1++––++–uC+–

當(dāng)電容CF的初始電壓為uC(t0)時，則有uitO積分飽和線性積分時間–UO(sat)uOtO+UO(sat)uI=UI>0

uI=–UI<0

輸出電壓隨時間線性變化UI–UI線性積分時間線性積分時間

采用集成運算放大器組成的積分電路,由于電路的uO

=

uC，而電容的充電電流基本上是恒定的，故uO

是時間t的一次函數(shù)，從而提高了它的線性度?！堋苋糨斎胄盘栯妷簽楹愣ㄖ绷髁?，即uI=UI

時，則例1：分析電路uo與ui的關(guān)系。ifi1解：本電路將比例運算和積分運算結(jié)合在一起uoCFuiR2R1++––++–RF∴上式表明：輸出電壓是對輸入電壓的比例-積分∴這種電路稱為“比例-積分”（簡稱PI）調(diào)節(jié)器,常用于控制系統(tǒng)中,以保證自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。改變RF和CF，可調(diào)整比例系數(shù)和積分時間常數(shù),以滿足控制系統(tǒng)的要求。例2：如圖，ui=±5V,R1=50KΩ,C=1uF,uc(0)=0,試畫出uo波形。uoCFuiR2R1++––++–解：典型的積分電路采用坐標(biāo)平移法：0～10msu0tO-1V但C上電壓不能突變，仍然隨著時間上升，u0回升，再過10ms,回復(fù)到0，此后繼續(xù)上升，到30ms時升為1V1V例3：如圖，ui=±5V,R1=50KΩ,C=1uF,uc(0)=0,試畫出uo波形。uoCFuiR2R1++––++–解：（與前有何不同自己做）采用坐標(biāo)平移法：0～10ms但C上電壓不能突變，仍然隨著時間上升，u0回升，再過10ms,回復(fù)到0C上電壓不能突變第22題例

4在圖示的電路中。（1）寫出輸出電壓uo與輸入電壓ui的運算關(guān)系。（2）若輸入電壓ui=1V，電容器兩端的初始電壓uC=0V，求輸出電壓uo變?yōu)?V所需要的時間。解前分析：積分電路加法電路16.2.5微分運算電路ifi1由虛短及虛斷性質(zhì)可得

i1=ifuoC1uiR2RF++––++–uitOuotOUi–Ui動畫例4：分析電路uo與ui的關(guān)系。上式表明：輸出電壓是對輸入電壓的比例-微分所以稱為“比例-微分”（簡稱PD）調(diào)節(jié)器?？刂葡到y(tǒng)中，在調(diào)節(jié)過程中起加速作用，即使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度和工作穩(wěn)定性。uoC1uiR2RF++––++–R1ifiRiC16.3.3

電壓比較器電壓比較器的功能：電壓比較器用來比較輸入信號與參考電壓的大小。當(dāng)兩者幅度相等時輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來判斷輸入信號的大小和極性。用途：數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合。

運放工作在開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。理想運放工作在飽和區(qū)的特點：1.輸出只有兩種可能+Uo

(sat)

或–Uo

(sat)

當(dāng)u+>u－

時，uo

=+Uo

(sat)

u+<u－

時，uo

=–

Uo

(sat)

不存在“虛短”現(xiàn)象

2.i+=i－0仍存在“虛斷”現(xiàn)象電壓傳輸特性uo

u+–u–

–Uo(sat)+Uo(sat)飽和區(qū)O電壓傳輸特性

–Uo(sat)

+Uo(sat)運放處于開環(huán)狀態(tài)一.基本電壓比較器閾值電壓(門限電平)：輸出躍變所對應(yīng)的輸入電壓。uiuoOURURuouiR2++–R1+–++––當(dāng)u+>u–

時，uo=+Uo

(sat)

u+<u–

時，uo=–Uo

(sat)

即ui<UR時，uo

=+Uo

(sat)

ui

>UR

時，uo

=–

Uo

(sat)可見，在ui

=UR處輸出電壓uo

發(fā)生躍變。參考電壓1.過零電壓比較器利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲╱ouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR=0tuiOtuo+Uo(sat)–Uo(sat)OuitOUROuot

+Uo

(sat)

–Uo

(sat)t1t22.單限電壓比較器：

當(dāng)ui

單方向變化時，uo

只變化一次。URuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOURui

>UR，uo=+Uo

(sat)ui

<UR，uo=–Uo

(sat)URuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2++–R1+–++––

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR輸入信號接在反相端輸入信號接在同相端電壓傳輸特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOURURuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2++–R1+–++––Ot

+Uo(sat)

–Uo(sat)uo輸入信號接在反相端輸入信號接在同相端uitOUROuot

+Uo

(sat)

–Uo

(sat)t1t23.輸出帶限幅的電壓比較器設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略穩(wěn)壓管的正向?qū)▔航祫tui

<

UR，uo

=UZ

ui>UR，uo

=–UZUZ

–UZuo'RDZURuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOURui<UR時，uo'

=+Uo

(sat)

ui

>UR

時，uo'

=–

Uo

(sat)

存在問題：單門限比較器的抗干擾能力應(yīng)為高電平錯誤電平二.滯回比較器

電路中引入正反饋(1)提高了比較器的響應(yīng)速度；(2)輸出電壓的躍變不是發(fā)生在同一門限電壓上。RFR2uoui++–R1+–+–－－當(dāng)uo=+Uo(sat)，則門限電壓受輸出電壓的控制上門限電壓當(dāng)uo

=–Uo(sat)，則下門限電壓上門限電壓U'+

：ui

逐漸增加時的門限電壓下門限電壓U"+：ui

逐漸減小時的門限電壓uiuoO

–Uo(sat)+Uo(sat)電壓傳輸特性uitOuoOt+Uo(sat)–Uo(sat)兩次跳變之間具有遲滯特性——滯回比較器RFR2uoui++–R1+–+–回差電壓VH=U+’-U+’’解：上門限電壓

下門限電壓例1：電路如圖所示，Uo(sat)

=±6V，

RF

=20k，R2=10k，求上、下門限電壓。RFR2uoui++–R1+–+–uiuoO-6-226

電壓傳輸特性

－++uoRR2R1ui－++uoRR2R1ui沒加參考電壓的遲滯比較器加上參考電壓后的遲滯比較器UR根據(jù)疊加原理，有改變參考電壓UR，可使傳輸特性沿橫軸移動?？梢姡簜鬏斕匦圆辉賹ΨQ于縱軸，+UR–RFR2uoui++–R1+–+–uiuoO–Uo(sat)+Uo(sat)電壓傳輸特性當(dāng)參考電壓UR不等于零時定義：回差電壓與過零比較器相比具有以下優(yōu)點：1.改善了輸出波形在躍變時的陡度。2.回差提高了電路的抗干擾能力，U越大，抗干擾能力越強(qiáng)。結(jié)論：1.調(diào)節(jié)RF

或R2

可以改變回差電壓的大小。2.改變UR可以改變上、下門限電壓，但不影回差電壓U。電壓比較器在數(shù)據(jù)檢測、自動控制、超限控制報警和波形發(fā)生等電路中得到廣泛應(yīng)用。解：例2：電路如圖所示，Uo(sat)

=±6V，UR

=5V，

RF

=20k，R2=10k，求上、下門限電壓，并繪出電壓傳輸特性曲線。+UR–RFR2uoui++–R1+–+–電壓傳輸特性uouiO-661.335.33

例3：(抑制干擾示例)

R1=10k，R2=20k

，UOM=12V，UR=9V當(dāng)輸入ui

為如圖所示的波形時，畫出輸出uo的波形。－++uoRR2R1uiUR5V10Vuit0

門限電壓：+UOM-UOM根據(jù)傳輸特性畫輸出波形圖uiuott10V5V002V三.窗口比較器

電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成設(shè)R1=R2，則：

當(dāng)vI＞VH時，vO1為高電平，D3導(dǎo)通；vO2為低電平,D4截止，vO=vO1。

當(dāng)vI＜

VL時，vO2為高電平，D4導(dǎo)通；vO1為低電平，D3截止，vO=vO2

當(dāng)VH

＞vI＞

VL時，vO1為低電平，vO2為低電平，D3、D4截止，vO為為低電平。

簡略介紹

要求掌握：16.5使用運方應(yīng)注意的幾個問題輸入端保護(hù)——2個二極管輸出端保護(hù)