西电模电-第3章电压比较器.ppt

一一. 一阶一阶RC有源滤波器有源滤波器 二二. 二阶二阶RC有源滤波器有源滤波器 2.正馈型有限增益放大器的有源二阶低通滤波电路正馈型有限增益放大器的有源二阶低通滤波电路 3.无限增益放大器的多环负馈型二阶带通滤波电路无限增益放大器的多环负馈型二阶带通滤波电路 4. 二阶带阻滤波器二阶带阻滤波器. 全通和带通相加器组成的带阻滤波器全通和带通相加器组成的带阻滤波器 三三. 一阶全通（移相）滤波器一阶全通（移相）滤波器 四四. 基于双积分环的二阶有源滤波器（状态变量滤波器）基于双积分环的二阶有源滤波器（状态变量滤波器） RC有源滤波器小结有源滤波器小结. 双双T网络组成的带阻滤波器网络组成的带阻滤波器 1. 二阶二阶RC滤波器的组成结构滤波器的组成结构一一. 由由LC谐振回路构成的带通和带阻滤波器谐振回路构成的带通和带阻滤波器2.4.6 模拟电感实现的滤波电路模拟电感实现的滤波电路其中其中 可见，第一个电路具有带通特性可见，第一个电路具有带通特性其中其中 可见，该电路具有带阻特性可见，该电路具有带阻特性取取摸拟无耗等效电感摸拟无耗等效电感二二. 模拟电感模拟电感1. 无耗接地电感无耗接地电感由模拟电感构成的带通滤波器由模拟电感构成的带通滤波器 其中其中可见，该电路等效一有耗电感。

可见，该电路等效一有耗电感1. 有耗接地电感有耗接地电感由模拟电感构成的带阻滤波器由模拟电感构成的带阻滤波器 选择选择即可实现由模拟电感构成的二阶带阻滤波器即可实现由模拟电感构成的二阶带阻滤波器 在在 处处第第3章章 电压比较器电压比较器、驰张振荡器驰张振荡器 及模拟开关及模拟开关3.1 电压比较器电压比较器3.2 驰张振荡器驰张振荡器3.3 模拟开关模拟开关 电电压压比比较较器器的的功功能能是是对对两两个个输输入入电电压压的的大大小小进进行行比比较较，并根据比较结果输出高、低两个电平并根据比较结果输出高、低两个电平3.1 电压比较器电压比较器 电电压压比比较较器器有有专专用用的的集集成成芯芯片片可可供供使使用用，也也可可用用集集成成运放组成，这里只讨论后者运放组成，这里只讨论后者 由由于于比比较较器器输输出出只只有有两两个个状状态态，因因此此，用用作作比比较较器器的的运放将运放将工作在开环或正反馈的非线性状态工作在开环或正反馈的非线性状态比较器比较器在信号变换在信号变换、检测和波形产生电路中有广泛应用检测和波形产生电路中有广泛应用 此此外外由由于于高高电电平平相相当当于于逻逻辑辑“1”，低低电电平平相相当当逻逻辑辑“0”，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路。

电压比较器的基本特性电压比较器的基本特性 1. 输出输出 高电平高电平(UoH)和低电平和低电平(UoL) 用用运运放放构构成成的的比比较较器器，其其输输出出的的高高电电平平UoH和和低低电电平平UoL可分别接近于正电源电压可分别接近于正电源电压(UCC)和负电源电压和负电源电压(-UCC)电压比较器的电路符号电压比较器的电路符号 理理想想的的电电压压比比较较器器，在在高高、低低电电平平转转换换的的门门限限UT处处具具有有阶跃的传输特性阶跃的传输特性 实实际际运运放放的的Aud不不为为无无穷穷大大在在UT附附近近存存在在着着一一个个比比较较的的不不灵灵敏敏区区在在该该区区域域内内输输出出既既非非UoH，也也非非UoL，故故无法对输入电平大小进行判别无法对输入电平大小进行判别2. 鉴别灵敏度鉴别灵敏度这就要求运放：这就要求运放： 显显然然，Aud越越大大，则则这这个个不不灵灵敏敏区区就就越越小小，称称比比较较器器的鉴别灵敏度越高的鉴别灵敏度越高 转换时间转换时间 3.转换速度转换速度 作作为为比比较较器器的的另另一一个个重重要要特特性性就就是是转转换换速速度度，即即比比较器输出状态发生转换所需要的时间。

较器输出状态发生转换所需要的时间 通通常常要要求求转转换换时时间间尽尽可可能能短短，以以便便实实现现高高速速比比较较为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度非线性应用的条件：非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈运放开环或施加正反馈理想集成运放非线性应用时的特点理想集成运放非线性应用时的特点非线性应用特点：非线性应用特点：此时，两输入端此时，两输入端“虚短路虚短路”的概念不再适用的概念不再适用 一一. 反反相相电电压压比比较较器器 电电路路如如图图所所示示， 输输入入信信号号ui加加在反相端，参考电压在反相端，参考电压ur 加在同相端加在同相端3.3.1 简单电压比较器简单电压比较器 ui ur ， uo=UOL其传输特性其传输特性 uo= f ( ui )当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器当该电路的参考电压为零时，则为反相过零比较器02. 同相电压比较器同相电压比较器 ui ur ， uo=UOH其传输特性其传输特性 uo= f ( ui )当参考电压为零时，则为同相过零比较器当参考电压为零时，则为同相过零比较器 电路如图所示，电路如图所示， 输入输入 信号信号ui加在同相端，参考加在同相端，参考 电压电压ur 加在反相端。

加在反相端0例例1. 若若 ui=5sint V ur =2V, UCC =12V 试试画画出出反反相相和和同同相相比比较器的输出波形较器的输出波形反相比较器反相比较器同相比较器同相比较器 例例2.将不规则的输入波将不规则的输入波形整形成规则的矩形波形整形成规则的矩形波 例例3.若若ur为为三三角角波波，而而ui为为缓缓变信号，实现脉宽调制变信号，实现脉宽调制 反相比较器反相比较器反相过零比较器反相过零比较器简单比较器应用中存在的问题简单比较器应用中存在的问题 . 输出电压转换时间受运放的限制，使高频脉冲的边缘输出电压转换时间受运放的限制，使高频脉冲的边缘不够陡峭；不够陡峭；. 抗干扰能力差在比较门限处，输出将产生多次跳变抗干扰能力差在比较门限处，输出将产生多次跳变3.3.2. 迟滞比较器迟滞比较器双稳态触发器双稳态触发器 为为了了解解决决以以上上两两个个问问题题，在在比比较较器器中中引引入入正正反反馈馈，构成所谓构成所谓“迟滞比较器迟滞比较器” 这这种种比比较较器器具具有有很很强强的的抗抗干干扰扰能能力力，同同时时由由于于正正反反馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。

一一. .反相迟滞比较器反相迟滞比较器 反相迟滞比较器电路如反相迟滞比较器电路如图所示 R1和和R2将输出电压将输出电压uo反馈到运放的同相端，构反馈到运放的同相端，构成正反馈为简单计，成正反馈为简单计，R1端端所接的参考电平为地电位所接的参考电平为地电位下面来分析该电路的传输特性下面来分析该电路的传输特性当输出一旦变为低电平，则同相端也同时跳变为当输出一旦变为低电平，则同相端也同时跳变为 当当ui很负使很负使u 以后，以后，uo将维持在低电平将维持在低电平 反之，反之，ui由大逐渐变小时，由于同相端电位变为由大逐渐变小时，由于同相端电位变为 因因而而ui必必须须小小到到 时时，输输出出才才由由低低电电平平跳跳变变为为高高电电平平此时的输入电压称为此时的输入电压称为下门限电压下门限电压，记为，记为UTL UTL= 对应的传输特性曲线如图所示对应的传输特性曲线如图所示 电压的传输特性电压的传输特性 由由于于其其传传输输特特性性很很像像磁磁性性材材料料的的磁磁滞滞回回线线，所所以以称称之之为为迟迟滞滞比比较较器器或或滞滞回回比比较较器 迟滞比较器的上、下门限电迟滞比较器的上、下门限电压之差称之为压之差称之为回差回差，用，用U表示，即表示，即 回差回差U的大小，将决定比较器的抗干扰能力，的大小，将决定比较器的抗干扰能力， U越越大，则抗干扰能力越强。

但同时使比较器的鉴别灵敏度降大，则抗干扰能力越强但同时使比较器的鉴别灵敏度降低因为输入电压低因为输入电压ui的峰峰值必须大于回差，否则，输出的峰峰值必须大于回差，否则，输出电平不可能转换电平不可能转换例例4. 若若 ui=5sint V ， R1 =10k， R2 =50k ，UCC =12V 试画出反相试画出反相迟滞迟滞比较器的输出波形比较器的输出波形解解有干扰下的迟有干扰下的迟滞比较器输出波形滞比较器输出波形 二二. 同同相相迟迟滞滞比比较较器器电路如图所示，当电路如图所示，当ui很负很负使使u+ u=0 时，时，uo为低电为低电平平UoL 此时，同相端电位此时，同相端电位u u+ +为为 当当ui由由负负增增大大到到使使U+=0时时，输输出出将将由由低低电电平平跳跳变变为高电平此时的为高电平此时的ui即为即为上门限电压上门限电压UTH输出一旦变为高电平，则同相端也同时跳变为输出一旦变为高电平，则同相端也同时跳变为UTH=0由上式解得由上式解得 反反之之，ui由由正正减减小小到到使使 时时，输输出出将将由由高高电电平平跳变为低电平此时的跳变为低电平此时的ui即为即为下门限电压下门限电压UTL。

对应的传输特性如图所示对应的传输特性如图所示UTL=0由上式解得由上式解得作业：作业： p95 3-1，3-2， 3-3 若若 ui=6sint v，ur=5v，R1 =20k， R2 =50k ，UCC =12V 试画出传输特性，并画出输出电压波形试画出传输特性，并画出输出电压波形一一. 简单电压比较器简单电压比较器二二. 迟滞比较器迟滞比较器双稳态触发器双稳态触发器振振荡荡器器（又又称称波波形形产产生生器器）是是一一种种没没有有输输入入信信号号，在在加加电电之之后后能能自自动动产产生生一一定定形形状状、一一定定幅幅度度和和一一定定频频率率波形的电路根据产生波形的形状不同，振荡器可分为波形的电路根据产生波形的形状不同，振荡器可分为后者主要产生方波、三角波和锯齿波等非正弦波张弛后者主要产生方波、三角波和锯齿波等非正弦波张弛振荡电路的类型非常多，本节只讨论用集成运放构成的振荡电路的类型非常多，本节只讨论用集成运放构成的张弛振荡电路张弛振荡电路75 张弛振荡器张弛振荡器一一. 方波振荡器方波振荡器 方方波波振振荡荡器器是是由由运运放放构构成成反反相相迟迟滞滞比比较较器器，再再加加一一条条RC充放电支路构成，如图示。

其上、下门限分别为：充放电支路构成，如图示其上、下门限分别为： 1. 振荡器原理振荡器原理 加加电电后后若若uo=UoH，UoH通通过过R向向C充充电电，ui增增大大，达达到到UTH时，时，uo跳变为低电平跳变为低电平 uo=UoL后后，C反反向向充充电电，ui减减小小，降降到到UTL时时，uo又又跳变为高电平跳变为高电平此后重复以上过程，周而复始产生振荡此后重复以上过程，周而复始产生振荡振荡器电路中电容器端和输出的电压波形振荡器电路中电容器端和输出的电压波形下面来计算振荡频率下面来计算振荡频率f0 首先计算周期首先计算周期TT=T1+T2， T1=T2，T=2T1根据三要素法：根据三要素法：则振则振荡频率荡频率其中其中 可可见见，只只要要调调节节电电位位器器动动臂臂的的位位置置，使使充充、放放电电时时常常数数不不等等，则则占占空空比比可可调调但但振振荡荡周周期期（频频率率）保持不变保持不变 为为了了表表征征方方波波高高、低低电电平平的的对对称称性性，引引入入参参数数占占空比空比D，D定义为高电平时间定义为高电平时间T1与周期与周期T的比值，即的比值，即显然，上述电路由于显然，上述电路由于T1=T2，T=2T1， 所以所以 如果要求占空比可调如果要求占空比可调:如动臂向上移动时：如动臂向上移动时：T1T2，二二. 三三角波角波-方波振荡器方波振荡器电路组成原理电路组成原理1.反相比较器构成的电。