模块十四放大器的非线性应用.ppt
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电工电子技术基础人民邮电出版社 知识模块十四 放大器的非线性应用§主要内容①单值电压比较器的工作原理及电压传输特性②迟滞电压比较器的工作原理及电压传输特性n重点①单值电压比较器的工作原理及电压传输特性②迟滞电压比较器的工作原理及电压传输特性 一、单值电压比较器1．过零电压比较器 图14-1（a）为一种电压比较器，ui 为待比较的输入电压同相输入端电压为零，即参考电压UREF =0，由于集成运放工作在开环状态，所以当 ui ＞0时，运放输出为负的最大值，即UOL=-UOmax ，当ui ＜0时，运放输出为正的最大值，即UOH=UOmax 从图14-1（a）中可见，运放的状态在ui =0时翻转,因此，该电路称为过零电压比较器 （a）电路图 （b）电压传输特性图14-1 过零电压比较器若以输入电压为横坐标，输出电压为纵坐标，可画出输出电压随输入电压变化的关系曲线，称之为传输特性过零比较器的传输特性如图14-1（b）所示 2．非零电压比较器 如果将参考电压UREF 接在运算放大器的反相输入端，待比较的输入电压ui接到同相输入端，构成如图14-2所示的同相输入单限电压比较器。
图中输出端所接稳压管用以限定输出电压高低电平幅度，R为稳压管限流电阻当ui ＞UREF 时，输出为高电平，UOH=UZ当 ui ＜UREF 时，输出为低电平UOH=-UZ ， 从图中可见，由于 ui 从同相端输入且只有一个门限，故称为同相输入单限电压比较器；反之，当ui 由反相端输入，UREF 改接到同相端，则称为反相输入单限电压比较器a）电路 (b)传输特性图14-2 同相输入单限电压比较器 【例14.1】设计一个电压比较器，UREF=2V，要求如下：输出低电平约为-6V，输出高电平约为0.7V；当输入电压大于2V时，输出为低电平解】因输入电压大于2V时，输出为低电平故输入信号应加在反相输入端，同相输入端加2V的参考电压又因输出低电平约为-6V，输出高电平约为0.7V，故可采用具有限幅作用的硅稳压管接在输出端，它的稳定电压为6V当输出高电平时，稳压管作普通二极管使用，其导通电压约为0.7V，故输出电压为0.7V；当输出低电平时，稳压管稳定电压为6V，故输出电压为-6V综上所述，满足设计要求的电路如图14-3所示 图14-3 例14.1图 二、迟滞电压比较器单门限比较电路结构简单，但抗干扰能力差，例如当输入信号受干扰在门限电压附近变化时，则输出电压就会反复从一个电平转换到另一个电平，若用这样的信号去控制用电器，则会使之频繁动作，造成错误控制。
为了提高电路抗干扰能力，可以取两个门限电压的电压比较器即迟滞电压比较器迟滞电压比较器电路如图14-4所示 （a）电路图 (b)电压传输特性图14-4 迟滞电压比较器 由图(a)可知式中：uo=±UZ，与前面的电路相比，参考电压UREF是变化的设输入电压ui很小，电路输出高电位UOH=+ UZ，此时参考电位为 输入电压ui增加时，只要小于参考电压u+，输出电压uo保持UOH=+ UZ不变；当输入电压增加到大于参考电压u+时，输出电压由高电位UOH跃变到低电位UOL=- UZ，此时参考电压也跃变为 当电路输出UOL=- UZ后，如输入电压ui减小时，只要大于参考电压，输出电压uo保持UOL=- UZ不变；当输入电压减小到小于参考电压时，输出电压由低电位UOL跃变到高电位UOH=+ UZ，此时参考电压也跃变以后的过程周而复始 当输出为+UZ时， ，称为上限阈值电压；当输出为-UZ时， ，称为下限阈值电压 两个阈值的差称为回差电压，即 ，调节R2、R3的比值，可改变回差电压值。
回差电压大，抗干扰能力强，延时增加实用中，就是通过调整回差电压来改变电路某些性能的 【例14.2】电路如图14-5（a）所示，试求上、下限阈值电压，并画出电压传输特性 （a）电路图 （b）电压传输特性图14-5 例14.2图 【解】由电路可知，当反相输入端电压低于同相输入端电压时，输出电压被双向稳压管箝位于在高电平6V此时，同相输入端电压即为上限阈值电压 当 V时，输出电压由高电平6V跳变为被双向稳压管箝位的低电平 V此时，同相输入端电压跳变为下限阈值电压 故当反相输入端电压 V时，输出电压由低电平 -6V跳变为高电平6V电压传输特性如图（b）所示 三、比较器的应用比较器主要用在测量电路、自动控制、越限报警、波形变化及对输入波形进行整形，对输入波形进行整形可以将不规则的输入波形整形为方波输出,其原理图如图14-6所示: (a) 正弦波变换为矩形波 (b) 有干扰正弦波变换为方波图14-6 比较器的应用原理图 。
