第4讲_波形变换电路

模拟集成电路原理与应用王青蒂[e-mail]第4讲波形变换电路4.1检波电路（半波整流电路）4.2绝对值电路（全波整流电路）4.3限幅电路并串联限幅电路双向限幅电路死区电路电压电流变换电路4.1检波电路普通二极管检波电路输入信号需大于二极管导通门坎电压失真大、传输效率低4.1检波电路线性检波电路电路组成反相放大电路检波二极管D1，D2工作原理当vi＞0时，，D1导通，D2截止，当vi＜0时，1大信号输入情况(虚短虚断成立，不考虑VD对vo的影响)vO10，D1截止，D2导通，o1D0vVo0v2oi1RvvR21DoDi1oRvVvVvR4.1检波电路线性检波电路工作原理理想电路的输出电压的波形：21vRAR4.1检波电路线性检波电路工作原理2小信号输入情况当vi＜0，且|vi|很小时，初始，D1、D2截止，运放A工作于开环状态1-ovoiDvovAvVA，为运放开环电压增益当使D2导通于是有：21N1212=oiRRvvvRRRR1ovoNoDvAvvV2112121()/()DoivovoRVRvvRRAARR112211vvoDoivovRFRRARVvvRAFNv第4讲波形变换电路4.1检波电路（半波整流电路）4.2绝对值电路（全波整流电路）4.3限幅电路并串联限幅电路双向限幅电路死区电路4.2绝对值电路电路组成线性检波器加法器工作原理当vi0时，检波器A1输出电压vo1=0，加法器输出电压当vi＜0时，检波器A1输出电压加法器输出电压5oi3RvvR2o1i1RvvR25555o1ioi43413()RRRRRvvvvRRRRR4.2绝对值电路工作原理若取R1=R2=R3=R5=2R4，则绝对值电路的输出电压为：若要输出正的绝对值电压，只需将D1、D2反接255o413()0)iiRRRvvvRRR，(5oi3(0)iRvvRv||oivv4.2绝对值电路同相及反相检波器组成电路组成反相检波器A1同相检波器A2工作原理当vi＜0时，输出电压vo=反相检波器A1输出电压当vi0时，输出电压vo=同相检波器A2输出电压2oi1RvvRoivv电压跟随器第4讲波形变换电路4.1检波电路（半波整流电路）4.2绝对值电路（全波整流电路）4.3限幅电路串并联限幅电路双向限幅电路死区电路4.3限幅电路串联限幅电路电路组成反相放大电路限幅二极管D，串联参考电压-VR工作原理当viVth+时，vAVD，D截止，运放A输出vo=0当viVth+时，vAVD，D导通，vo随vi而变化所以，当vi=Vth+时求得：21A1212=thRDRRvVVVRRRR1122(1)thRDRRVVVRR4.3限幅电路串联限幅电路传输特性：viVth+，vo=0进入限幅区viVth+时，进入传输区fi1()othRvvVR1fvfRAR4.3限幅电路并联限幅电路电路组成反相放大电路二极管与输入端并联参考电压+VR工作原理当viVth+时，vAVR+VD，D截止，输出电压当viVth+时，vA≥VR+VD，D导通，A点电压被箝位于vo不再随vi变化于是有，当vi=Vth+时，12foiRvvRRADRvVV2th+A12RDRvVVVRR1RD2(1)()thRVVVR4.3限幅电路并联限幅电路传输特性viVth+时，viVth+时，12foiRvvRR22()ffoADRLRRvvVVRRV传输区限幅区第4讲波形变换电路4.1检波电路（半波整流电路）4.2绝对值电路（全波整流电路）4.3限幅电路并串联限幅电路双向限幅电路死区电路4.3限幅电路双向限幅电路稳压管双向限幅电路电路组成：反相放大电路双向稳压管工作原理：当|vi|较小时,|vo|亦较小，DZ没有击穿，是反相放大电路当|vi|增大,使得|vo|增大致使DZ击穿：进入限幅区1foiRvvR1fvfRAR()oZDvVV4.3限幅电路双向限幅电路稳压管双向限幅电路限幅门限电压：当时，是临界点此时传输特性：Vth-≤vi≤Vth+时，vi≤Vth-或vi≥Vth+时，()oZDvVV11()ithoZDffRRvVvVVRR1foiRvvR()oZDvVV传输区限幅区4.3限幅电路双向限幅电路二极管双向限幅电路电路组成：反相放大电路二极管-基准电压网络工作原理：当|vi|较小时，D1、D2均截止，是反相放大电路当|vi|增大,使得D1或者D2导通，反馈电阻变小，传输系数变化，进入限幅区foiRvvRfvfRAR4.3限幅电路双向限幅电路二极管双向限幅电路限幅门限电压：设vi=Vth+，vo=VL时，vA=-VD1故D1支路导通，有：1112()ARLRDRvVVVVRR22111[(1)]LRDRRVVVRR22111[(1)]LthRDvfVRRRVVVARRR上限幅区传输系数变为：212||()||fdvffRRrARRRR4.3限幅电路双向限幅电路二极管双向限幅电路限幅门限电压：设vi=Vth-，vo=VH时，VB=+VD2故D2支路导通，有：3234()BRHRDRvVVVVRR44233(1)HRDRRVVVRR44233[(1)]HthRDvfVRRRVVVARRR下限幅区传输系数变为：424||()||fdvffRRrARRRR4.3限幅电路双向限幅电路二极管双向限幅电路传输特性：Vth-≤vi≤Vth+时，vi≤Vth-或vi≥Vth+时，foiRvvR4||fvfRRAR2||fvfRRAR或第4讲波形变换电路4.1检波电路（半波整流电路）4.2绝对值电路（全波整流电路）4.3限幅电路并串联限幅电路双向限幅电路死区电路4.3限幅电路死区电路二极管桥式死区电路电路组成：反相放大电路二极管桥路工作原理：当vi=0、ii=0时：D1~D4均导通，故：I1=I2当vi≠0、|vi||Vth|时，ii较小，全部被桥路吸收，vo=01RDVVIR2()DRRDVVVVIRRii4.3限幅电路死区电路二极管桥式死区电路工作原理：当|vi|≥|Vth|时,|ii|≥|I1|=|I2|导致D1、D4或D2、D3截止Rf支路有电流流过，vo≠0限幅门限电压：设vi=Vth+时，ii=I21thRDiVVViRR11()thRDRRRVVVVRR1||thRDiVVViRR11()thRDRRRVVVVRR设vi=Vth-时，ii=-I1ii4.3限幅电路死区电路二极管桥式死区电路传输特性：Vth-≤vi≤Vth+时，vo=0（死区状态）viVth-或viVth+时，1fvfRAR()()ithithvfoithithvfAvVvVvAvVvV，（），（）4.3限幅电路死区电路精密死区电路电路组成：两个半波整流加法器工作原理：当Vth-≤vi≤Vth+时,两检波电路A1、A2均无输出电压,vo=0当vi-VR1=Vth-或vi-VR2=Vth+时A1或A2有线性检波输出电压，总传输系数为：1fvfRAR4.3限幅电路死区电路精密死区电路传输特性：1fvfRAR电压—电流变换电路电流/电压变换电路电路功能将输入电流信号转为输出电压信号I/V变换原理由虚断得到：由虚地得到：所以：fsii0NvNoffvviRosfviR电压—电流变换电路电压/电流变换电路负载不接地V/I变换电路1原理电路由虚断得到：负载电流大小与输入电压vi成正比，与负载大小无关如果vi不变，iL为恒流源2恒流源电路a由虚短得到：由虚断得到：负载电流：iLRviiRPVELREIIR0BI电压—电流变换电路电压/电流变换电路负载不接地V/I变换电路2恒流源电路b由虚短得到：有虚断得到：由BJT的电流倍数关系：运放A输出电流：11REIR11EREIIR1LEEIIR11(1)EoIEIR电压—电流变换电路电压/电流变换电路负载接地V/I变换电路1变换电路由虚断得到：由虚短得到：若取，则1iNNofvvvvRRNPLLvviR11(1)ffoiLLRRvviRRR232||||LLLoLRRiRvRRR13321fLifLLRRivRRRRRRR312fRRRR2iLviR电压—电流变换电路电压/电流变换电路负载接地V/I变换电路2负载接地恒流源由虚短得到：又因为：又由虚断：所以有：故：oNPVVVPLLVEIR()oLLVIRR()oLLLLVEIRIRRLEIR