4篇1章 信号发生电路部分

第四篇电子电路综合与应用第一章函数信号发生电路4.1.1电压比较器一、基本比较器利用运放的开环特性A-+vsvovovsVom+Vom-理想实际0过零比较器电压比较器是指一种将输入信号与已知参考电压进行比较，并用输出电平的高、低来表示比较结果的功能电路。同相过零比较器单门限比较器A-+vsvoVRR0vovs+VZ-VZ0VR抗干扰差•滞回比较器输入比较电压接反相端，参考电压在同相端，输出与输入构成正反馈。滞回比较器有同相输入和反相输入两种方式。SNvvREFffOfPVRRRvRRRv当vO＝VOH时，，称为上触发电平当vO＝VOL时，，称为下触发电平THREFffOHfpVVRRRVRRRvTLREFffOLfpVVRRRVRRRv当时，THsVvOLoVvTLsVvOHoVv当时，电压传输特性（施密特触发器）(+)(-)(-)反相输入VTH和VTL是比较器输出电平翻转的两个阈值电平。输入和输出之间的关系用电压传输特性表示由于其特性如同滞迟回线，故称滞迟比较器（或施密特触发器）回差电压如输入信号为三角波，VREF为正参考电压，则输出是一个方波。初始状态为：vO＝VOH在vO＝VOH时，vP＝VTH。只有当vS上升到＞VTH时，输出才跳变为低电平。在vO＝VOL时，vP＝VTL。只有当vS下降到＜VTL时，输出才跳变为高电平。回差电压从滞回比较器电压传输特性可知，它有一个十分重要的特性：回差特性。以同相滞回比较器为例，电路由低电平翻转到高电平所需的触发电平VTH，和由高电平翻转到低电平所需的触发电平VTL不一致特性。这两个触发电平之差称回差电压（简称回差）。回差特性反相滞回比较器同相滞回比较器TLTHVVV回差电压回差是滞回比较器的固有特性，它的大小可以通过有关电阻调节。回差电压越大，电路越不易误触发，即抗干扰能力越强。同相滞回比较器输入比较电压接同相端，参考电压在反相端，输出与输入构成正反馈。同相输入三、窗口比较器和三态比较器窗口比较器RHVRLV当vS＜VRL时，vO1=VOL，vO2=VOH，vO=VOH；当vS＞VRH时，vO1=VOH，vO2=VOL，vO=VOH；当VRL＜vS＜VRH时，vO1=VOL，vO2=VOL，vO=0；三态比较器1RV2RV21RRVV令D2导通，D1截止OLOVvOLOOVvv212RSVv时D2截止，D1导通OHOVvOHOOVvv211RSVv时D2截止，D1截止0OvOHOOLOVvVv21,12RSRVvV时四、集成电压比较器前面介绍的各种电压比较器都是由通用型运放构成的，工作速度较低，响应时间较长，且输出电平与数字电路TTL器件不兼容。集成电压比较器实质上是一种模拟电路与数字电路之间的接口电路。其优点是：•输入级与通用型运放相同，输出级与数字电路要求一致，多为集电极开路(OC)或发射极开路(OE)•频带较宽，无需相位补偿•翻转速度较快•常带有可控制的选通端，当需要结果的时候，输出被选通；不需要的时候，比较器与外电路隔离。LM311型集成比较器•电源电压可以单组+5V，也可±15V，适应范围宽。•输出与TTL或CMOS电平兼容；可以直接驱动多种负载（灯泡、继电器等）。•输入和输出都可以与系统地隔离，输出可以驱动以地为参考或以正、负电源为参考的负载。功能框图与引脚特点：常用接线方式集电极输出，以正、负电源为参考集电极输出，以外接电源和地为参考射极输出，以正电源和地为参考应用举例磁性传感器检测电路继电器驱动电路MC14574（CMOS）集成四电压比较器•与CMOS电路兼容，功耗低，输入阻抗高•电源电压范围宽：5~15V或(2.5~7.5)V•转换速率快功能框图与引脚特点：应用举例单限比较器双电源供电单限比较器单电源供电施密特触发器4.1.2非正弦波发生器一、由集成运放组成的非正弦波发生器电路中的R和C组成电容充放电回路，R0、Dz1、Dz2是输出电压的双向限幅电路，与运放、R1和R2构成反相滞回比较器电路。工作原理当合上电源瞬间，vC＝0，假设输出为高电平（vO＝+VZ)。当vO＝-VZ时，电容C放电，vC下降。当降至下限触发电平VTL时()，输出状态翻转为高电平，即vO＝+VZ。211RRRVVZTL当vO＝+VZ时，输出电压vO通过R对电容C充电，电容电压vC以指数规律上升。当升至反相滞回比较器的上限触发电平VTH时()，输出状态翻转为低电平，即vO＝-VZ。211RRRVVZTH周而复始，得到方波和三角波。振荡频率f利用一阶RC电路电容电压的过渡过程计算（三元素法）可求振荡周期或频率。tCCCCevvvtv)]()0([)()(2121ln2RRRCTRC211)0(RRRVvZCZCVv)(211)2()(RRRVTvtvZCC当时，2TtRCTZZZZeVRRRVVRRRV22112112121ln211RRRCTf改进电路（改善三角波的线性度）该电路的三角波线性不好是主要的缺点，设想采用恒流充放电的积分电路来取代RC回路，则可得到线性优良的三角波。积分器同相滞回比较器•振荡原理定性说明：合上电源瞬间，假定比较器输出为低电平，vO2=VOL=-VZ。22111212oopvRRRvRRRvtRCVdtRVCvvZtZco011积分器作正方向积分，vO1线性上升，随着上升，当时，即比较器翻转为高电平，vO2=VOH=+VZ。pv0pvZoVRRv211积分器又开始作负方向积分，tRCVdtRVCvvZtZco011vO1线性下降，pv当时，即0pvZoVRRv211比较器翻转为低电平，vO2=VOL=-VZ。随着下降，•周期tRCVvZo1)2(221TRCVVRRZZ214RRRCT改进电路（锯齿波发生电路）tt001Ov2OvZVZV这只要将积分器的正向和负向积分回路分开，并能调节正负方向积分的时间常数即可。把R用下图代替