模电第八章 (2)

第八章信号处理电路8.1有源滤波器8.2电压比较器第八章信号处理电路概述1.电压比较器的功能：比较电压的大小。用于各种报警电路、模/数转换、非正弦波的产生和变换。输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压（门限电平）。2.电压比较器的描述方法:电压传输特性uO＝f(uI)电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL；（2）阈值电压UT：当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压；（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向。8.2电压比较器第八章信号处理电路3.几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压T2T1UUUUT第八章信号处理电路4、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放一般处于开环状态或仅引入正反馈集成运放工作在非线性区的特点1)净输入电流为02)uPuN时，uO＝＋UOMuPuN时，uO＝－UOM第八章信号处理电路（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI0时uO＝－UOM;uI0时uO＝＋UOM集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。集成运放的净输入电压最大值为±UD1.简单过零比较器8.2.1过零比较器必要吗？第八章信号处理电路2、输出限幅电路为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH＝＋UZ1＋UD2UOL＝－(UZ2＋UD1)UOH＝－UOL＝UZUOH＝UZUOL＝－UD必要吗？第八章信号处理电路输出限幅电路（特例：引入负反馈）uO＝±UZ（1）保护输入端（2）加速集成运放状态的转换电压比较器的分析方法：（1）写出uP、uN的表达式，令uP＝uN，求解出的uI即为UT；（2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向。第八章信号处理电路8.2.2单限比较器单限比较器有一个门限电平，当输入电压等于此门限电平时，输出端的状态立即发生跳变。REF21TURRUuIuO+UOpp-UOppO+UZ-UZREF21URR过零比较器是门限电平为零的单限比较器。得令,0I212REF211uuuRRRURRRuZOUU第八章信号处理电路存在干扰单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。特点：灵敏度高，抗干扰能力差。解决办法：采用具有滞回传输特性的比较器。第八章信号处理电路8.2.3滞回比较器当u+=u-时，输出电压的状态发生跳变。OF22REFF2FuRRRURRRu门限电平UREF——参考电压uI——输入电压UOL=-UZUOH=+UZu-=uiZTuRRRURRRuF22REFF2F比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。限流电阻钳制输出电平正反馈第八章信号处理电路+UZuIuO-UZOUT-UT+ZF22REFF2FTURRRURRRUZF22REFF2FTURRRURRRU回差(门限宽度)UT：ZF22TTT2URRRUUU正反馈加速了翻转过程使传输特性高低电平转换部分陡度增大。设uI＜UT－，则u－＜u＋，uO＝+UZ。此时u＋＝UT＋，增大uI，直至UT＋，再增大，uO才从+UZ跃变为－UZ。设uI＞UT＋，则u－＞u＋，uO＝－UZ。此时u＋＝UT－，减小uI，直至UT－，再减小，uO才从－UZ跃变为+UZ。第八章信号处理电路作用：产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形变换。抗干扰能力强。还经常用于控制电路中。第八章信号处理电路1.若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性2.若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？3.若要改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，则应如何修改电路？第八章信号处理电路8.2.4双限比较器参考电压（门限电平）UREF1UREF2应用：检测输入信号的电平是否处于两个门限之间如何构成？用两个单限比较器“并联”下门限电平UTL=UREF2上门限电平UTH=UREF1第八章信号处理电路若uIUREF2（即UTL)uO1=－UOM，uO2=+UOMVD1截止，VD2导通输出电压uO为高电平uIuOOUTHUTL若uIUREF1（即UTH)uO1=+UOM，uO2=－UOMVD1导通，VD2截止输出电压uO为高电平若UREF2(UTL)uIUREF1(UTH)uO1=uO2=－UOMVD1、VD2均截止输出电压uO为低电平UOH第八章信号处理电路8.2.5集成电压比较器（自学）对集成电压比较器的主要要求：1.具有较高的开环差模增益；2.具有较快的响应速度；3.具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；4.具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。特点：1.无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平；2.可直接驱动集成数字电路；3.响应速度快；4.可具有选通端；5.电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。第八章信号处理电路讨论二已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压为5sinωt(V)，画出各电路输出电压的波形。你能分别组成具有图示电压传输特性的电压比较器电路吗？