5-电压比较器与振荡电路

第七章集成运算放大器的应用1.信号的运算电路：比例；加、减；乘、除；对数、指数等运算2.信号的处理电路：有源滤波器、精密整流电路电压比较器和采样－保持电路等3.信号的发生电路运放的优点1.高增益741型102dB2.输入电阻大，输出电阻小运放与负反馈结合2.深度负反馈的两个基本概念：虚短和虚断1.反馈深度：│1＋AF│1，即深度负反馈运放的缺点1.频带过窄741型7Hz2.线性范围小，容易发生非线性失真负反馈对放大电路性能的改善2.减少非线性失真1.扩展频带所以，运放经常与负反馈结合在一起用于信号处理和运算理想型运算放大电路的分析与应用：1、“虚短”与“虚断”的概念与应用，2、“同相”与“反相”比例运算电路的分析，3、“微分”、“积分”运算电路的分析，4、理想运放非线性工作时的特点与分析。应用:理想运放线性与非线性工作状态的判别例：写出下列各电路的输出电压与输入电压的运算关系式，要求写出推导过程。R2(a)R3R1UOUi1Ui2(b)R2R1CR3UOUiViR2VOR3R1R4CViR4VOR5R1R2R3M(c)(d)一、概述1.电压比较器的功能：比较电压的大小。广泛用于各种报警电路。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。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（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3.几种常用的电压比较器（1）单门限比较器：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（1）运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。4、运放工作在非线性状态基本分析方法（2）运放工作在非线性状态的分析方法：若U+＞U-则UO=+UOM；若U+＜U-则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流=0）注意：此时不能用虚短！uoui0+UOM-UOM++uoui1.过零比较器:（门限电平=0）++uouiuoui0+UOM-UOM二、单门限电压比较器2.单门限比较器（与参考电压比较）++uouiUREFuoui0+Uom-UomUREFUREF为参考电压当uiUREF时,uo=+Uom当uiUREF时,uo=-Uom运放处于开环状态++uouiUREFuoui0+Uom-UomUREF当uiUREF时,uo=+Uom当uiUREF时,uo=-Uom若ui从反相端输入++uiuoui0+UZ-UZ用稳压管稳定输出电压uoUZ忽略了UD3.限幅电路——使输出电压稳定稳幅电路的另一种形式：++uiuoUZR´R_uoui0+UZ-UZR´=R传输特性uoui0+Uom-UomUT+UT-UT+上门限电压UT-下门限电压UT+-UT-称为回差om211URRR++UTom211URRR+-UTtuiUT+UT-tuoUom-Uom－++uoRR2R1uiU+三、滞回比较器特点:电路中使用正反馈。UT-UT++UZ-UZUT++UZ-UZUT-uiuottRZURRRURRRU212211T++++RZURRRURRRU212211T+++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？改变输出限幅电路四、窗口比较器RHIUuOMUOMURLIUuOMUOMU当uIURH时，uO1=－uO2=UOM，D1导通，D2截止；uO=UZ。当uIURH时，uO2=－uO1=UOM，D2导通，D1截止；uO=UZ。当URLuIURH时，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。③②①⑦+①②③④⑧⑦CCV+EEV②③①⑦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。+五、集成比较器某型号集成比较器的等效电路讨论二已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（a）所示，试求解图（b）～（e）各电路的电压传输特性。讨论三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？同相输入单限比较器反相输入滞回比较器窗口比较器第八章波形的产生与变换电路一.产生自激振荡的条件fidXXX改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大电路A反馈电路FiX+–dXoXfX8.1正弦波振荡电路+8.1.1概述基本放大电路A反馈电路FdXoXfXFA=1Xd=Xf所以，自激振荡条件也可以写成：自激振荡的条件：（1）振幅条件：1||AF（2）相位条件：pjjnFA2+n是整数1..FAAAAj||因为：FFFj||..起振条件和稳幅原理振荡建立与稳定过程图1||FA起振条件：结果：产生增幅振荡（略大于）1、被动：器件非线性2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益稳幅：1.放大电路二.正弦波振荡器的一般组成2.正反馈网络3.选频网络——只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。4.稳幅电路选频网络组成：R、C和L、C正弦波振荡器命名RCLC低频高频（石英晶体）)1()1(112211221CRCRjCCRRUUOfww+++R1C1R2C2OUfU时，相移为0。1221w1CRCRw当22212ofZZZUUF+8.1.2RC振荡电路一.RC串并联网络的选频特性RC串并联网络的频率特性曲线RC桥式振荡器的工作原理：0Aj在f0处,0Fj满足相位条件：因为：AF=131F11f+RRA1f2RRuo_++RfRCRCR1A=3uouo3A=3同相放大器文氏桥选频电路输出正弦波频率：RCfp2100+FAjj振幅条件：例题:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf为多大时才能起振？振荡频率f0=？uo_++RfRCRCR1AF=1，31F11f+RRAA=3=210=20kRCfp210=1592Hz起振条件：1f2RRK：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。振荡频率的调节：_++RfuoRCCR1KKR1R1R2R2R3R3振荡频率：RCfp210LC10wRCLZ0LCfp2101.LC并联谐振回路的选频特性CLRuiLici(阻性)LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。用于选频电路。R为电感线圈中的电阻8.1.3LC正弦波振荡器Q为谐振回路的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。图中Q1＞Q2。并联谐振阻抗为Z0CLQCQLQRCLZ000ww谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。LC并联谐振回路的幅频特性曲线二.变压器反馈式LC振荡电路工作原理：三极管共射放大器。利用互感线圈的同名端：180Aj180Fj360+AAjj满足相位条件。振荡频率:LCfp210判断是否是正反馈:用瞬时极性法判断VCCRb1ReRb2C1CeMLCcbeTvo(+)(-)(+)(+)VCCRb1ReRb2C1MLCcbeT(+)(+)(+)(+)LC正弦波振荡器举例反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件反馈++–+正反馈LC正弦波振荡器举例振荡频率:–+UCCCC1LLCfp210uo满足相位平衡条件仍然由LC并联谐振电路构成选频网络A.若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。三.三点式LC振荡电路原理：C1C2首端尾端中间端L电容三点式C首端尾端中间端L1L2电感三点式中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。三点的相位关系B.若首端或尾端交流接地，则其他两端相位相同。三.三点式LC振荡器1.电感三点式LC振荡电路振荡频率：CMLLLCf)2(2121210++pp2.电容三点式LC振荡电路振荡频率：212102121CCCCLLCf+pp例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。(a)(b)例：试判断下面电路能否可能产生正弦波振荡？若不能，请修改电路，使之能产生正弦波振荡；R2R1CRUOCR+EC12VC1C2LR1ReCeR+EC12VRCCRbRcReVoC1+EC12VL1L2CRbRe0UT+uctUT-UOMuo0t-UOMT－++RR1R2C+ucuo)21ln(221RRRCT+f=1/T8.3非正弦波发生电路1.方波发生器思考题：点b是电位器RW的中点，点a和点c是b的上方和下方的某点。试定性画出点电位器可动端分别处于a、b、c三点时的uo-uc相对应的波形图。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abc设RwaRwcUOMuo0t-UOM2.三角波发生器三角波发生器波形图Z21moVRRV电路与工作原理：锯齿波发生器应改变积分器的充放电时间常数充电：(R∥R‘)C，放电：仍为RC清华大学华成英[e-mail]作业：画出图示各电路的电压传输特性。AuIUREFuO