模拟电子技术基础-第七章

7.1电压比较器电压比较器电压比较器电压比较器(Comparator)7.2非正弦波发生电路非正弦波发生电路非正弦波发生电路非正弦波发生电路(NonsinusoidalOscillator)7.3信号转换电路信号转换电路信号转换电路信号转换电路(SignalConverter)7.4正弦波振荡电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路正弦波振荡电路(Oscillator)一、一、一、一、集成运放的非线性工作区集成运放的非线性工作区集成运放的非线性工作区集成运放的非线性工作区二、二、二、二、电压比较器的传输特性及种类电压比较器的传输特性及种类电压比较器的传输特性及种类电压比较器的传输特性及种类三、三、三、三、单限电压比较器单限电压比较器单限电压比较器单限电压比较器四、四、四、四、滞回比较器滞回比较器滞回比较器滞回比较器(SchmittTrigger)五、五、五、五、窗口比较器窗口比较器窗口比较器窗口比较器六、集成六、集成六、集成六、集成电压比较器电压比较器电压比较器电压比较器一、集成运放的非线性工作区一、集成运放的非线性工作区一、集成运放的非线性工作区一、集成运放的非线性工作区非线性工作区：非线性工作区：非线性工作区：非线性工作区：开环或者只引入正反馈开环或者只引入正反馈开环或者只引入正反馈开环或者只引入正反馈非线性工作区特点：非线性工作区特点：非线性工作区特点：非线性工作区特点：•uPuNuO=+UOMuPuNuO=-UOM•iP=iN≈≈≈≈0虚断虚断虚断虚断二、电压比较器的传输特性及种类二、电压比较器的传输特性及种类二、电压比较器的传输特性及种类二、电压比较器的传输特性及种类•电压比较器的传输特性：电压比较器的传输特性：电压比较器的传输特性：电压比较器的传输特性：uO=f(uI)传输特性的三要素传输特性的三要素传输特性的三要素传输特性的三要素•输出比较结果输出比较结果输出比较结果输出比较结果UOH(高电平高电平高电平高电平),UOL(低电平低电平低电平低电平)•阈值电压阈值电压阈值电压阈值电压UT（转折电压）（转折电压）（转折电压）（转折电压）•uI变化经过变化经过变化经过变化经过UT时，时，时，时，uO的跃变方向的跃变方向的跃变方向的跃变方向单限单限单限单限滞回滞回滞回滞回窗口窗口窗口窗口阈值阈值阈值阈值电压电压电压电压跃变跃变跃变跃变方向方向方向方向输出比输出比输出比输出比较结果较结果较结果较结果•电压比较器的种类：单限电压比较器的种类：单限电压比较器的种类：单限电压比较器的种类：单限滞回滞回滞回滞回窗口窗口窗口窗口一个阈值一个阈值一个阈值一个阈值两个阈值两个阈值两个阈值两个阈值三、单限电压比较器三、单限电压比较器三、单限电压比较器三、单限电压比较器1.过零比较器过零比较器过零比较器过零比较器•uI0,UOL=-UOMuI0,UOH=+UOM•阈值电压阈值电压阈值电压阈值电压UT=01)分析三要素分析三要素分析三要素分析三要素•uI由小往大变化经过由小往大变化经过由小往大变化经过由小往大变化经过UT时，时，时，时，uO由由由由+UOM变为变为变为变为-UOM问题：问题：问题：问题：当当当当uI从同相端输入时，从同相端输入时，从同相端输入时，从同相端输入时，电压传输特性？电压传输特性？电压传输特性？电压传输特性？2)根据三要素画电压传输特性根据三要素画电压传输特性根据三要素画电压传输特性根据三要素画电压传输特性输入级的保护电路输出限幅电路限流限流限流限流电阻电阻电阻电阻输出电输出电输出电输出电压压压压±±±±UZ2.一般单限比较器一般单限比较器一般单限比较器一般单限比较器±±±±UZ分析三要素方法：分析三要素方法：分析三要素方法：分析三要素方法：1)求出求出求出求出UOH，，，，UOL主要分析限幅电路；主要分析限幅电路；主要分析限幅电路；主要分析限幅电路；2)利用虚断分别求出利用虚断分别求出利用虚断分别求出利用虚断分别求出u+、、、、u-，，，，令令令令u+=u-，求出，求出，求出，求出UT；；；；3)分析分析分析分析uIUT和和和和uIUT时时时时uO的值，的值，的值，的值，从而确定传输特性方向。从而确定传输特性方向。从而确定传输特性方向。从而确定传输特性方向。问题：问题：问题：问题：当当当当uI从同相端输从同相端输从同相端输从同相端输入时，电压传输特性？入时，电压传输特性？入时，电压传输特性？入时，电压传输特性？四、滞回比较器四、滞回比较器四、滞回比较器四、滞回比较器(SchmittTrigger)引入了正反馈引入了正反馈引入了正反馈引入了正反馈1.分析三要素分析三要素分析三要素分析三要素2.画电压传输特性画电压传输特性画电压传输特性画电压传输特性•uI从从从从-UT逐渐增大到逐渐增大到逐渐增大到逐渐增大到-UTuI+UT则则则则uO保持保持保持保持+UZ不变不变不变不变•uI从从从从+UT逐渐减小到逐渐减小到逐渐减小到逐渐减小到-UTuI+UT则则则则uO保持保持保持保持-UZ不变不变不变不变uIuO+UT+UZ-UT-UZ结论：结论：结论：结论：
当当当当uI-UT或或或或uI+UT时，时，时，时，uO值确定；值确定；值确定；值确定；当当当当-UTuI+UT时，时，时，时，uO值保持不变；值保持不变；值保持不变；值保持不变；
设某一时刻设某一时刻设某一时刻设某一时刻uO=+UZ,则阈值为则阈值为则阈值为则阈值为UT；；；；反之反之反之反之uO=-UZ时，则阈值为时，则阈值为时，则阈值为时，则阈值为-UT。。。。反相输入滞反相输入滞反相输入滞反相输入滞回比较器回比较器回比较器回比较器同相输入滞同相输入滞同相输入滞同相输入滞回比较器回比较器回比较器回比较器五、窗口比较器五、窗口比较器五、窗口比较器五、窗口比较器由两个单限比较器组成由两个单限比较器组成由两个单限比较器组成由两个单限比较器组成URHURL•当当当当uIURL时时时时D1截止，截止，截止，截止，D2导通，导通，导通，导通，uO=+UZ•UOH=+UZ，，，，UOL≈0•UT1=URL，，，，UT2=URH2.电压传输特性分析电压传输特性分析电压传输特性分析电压传输特性分析1.分析三要素分析三要素分析三要素分析三要素+UOM-UOM•当当当当URLuIURH时时时时D1，，，，D2截止，截止，截止，截止，uO=0•当当当当uIURH时时时时D1导通，导通，导通，导通，D2截止，截止，截止，截止，uO=+UZ-UOM-UOM-UOM+UOM特殊电压比较器：特殊电压比较器：特殊电压比较器：特殊电压比较器：引入负引入负引入负引入负反馈反馈反馈反馈的电压比较器的电压比较器的电压比较器的电压比较器特点：特点：特点：特点：净输入电压为零，保护了输入级；净输入电压为零，保护了输入级；净输入电压为零，保护了输入级；净输入电压为零，保护了输入级；运放工作于线性区，提高了电压比较器翻转速度。运放工作于线性区，提高了电压比较器翻转速度。运放工作于线性区，提高了电压比较器翻转速度。运放工作于线性区，提高了电压比较器翻转速度。iF××××+-0-UZ六、集成电压比较器六、集成电压比较器六、集成电压比较器六、集成电压比较器特点：特点：特点：特点：•响应速度快，传输延迟短响应速度快，传输延迟短响应速度快，传输延迟短响应速度快，传输延迟短•一般不需外加限幅电路就可直接驱动数字电路一般不需外加限幅电路就可直接驱动数字电路一般不需外加限幅电路就可直接驱动数字电路一般不需外加限幅电路就可直接驱动数字电路•开环增益低开环增益低开环增益低开环增益低•失调电压较大失调电压较大失调电压较大失调电压较大•共模抑制比小共模抑制比小共模抑制比小共模抑制比小性能指标：性能指标：性能指标：性能指标：•供电电源供电电源供电电源供电电源•响应时间响应时间响应时间响应时间•失调电压及其失调电压及其失调电压及其失调电压及其温漂温漂温漂温漂•静态电流静态电流静态电流静态电流•输出电流输出电流输出电流输出电流•输出电平范围输出电平范围输出电平范围输出电平范围•输入电压范围输入电压范围输入电压范围输入电压范围六、集成电压比较器六、集成电压比较器六、集成电压比较器六、集成电压比较器分类：分类：分类：分类：•按性能指标分：通用、低电压、高速、高精度、低功耗型按性能指标分：通用、低电压、高速、高精度、低功耗型按性能指标分：通用、低电压、高速、高精度、低功耗型按性能指标分：通用、低电压、高速、高精度、低功耗型•按按按按输出级电路结构输出级电路结构输出级电路结构输出级电路结构分：分：分：分：推拉式（推拉式（推拉式（推拉式（push-pull）、集电极（或）、集电极（或）、集电极（或）、集电极（或漏极）开路输出、互补输出型漏极）开路输出、互补输出型漏极）开路输出、互补输出型漏极）开路输出、互补输出型如如如如ADI：：：：高速高精度型高速高精度型高速高精度型高速高精度型AD790delay=45nsoffset=250uV高速型高速型高速型高速型ADCP566delay=250psoffset=1mVTI：：：：高速高精度型高速高精度型高速高精度型高速高精度型TL3016delay=7.6nsoffset=0.5mVCMOS推拉式输出推拉式输出推拉式输出推拉式输出TLC3702delay=1.1usoffset=5mVBJT推拉式输出推拉式输出推拉式输出推拉式输出TL712delay=25nsoffset=5mV集电极开路输出集电极开路输出集电极开路输出集电极开路输出LM393delay=0.3usoffset=3mV漏极开路输出漏极开路输出漏极开路输出漏极开路输出TLC372delay=200nsoffset=5mV一、一、一、一、常见的非正弦波常见的非正弦波常见的非正弦波常见的非正弦波二、二、二、二、方波和矩形波发生电路方波和矩形波发生电路方波和矩形波发生电路方波和矩形波发生电路三、三、三、三、三角波和锯齿波发生电路三角波和锯齿波发生电路三角波和锯齿波发生电路三角波和锯齿波发生电路四、四、四、四、波形变换电路波形变换电路波形变换电路波形变换电路矩形波矩形波矩形波矩形波三角波三角波三角波三角波锯齿波锯齿波锯齿波锯齿波尖顶波尖顶波尖顶波尖顶波阶梯波阶梯波阶梯波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形一、常见的非正弦波一、常见的非正弦波一、常见的非正弦波一、常见的非正弦波一、方波和矩形波发生电路一、方波和矩形波发生电路一、方波和矩形波发生电路一、方波和矩形波发生电路1.方波发生电路方波发生电路方波发生电路方波发生电路uO通过通过通过通过R3对对对对C充电，充电，充电，充电，u-↑当当当当u-=+UT时时时时,uO=-UZ•当当当当uO=-UZ,则则则则u+=-UTC通过通过通过通过R3放电，放电，放电，放电，u-↓当当当当u-=-UT时时时时,uO=+UZ+UZ+UT-UZ-UT反相滞回比较器反相滞回比较器反相滞回比较器反相滞回比较器+RC负反馈回路负反馈回路负反馈回路负反馈回路•周而复始，产生方波周而复始，产生方波周而复始，产生方波周而复始，产生方波1)工作原理工作原理工作原理工作原理•设某一时刻设某一时刻设某一时刻设某一时刻uO=+UZ,则则则则u+=+UT+UZ-UZ0+UT-UT0uOuCT一阶一阶一阶一阶RC电路的三要素法电路的三要素法电路的三要素法电路的三要素法•起始值起始值起始值起始值-UT+UZ+UT-UZ-UT3)周期分析周期分析周期分析周期分析2)波形分析波形分析波形分析波形分析问题：问题：问题：问题：如何调节方波幅值？如何调节方波幅值？如何调节方波幅值？如何调节方波幅值？如何调节周期？如何调节周期？如何调节周期？如何调节周期？•时间常数时间常数时间常数时间常数R3C•t→∞时稳态值时稳态值时稳态值时稳态值UC→+UZ2.占空比可调的