1、_電壓比較器_簡單電壓比較器_遲滯比較器_窗口比較器_三態(tài)比較器_非正弦信號產(chǎn)生電路_方波產(chǎn)生電路_方波-三角波產(chǎn)生電路9.3 非正弦信號產(chǎn)生電路9.3.1 電壓比較器_簡單電壓比較器_遲滯比較器_窗口比較器_三態(tài)比較器電壓比較器功能功功 能能 : 比較兩個電壓的大小比較結(jié)果以輸出高或低電平來表示用集成運放和電阻、二極管等構(gòu)成集成電壓比較器電壓比較器中運放的工作特點(1) 工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)開環(huán)或正反饋狀態(tài) (2) 大多數(shù)情況下工作在非線性區(qū)域非線性區(qū)域, 輸出與輸入 不成線性關(guān)系,只有在臨界情況下才能使用虛 短,虛斷概念。(3) 輸出高電平或者低電平,呈現(xiàn)為開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)V+ V 時,

2、 V o 為高 V+ V 時, V o 為低 比較器的分析方法(1)求出閾值: 輸出從一個電平跳變到另一個電平 時（這時運放的兩個輸入端之間可視為虛短虛 斷）所對應(yīng)的輸入電壓值。(2) 分析輸入與輸出的關(guān)系,畫出傳輸特性1. 簡單電壓比較器過零比較器：過零電壓比較器是典型的幅度比較電路，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖所示。簡單電壓比較器將過零電壓比較器的一個輸入端從接地改接到一個電壓值VREF 上 , 就得到電壓幅度比較器。電壓幅度比較器：過零比較器應(yīng)用同相過零比較器反相過零比較器反相過零比較器波形圖同相比較器波形圖?傳輸特性?限幅比較器同相端與反相端間的電壓?輸出幅度?同相端與反相端間的電壓?

3、輸出幅度?+_R1R2vivoVD=0.7VVD =.2VVZ+_R1R2vivoVD=0.7V2. 遲滯比較器a. 反相輸入遲滯比較器2112RRvRVRvOR+1212RRVRVR=VVVvZRTHZOvI-+AR2vOR1R3VZVR臨界狀態(tài)下有:vvvI1212RRVRVR=VVVvZRTLZO遲滯比較器傳輸特性當(dāng)vI從VTL逐漸增大， 只要vI VTH， vo=+Vz 當(dāng)vI VTL時，vo=+Vz V+=VTH當(dāng)vI從VTH逐漸減小，減小到vI VTL時， vo=+Vz V+=VTHvI-+AR2vOR1R3VZVR當(dāng)vI增大到vI VTH時， vo=-Vz V+=VTLzzVVR

4、RRVVV211 TLTHT-回差電壓遲滯比較器IoRvRRRvRRRvv212211oRIvRRVRRv2121-)1 ( 臨界狀態(tài)下有:R+-R-=v=vv=vvb. 同相遲滯比較器vI-+AR2vOR1R3VZVRZRTHIZOVRRVRRVvVv2121)1 (ZRTIZOVRRVRRVvVv2121L)1 (z VRRVVV21-2TLTHT回差電壓：遲滯比較器輸入輸出波形VTHVTLvI-+AR2vOR1R3VZVR遲滯比較器應(yīng)用提高簡單電壓比較器的抗干擾能力過零比較結(jié)果VTHVTL遲滯比較結(jié)果電壓比較器應(yīng)用正弦波變換為矩形波 有干擾正弦波變換為方波波形整形和變換波形整形和變換3.

5、 窗口比較器設(shè)R1 =R2，則有：DLHDCC212DCCL2+=)2-(21=+)2-(=VVVVVRRRVVV 當(dāng)vIVH時，vO1為高電平，D3導(dǎo)通； vO2為低電平, D4截止； vO vO1 = VOH。A1A2窗口比較器當(dāng)VH vI VL時， vO1為低電平， D3截止； vO2為低電平，D4截止； vO為0V；傳輸特性當(dāng)vI VL時， vO2為高電平，D4導(dǎo)通； vO1為低電平，D3截止； vO vO2 = VOH 。4. 三態(tài)比較器1122z00IRHooovVvDvDvV 導(dǎo)通截止1122000RLIRHoooVvVvDvDv截止截止2211z00IRLooovVvDvDvV

6、 導(dǎo)通截止vI-+A2vOR3R4VZVRL-+A1R1R2VRHD1D2vo1vo2R5vOvIVRLVRHVOHVOL比較器總結(jié) 運放工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)和非線性區(qū)，其輸運放工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)和非線性區(qū)，其輸出電壓只有高電平出電壓只有高電平VOH和低電平和低電平VOL兩種情況。兩種情況。 用電壓傳輸特性來描述輸出電壓與輸入電壓的函用電壓傳輸特性來描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。數(shù)關(guān)系。 電壓傳輸特性的關(guān)鍵要素電壓傳輸特性的關(guān)鍵要素 輸出電壓的高電平輸出電壓的高電平VOH和低電平和低電平VOL 門限電壓門限電壓 令令vPvN所求出的所求出的vI就是門限電壓就是門限電壓 輸出電壓的跳變

7、方向輸出電壓的跳變方向 vI等于門限電壓時輸出電壓發(fā)生跳變等于門限電壓時輸出電壓發(fā)生跳變 跳變方向取決于是同相輸入方式還是反相輸入方式跳變方向取決于是同相輸入方式還是反相輸入方式作業(yè) 9.8.1 9.8.5 9.8.69.3.2 非正弦信號產(chǎn)生電路占空比占空比 =T1TTT1矩形波方波05VTTL波 矩形波發(fā)生電路的基本工作原理方波經(jīng)積分變?yōu)槿遣? 矩形波積分變?yōu)殇忼X波1. 方波產(chǎn)生電路方波發(fā)生電路是由遲滯比較電路和RC定時電路構(gòu)成的，電路如圖所示。遲滯比較器，其開關(guān)作用起延遲和反饋作用限幅限流方波發(fā)生電路工作原理(2)當(dāng)vc=VNVP時，vo=-VZ，所以：電容C放電， vc 開始下降。2

8、1Z2P+-=RRVRV(1)電源剛接通時, 設(shè)：21Z2PZOC+=,+=, 0=RRVRVVvv所以電容C充電， vc 開始升高；(3)當(dāng)vc=VNVp時， vo=+VZ ，重復(fù)(1)。問題：vc波形？方波發(fā)生電路輸出波形 方波周期用過渡過程公式可以方便地求出： )21ln(212fRRCRTZZtcZttcfVVvVRRRvCR-2121其中：)0(+)-1 ()(-)0(=)(-)0(+)(=)(-ctcctccccvevvevvvtv過渡過程公式：t1t2方波發(fā)生電路波形周期計算t1t212-=2ttTZCRt-ZZcV+RRR+)-e)(V+RRR-=(-Vvf2122121)21

9、ln(212fRRCRTZCR-TZZZV+RRR+)-e)(V+RRR-(-VV+RRRf21222122121-ZcV+RRR=v212-2T=t時，當(dāng)211tt-t=ttt，且其中：方波發(fā)生電路改進占空比可調(diào)的矩形波電路為了改變輸出方波的占空比，應(yīng)改變電容器C的充電和放電時間常數(shù)。占空比可調(diào)的矩形波電路如圖。 C充電時，充電電流經(jīng)電位器的上半部、二極管D1、Rf； C放電時，放電電流經(jīng)Rf、二極管D2、電位器的下半部。矩形波電路的占空比可調(diào)占空比為：%TT1001002111CRrRd fw11CRr RRd fww22二極管D2的導(dǎo)通電阻二極管D1的導(dǎo)通電阻電位器觸點到上端電阻2. 方

10、波-三角波產(chǎn)生電路 三角波發(fā)生器的電路如圖所示。它是由同相遲滯比較器和積分器閉環(huán)組合而成的。積分器的輸出反饋給遲滯比較器，作為遲滯比較器的輸入，VN=0V同相遲滯比較器，起開關(guān)作用積分電路起延遲作用方波-三角波發(fā)生電路工作原理當(dāng)vO1=+VZ時,則電容C充電, 同時vO按線性逐漸下降， 當(dāng)使A1的VP 略低于VN (0V) 時，vO1 從 +VZ跳變?yōu)?VZ。在vO1=-VZ后，電容C開始反向充電， vO按線性上升，當(dāng)使A1的VP略大于 零時，vO1從-VZ跳變?yōu)? VZ 。1211212POovRRRvRRRV(3) 如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。 vO的上升時間和下降時間相等， 斜率絕對值也相等

11、， 所以vO為三角波。方波-三角波發(fā)生電路輸出波形與參數(shù)n 振蕩周期：振蕩周期：214Zmo444RCRRVVCRTmo2/04Z21VdtRVCTn 輸出峰值輸出峰值:Z21moVRRVZVRRV21O方波跳變時：VP=VN=0， VO1= VZ所以：1211212POovRRRvRRRV注意！無穩(wěn)壓管時，R2必須大于R1，否則積分器輸出受運放最大輸出限制，比較器同相端回不到0，無法翻轉(zhuǎn)，不能起振。方波-三角波發(fā)生電路改進矩形波-鋸齒波發(fā)生電路 為了獲得鋸齒波，應(yīng)改變積分器的充放電時間常數(shù)。鋸齒波發(fā)生器的電路如圖所示。圖中的二極管D和R將使充電時間常數(shù)減為(RR)C，而放電時間常數(shù)仍為RC。矩形波-鋸齒波電路的輸出波形鋸齒波周期可以根據(jù)時間常數(shù)和鋸齒波的幅值求得。鋸齒波的幅值為：Vo1m=|Vz|= VomR2/R1Vom= |Vz| R1/R2于是有：z212z2=VRRTRCVCRRRRT) /(2211RCRRT2122=壓控矩形波-鋸齒波發(fā)生器利用VC控制矩形波的占空比，VCVZVo1=+VZ