第22讲：微积分-比较器电路剖析课件

反相加法运算电路反相加法运算电路ui2uoRFui1Ri2Ri1+R2+R2=Ri1/Ri2/RF减法运算电路减法运算电路减法运算电路减法运算电路ui2uoRFui1R3R2+R1+如取如取 R1=R2，R3=RF 复习：复习：复习：复习：集成集成集成集成运算放大器的管脚和符号运算放大器的管脚和符号 Vo+12V -12V 8 7 6 5 1 2 3 4 A741调零调零调零调零悬空悬空VV+16.2.4 积分运算电路积分运算电路 由虚短及虚断性质可得由虚短及虚断性质可得 i1=ifif=?ifi1uoCFuiR2R1+uC+当电容当电容当电容当电容C CF F的初始电压的初始电压的初始电压的初始电压为为为为 u uC C(t t0 0)时时时时，则有，则有，则有，则有uitO积分饱和积分饱和线性积分时间线性积分时间UO(sat)uOtO+UO(sat)uI=UI 0 uI=UI u u 时，时，时，时，u uo o =+=+U Uo o (sat)(sat)u u+uuu 时，时，时，时，u uo o=+=+U Uo o (sat)(sat)u u+uu 时，时，时，时，u uo o=U Uo o (sat)(sat)即即即即 u ui iUUUR R 时，时，时，时，u uo o =U Uo o (sat)(sat)可见，在可见，在 ui=UR 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。参考电压参考电压1.1.过零电压比较器过零电压比较器过零电压比较器过零电压比较器利用电压比较器利用电压比较器利用电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波将正弦波变为方波将正弦波变为方波将正弦波变为方波uouiR2+R1+电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性 U Uo o(sat(sat)+U Uo o(sat(sat)u ui iu uo oO OU UR R=0=0tuiO Otuo+Uo(sat)Uo(sat)O OuitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t22.2.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：当当 ui 单方向变化时，单方向变化时，uo 只变化一次。只变化一次。URuouiR2+R1+电压传输特性电压传输特性 U Uo o(sat(sat)+U Uo o(sat(sat)uiuoOURui UR，uo=+Uo(sat)ui UR，uo=Uo(sat)URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+U Uo o(sat(sat)+U Uo o(sat(sat)uiuoOUR输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端电压传输特性电压传输特性 U Uo o(sat(sat)+U Uo o(sat(sat)uiuoOURURuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+Ot+Uo(sat)Uo(sat)uo输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端uitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t23.3.输出带限幅的电压比较器输出带限幅的电压比较器输出带限幅的电压比较器输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为U UZ Z，忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降则则则则 u ui i U UR R，u uo o =U UZ ZUZ UZuoRDZURuouiR2+R1+电压传输特性电压传输特性 Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURu ui iUUUR R 时，时，时，时，u uo o =U Uo o (sat)(sat)存在问题：存在问题：单门限比较器的抗干扰能力单门限比较器的抗干扰能力应为高电平应为高电平错误电平错误电平二二二二.滞回比较器滞回比较器滞回比较器滞回比较器 电路中引入正反馈电路中引入正反馈电路中引入正反馈电路中引入正反馈(1)(1)提高了比较器的响应速度；提高了比较器的响应速度；提高了比较器的响应速度；提高了比较器的响应速度；(2)(2)输出电压的跃变不是发生输出电压的跃变不是发生输出电压的跃变不是发生输出电压的跃变不是发生 在同一门限电压上。在同一门限电压上。在同一门限电压上。在同一门限电压上。RFR2uoui+R1+当当 uo=+Uo(sat)，则则 门限电压受输门限电压受输出电压的控制出电压的控制上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压当当 uo=Uo(sat)，则则下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压 UU+：u ui i 逐渐增加时的门限电压逐渐增加时的门限电压逐渐增加时的门限电压逐渐增加时的门限电压下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压UU+：u ui i 逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压uiuoO Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性电压传输特性uitOuoOt+Uo(sat)Uo(sat)两次跳变之间具有迟两次跳变之间具有迟滞特性滞特性滞回比较器滞回比较器RFR2uoui+R1+回差电压回差电压VH=U+-U+解：解：解：解：上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压 下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压例例例例1 1：电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，U Uo o(sat(sat)=6V=6V，R RF F =20k=20k ，R R2 2 =1=10k0k ，求上、下门限电压。求上、下门限电压。求上、下门限电压。求上、下门限电压。R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+u ui iu uo oO O-6 6-2-22 26 6 电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性 +uoRR2R1ui+uoRR2R1ui没加参考电压的没加参考电压的迟滞比较器迟滞比较器 加上参考电压后的加上参考电压后的迟滞比较器迟滞比较器UR根据叠加原理，有根据叠加原理，有根据叠加原理，有根据叠加原理，有改变参考电压改变参考电压改变参考电压改变参考电压U UR R，可使传输特性沿横轴移动可使传输特性沿横轴移动可使传输特性沿横轴移动可使传输特性沿横轴移动。可见：可见：传输特性不再对称于纵轴，传输特性不再对称于纵轴，+URRFR2uoui+R1+u ui iu uo oO O U Uo o(sat(sat)+U Uo o(sat(sat)电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性当参考电压当参考电压当参考电压当参考电压U UR R不等于零时不等于零时不等于零时不等于零时定义：定义：定义：定义：回差电压回差电压回差电压回差电压 与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点：1.1.改善了输出波形在跃变时的陡度。改善了输出波形在跃变时的陡度。改善了输出波形在跃变时的陡度。改善了输出波形在跃变时的陡度。2.2.回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力，U U越大，抗干扰越大，抗干扰越大，抗干扰越大，抗干扰 能力越强。能力越强。能力越强。能力越强。结论：结论：结论：结论：1.1.调节调节调节调节R RF F 或或或或R R2 2 可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。2.2.改变改变改变改变U UR R可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压，但不影回差但不影回差但不影回差但不影回差 电压电压电压电压 U U。电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。警和波形发生等电路中得到广泛应用。警和波形发生等电路中得到广泛应用。警和波形发生等电路中得到广泛应用。解：解：解：解：例例例例2 2：电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，U Uo o(sat(sat)=6V=6V，U UR R =5V=5V，R RF F =20k=20k ，R R2 2=1=10k0k ，求上、下门限电压，并绘出电求上、下门限电压，并绘出电求上、下门限电压，并绘出电求上、下门限电压，并绘出电压传输特性曲线。压传输特性曲线。压传输特性曲线。压传输特性曲线。+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性u uo ou ui iO O-6 66 61.331.335.335.33 例例3：(抑制干扰示例抑制干扰示例)R1=10k，R2=20k ，UOM=12V，UR=9V当输入当输入 ui 为如图所示的为如图所示的波形时，画出输出波形时，画出输出uo的波形。的波形。+uoRR2R1uiUR5V10Vuit0 门限电压：门限电压：+UOM-UOM根据传输特性画输出波形图根据传输特性画输出波形图uiuott10V5V002V 三三.窗口比较器窗口比较器 电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成设设R1=R2，则：，则：当当vIVH时时，vO1为为高高电电平平，D3导导通通；vO2为为低低电电平平,D4截止，截止，vO=vO1。当当vI VL时，时，vO2为高为高电平，电平，D4导通；导通；vO1为低为低电平，电平，D3截止，截止，vO=vO2 当当VH vI VL时，时，vO1为低电平，为低电平，vO2为低电为低电平平，D3、D4截截止止，vO为为 为低电平为低电平。简略介绍简略介绍 要求掌握：要求掌握：16.5 使用运方应注意的几个问题使用运方应注意的几个问题输入端保护输入端保护2个二极管个二极管输出端保护输出端保护2个稳压管个稳压管电源保护电源保护二极管二极管16.5.1 选用元件选用元件选用元件选用元件通常是根据实际要求来选用运算放大器。如测量放大器的输人信号微弱它的第一级应选用高输入电阻、高共模抑制比、高开环电压放，大倍数、低失调电压及低温度漂移的运算放大器。选好后，根据管脚图和符号图联接外部电路，包括电源、外接偏置电阻、消振电路及调零电路等。16.5.2 消振消振消振消振通常是外接RC消振电路或消振电容，用它来破坏产生自激振荡的条件。是否已消振，可将输入端接地，用示波器观察输出端有无自激振荡。目前由于集成工艺水平的提高，运算放大器内部已有消振元件，毋须外部消振。16.5.3 调零调零调零调零16.5.4 保护保护保护保护调零时应将电路接成闭环。调零分两种，一种是在无输入时调零，即将两个输入端接地，调节调零电位器，使输出电压为零。另一种是在有输入时调零，即按已知输入信号电压计算输出电压，而后将实际值调整到计算值。1 1、输入端保护、输入端保护、输入端保护、输入端保护3 3、电源保护、电源保护、电源保护、电源保护2 2、输出端保护、输出端保护、输出端保护、输出端保护16.5.5 扩大输出电流扩大输出电流扩大输出电流扩大输出电流课堂小结课堂小结作业：作业：P1257习题 16.2.1819,20(2、5、6），22；16.3.45 1、熟悉积、微分运算的电路结构及计算公式2、掌握比较器电路的结构特点及分析方法不必交，只在下面自己练习:P120122选择题选择题16.3.12P120121选择题答案选择题答案16.2.2（2），），3（2）