第九章模拟电子线路课件

模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章主要内容：主要内容：运算放大器的内部结构运算放大器的内部结构 运算放大器的运算放大器的线性线性线性线性应用应用基本运算电路基本运算电路基本运算电路基本运算电路 运放的运放的非线性非线性应用应用比较器比较器比较器比较器 运放在波形产生电路的应用运放在波形产生电路的应用第九章第九章 运算放大器运算放大器1模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章集成电路集成电路：把整个电路中的元件制作在一块把整个电路中的元件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路。硅基片上，构成特定功能的电子电路。集成电路按其功能来分：数字集成电路 模拟集成电路概述：概述：2模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章模拟集成电路包括：集成运算放大器 集成功率放大器 集成稳压电源 集成乘法器 集成锁相环 集成数模转化器 回顾集成电路的发展历程，我们可以看到，自发明集成电路至今回顾集成电路的发展历程，我们可以看到，自发明集成电路至今40多年以来，多年以来，从电路集成到系统集成从电路集成到系统集成这句话是对这句话是对IC产品从小规模集产品从小规模集成电路（成电路（SSI）到今天特大规模集成电路（）到今天特大规模集成电路（ULSI）发展过程的最好总）发展过程的最好总结，即整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统（结，即整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统（System-on-board）到片上系统（）到片上系统（System-on-a-chip）的过程。在这历史过）的过程。在这历史过程中，世界程中，世界IC产业为适应技术的发展和市场的需求，其产业结构经历产业为适应技术的发展和市场的需求，其产业结构经历了三次变革。了三次变革。3模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章 与分立元件电路相比，模拟集成电路的工艺特点：采用直接耦合方式。为抑制零漂，第一级采用差动放采用直接耦合方式。为抑制零漂，第一级采用差动放大电路。工艺相同，对称性好。大电路。工艺相同，对称性好。小于小于200PF的电容用的电容用PN结结电容来做，而大于结结电容来做，而大于200PF的电容只能外接。的电容只能外接。电阻不能太大（几十欧到电阻不能太大（几十欧到20千欧）千欧）,因为电阻值的精度因为电阻值的精度不易控制。不易控制。在集成电路中高阻值的电阻多用恒流源电在集成电路中高阻值的电阻多用恒流源电路来代替。路来代替。集成电路中的二极管用三极管来代。集成电路中的二极管用三极管来代。4模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章集成运算放大器 同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端输出端输出端5模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.1 三极管运算放大器以以A741为例说明：为例说明：输入级 T1、T2；T3、T4：组成组成共集共集-共基组合差分电路共基组合差分电路T5、T6、T7；R1、R2、R3：组成组成改进型镜像电流源改进型镜像电流源，作为差放的有源负载作为差放的有源负载T12，R5，T11：组成组成电流源的参考电流电流源的参考电流 T11和和T10：组成组成微电流源微电流源，给给T3、T4提供基极电流提供基极电流 T9和和T8：组成组成镜像电流源镜像电流源，给差放提供偏置电流给差放提供偏置电流 RI6模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章T16T16：组成组成共集电极电路共集电极电路!作用是提高了中间级的输入电阻，作用是提高了中间级的输入电阻，也提高了输入级的电压增益也提高了输入级的电压增益 T17：是以是以T13B、T12为有源负载为有源负载 的的共发射极放大器共发射极放大器，电压增益很高，电压增益很高C1：相位补偿密勒电容相位补偿密勒电容 中间级中间级7模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章输输出出端端T14和和T20：组成的组成的甲乙类互补推挽功率放大电路甲乙类互补推挽功率放大电路 T18、T19和和R10：组成成基极偏置基极偏置电路路，使功放工作在甲乙使功放工作在甲乙类，消除交越失真，消除交越失真 T23：组成有源负载组成有源负载共集电极电路共集电极电路!使得输入电阻也很大使得输入电阻也很大 R6和和T15：是：是T14的的短路保护电路短路保护电路 R7、T21，T24：是是T20的的短路保护电路短路保护电路 T22和和T24组成的是组成的是镜像电流源电路镜像电流源电路 输出级输出级输出级输出级T13AT17：集电结零偏置集电结零偏置,保证放大状态保证放大状态 8模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章A741的内部电路 运算放大器的标准电路符号运算放大器的标准电路符号运算放大器的标准电路符号运算放大器的标准电路符号 9模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章 运算放大器的符号 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号+表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相异，用符号“-”表示。输出端一般画在输入端的另一侧，在符号边框内标有+号。实际的运算放大器通常必须有正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端。(a)(b)10模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.3 运算放大器的主要参数一、直流参数1.输入失调电压输入失调电压表征运放内部电路对称性的指标表征运放内部电路对称性的指标 2.输入失调电流输入失调电流表征差分级输入电流不对称的程度表征差分级输入电流不对称的程度 3.输入失调电压温漂输入失调电压温漂:输入失调电压随温度的变化率输入失调电压随温度的变化率 11模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章4.输入失调电流温漂输入失调电流温漂:输入失调电流随温度的变化率输入失调电流随温度的变化率 5.输入偏置电流输入偏置电流 用于衡量差分放大对管输入电流的大小。用于衡量差分放大对管输入电流的大小。6.直流电源电压直流电源电压:是集成运算放大器工作时加的正、负直流电源电压。是集成运算放大器工作时加的正、负直流电源电压。12模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章二、交流参数二、交流参数1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 运放在无外加反馈条件下的中频差模电压增益。运放在无外加反馈条件下的中频差模电压增益。2.最大差模输入电压最大差模输入电压(maximum differential mode input voltage)运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时此电压时,差分管将出现反向击穿现象。差分管将出现反向击穿现象。(P389)3.最大共模输入电压最大共模输入电压(maximum common mode input voltage)在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许最在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许最大值。大值。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。大器失去共模抑制能力。(无法放大差分信号无法放大差分信号)4.共模抑制比共模抑制比 13模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章5.差模输入电阻差模输入电阻6.共模输入电阻共模输入电阻7.单位增益带宽单位增益带宽 表示当运算放大器的增益为表示当运算放大器的增益为1时（即时（即0dB）对应对应的带宽的带宽 8.转换速率转换速率 表示：在规定输入大信号阶跃脉冲时，输出表示：在规定输入大信号阶跃脉冲时，输出 电电压的最大变化速率压的最大变化速率 反映运放对高速变化的输入信号的响应反映运放对高速变化的输入信号的响应 14模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章通用型高速型和宽带型高精度(低漂移型）高输入阻抗型低功耗型功率型 为满足实际使用中对为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的除性能指标比较适中的通通用型用型运放外，发展了适应运放外，发展了适应不同需要的专用型集成运不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标放。它们在某些技术指标上比较突出。上比较突出。根据运算放大器的技根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类，术指标可以对其进行分类，主要有通用、高速、宽带、主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和低高精度、高输入电阻和低功耗等几种。功耗等几种。运算放大器分类15模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章通通 用用 型型 通用型运算放大器的技术指标比较适中，价格低廉。通用型运放也经过了几代的演变，早期的通用型运放已很少使用了。以典型的通用型运放CF741(A741)为例，输入失调电压12 mV、输入失调电流20 nA、差模输入电阻2 M，开环增益100 dB、共模抑制比90 dB、输出电阻75、共模输入电压范围13 V、转换速率0.5 V/s。16模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章高速型和宽带型 用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高速数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放大时，可注重fH或fc，用于高速大信号放大时，同时还应注重SR。例如：CF2520/2525 AD9620 AD9618 OP37 CF357 17模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章高精度(低漂移型）用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。例如：OP177 CF714 18模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章高输入阻抗型高输入阻抗型 用于测量设备及采样保持电路中。例如：AD549 CF155/255/355 19模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章低功耗型 用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电压下，工作电流微弱。例如：OP22 正常工作静态功耗可低至36 W。OP290 在0.8 V电压下工作，功耗为24 W。CF7612 在5 V电压下工作，功耗为50 W。20模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章功 率 型 这种运放的输出功率可达1W以上，输出电流可达几个安培以上。例如：LM12 TP1465 21模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.4 9.4 运算放大器组成的运算电路运算放大器组成的运算电路9.4.19.4.1理想运算放大器理想运算放大器1.差模电压放大倍数差模电压放大倍数Avd=，实际上实际上Avd80dB即可。即可。2.差模输入电阻差模输入电阻Rid=，实际上实际上Rid比输入端外电路的电阻大比输入端外电路的电阻大23个个量级即可。量级即可。3.输出电阻输出电阻Rod=0，实际上实际上Rod比输出端外电路的电阻小比输出端外电路的电阻小23个量级个量级即可。即可。4.带宽足够宽带宽足够宽。5.共模抑制比足够大共模抑制比足够大。实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。一、理想运算放大器的条件一、理想运算放大器的条件一、理想运算放大器的条件一、理想运算放大器的条件（运放在闭环状态下的应用：引入负反馈）（运放在闭环状态下的应用：引入负反馈）（运放在闭环状态下的应用：引入负反馈）（运放在闭环状态下的应用：引入负反馈）22模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章理想运算放大器的分析1、虚断虚断虚断虚断：两个输入端相当于断开，但又不是真正的断开。两个输入端相当于断开，但又不是真正的断开。=-+00ii23模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章2、运放工作于线性区：（有负反馈）、运放工作于线性区：（有负反馈）虚短：虚短：虚短：虚短：两个输入端近似于短路，但又不是真正的短路。两个输入端近似于短路，但又不是真正的短路。-+=vv线性区线性区24模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈-+=vv25模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章 输出量为正饱和值或负饱和值输出量为正饱和值或负饱和值,运放输入端运放输入端不不具有具有虚虚虚虚短短短短特性特性(仍有仍有虚断虚断虚断虚断特性特性)。3、运放工作于非线性区：（有正反馈或开环）、运放工作于非线性区：（有正反馈或开环）U+U-时，时，Uo=UOPPU+U-时，时，Uo=-=-UOPP传输特性：U+-U-UOUOPP-UOPP26模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.4.2 反相放大器和同相放大器1 1 反相放大器反相放大器反相放大器反相放大器根据根据虚短虚短虚短虚短，V-=V+=0根据根据虚断虚断虚断虚断，当当时，该电路路为反相器反相器反相器反相器。1RRf=ifovRRv1-=27模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章2 同相放大器同相放大器 根据根据虚断虚断，根据根据虚短虚短虚短虚短，VI=V+=V-因此：因此：，得：，得：i if fo ovRRv)1(1 1+=28模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章3 3 电压跟随器电压跟随器电压跟随器电压跟随器iovv=电压跟随器的电压增益为电压跟随器的电压增益为1，电压没有放大，但是它经，电压没有放大，但是它经常作常作阻抗变换阻抗变换或或缓冲器缓冲器使用。使用。29模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.4.39.4.3基本运算电路基本运算电路1 加法运算电路加法运算电路反相输入求和电路反相输入求和电路 根据根据虚断虚断 根据根据虚短虚短)(3322110IFIFIFvRRvRRvRRv+-=()321IIIOvvvv+-=30模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章反相输入求和电路反相输入求和电路 方法二：利用叠加原理求解方法二：利用叠加原理求解 利用叠加原理利用叠加原理 +-=+=332211321IFIFIFOOOOvRRvRRvRRvvvv31模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章同相输入求和电路同相输入求和电路 根据根据虚断虚断根据根据虚短虚短32模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章2 减法运算器减法运算器利用叠加原理：利用叠加原理：，则：令：令：则：所以：所以：当当 时，令：令：33模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章经验小结：经验小结：对于只有对于只有一个输入端一个输入端一个输入端一个输入端的运放电路，如果是同的运放电路，如果是同相输入，就是同相运算，如果是反相端输入，相输入，就是同相运算，如果是反相端输入，则是反相运算。则是反相运算。对于有对于有两个输入端两个输入端两个输入端两个输入端的电路，如果这两个输入的电路，如果这两个输入端端同时输入到一端同时输入到一端上，是上，是加法加法加法加法运算，如果运算，如果加在加在运放的两端运放的两端，则是，则是减法减法减法减法运算。运算。34模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章举例：举例：35模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章A1是个同相运算器：是个同相运算器：A2是个电压跟随器：是个电压跟随器：对于对于A3：解：解：36模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章解：解：37模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章3、运放均理想，求解输运放均理想，求解输出电压出电压vo的表达式的表达式。解：解：38模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章3 积分电路积分电路若若电容初始容初始电压不不为零的零的话，上式，上式还应该加上加上初始电压。初始电压。39模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章解：当当0t1s 当当1t2s 当当2t3s 40模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章 这里要注意当输入信号在某一个时间这里要注意当输入信号在某一个时间段等于零时，积分器的输出是不变的，保段等于零时，积分器的输出是不变的，保持前一个时间段的最终数值。因为虚地的持前一个时间段的最终数值。因为虚地的原因，积分电阻原因，积分电阻 R 两端无电位差，因此两端无电位差，因此 C 不能放电，故输出电压保持不变。不能放电，故输出电压保持不变。41模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章4 微分电路微分电路42模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章43模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章解：解：A1是个同相运算器是个同相运算器A2是个微分运算器是个微分运算器st100 tvo1031=Vvo3.0-=sts3010 tvo3.0121-=Vvo3.0=44模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章5 5 对数运算电路对数运算电路对数运算电路对数运算电路45模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章6 6 指数运算电路指数运算电路指数运算电路指数运算电路TIVvEBSOeRIv-=46模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章7乘法和除法运算电路乘法和除法运算电路实现乘法运算的框图实现乘法运算的框图 实现除法运算的框图实现除法运算的框图 47模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章当当为一个定一个定值时，就是乘法运算器，就是乘法运算器，为一个定一个定值时，就是除法运算器，就是除法运算器.当当48模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章电流串联负反馈电流串联负反馈附加题附加题:深负反馈的计算深负反馈的计算,求以下各电路的电压增益。求以下各电路的电压增益。49模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章电压串联负反馈电压串联负反馈50模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章串联电流负反馈串联电流负反馈:该反馈使放大电路的该反馈使放大电路的放大倍数放大倍数(互导增益互导增益)减小且稳定、输减小且稳定、输入电阻增大、输出电阻增大，该反馈入电阻增大、输出电阻增大，该反馈不能稳定输出电压。不能稳定输出电压。51模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章 有有源源滤滤波波器器实实际际上上是是一一种种具具有有特特定定频频率率响响应应的的放放大大器器。它它是是在在运运算算放放大大器器的的基基础础上上增增加加一一些些R、C等等无无源源元元件而构成的。件而构成的。通常有源滤波器分为：通常有源滤波器分为：低通滤波器（低通滤波器（LPF）高通滤波器（高通滤波器（HPF）带通滤波器（带通滤波器（BPF）带阻滤波器（带阻滤波器（BEF）它们的幅度频率特性曲线如图所示。它们的幅度频率特性曲线如图所示。滤 波 器 的 分 类9.59.5运算放大器在有源滤波电路中的应用运算放大器在有源滤波电路中的应用52模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章 滤波器也可以由无源的电抗性元件或晶体构成，称为无源滤波器或晶体滤波器。实际滤波器的幅频特性在通带和阻带之间有过渡带。实际滤波器的幅频特性在通带和阻带之间有过渡带。53模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章滤波器的用途 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图所示。滤波过程54模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章2 有源低通滤波器有源低通滤波器(LPF)无源低通滤波器无源低通滤波器uiuoRC令令55模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章通带增益通带增益 当当 f=0,或或频频率率很很低低时时，各各电电容容器器可可视视为为开开路路，通通带内的增益为带内的增益为一阶一阶LPF的幅频特性曲线的幅频特性曲线056模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章有源低通滤波器有源低通滤波器一阶一阶LPF的幅频特性曲线的幅频特性曲线057模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章 二阶二阶LPF的幅频特性曲线的幅频特性曲线简单二阶低通有源滤波器为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。二阶二阶LPF通带增益：通带增益：58模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章低通滤波器的主要技术指标（1）通带增益Avp 通带增益是指滤波器在通频带通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，如图所示。内的电压放大倍数，如图所示。性能良好的性能良好的LPF通带内的幅频特通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的性曲线是平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。电压放大倍数基本为零。（2）通带截止频率fp 其定义与放大电路的上限截止其定义与放大电路的上限截止频率相同。见图。通带与阻带频率相同。见图。通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。明滤波器的选择性越好。LPF的幅频特性曲线 59模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章无源高通滤波器无源高通滤波器有源高通滤波器(HPF)uiuoRC60模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章有源高通滤波器有源高通滤波器61模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章(压控电压源压控电压源)二阶低通有源滤波器二阶低通有源滤波器62模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章(压控电压源压控电压源)二阶高通有源滤波器二阶高通有源滤波器63模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章4 有源带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)带通滤波器是由低通带通滤波器是由低通RC环节和高通环节和高通RC环节串联而成的。环节串联而成的。WHWL带阻滤波器是由低通带阻滤波器是由低通RC环节和高通环节和高通RC环节并联而成的。环节并联而成的。WHWL64模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.6 比较器比较器若运放电路处于若运放电路处于开环开环开环开环状态或引入状态或引入正正正正反馈，则：反馈，则：运放工作在运放工作在非线性非线性非线性非线性区。区。输出量为正饱和值或负饱和值输出量为正饱和值或负饱和值,运放输入端运放输入端不不具有具有虚短虚短虚短虚短特性特性(仍有仍有虚断虚断虚断虚断特性特性)。65模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章比较器比较器是运算放大器工作在非线性区的一种应用是运算放大器工作在非线性区的一种应用。它的作用是它的作用是比较输入电压比较输入电压vI和参考电压和参考电压VREF的大小的大小，并根据比较结果输出高电平或低电平。比较器可应用并根据比较结果输出高电平或低电平。比较器可应用于越限报警、模数转换、自动控制和波形变换等场合。于越限报警、模数转换、自动控制和波形变换等场合。66模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章单限比较器单限比较器迟滞比较器迟滞比较器窗口比较器窗口比较器比较器的类型比较器的类型:67模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.6.1 单门限电压比较器单门限电压比较器)(低电平、负饱和值低电平、负饱和值输出为输出为)(高电平、正饱和值高电平、正饱和值输出为输出为:REFIVv0 REFIIDVvv-=OLOVv=0 REFIIDVvv-=:REFIVv -=:REFIVv 比较器输出电压比较器输出电压v vo o发发生电平跳变时相应的生电平跳变时相应的输入电压输入电压v vI I值称为值称为门门门门限电压限电压限电压限电压或或阈值电压。阈值电压。阈值电压。阈值电压。实实际际理理想想一、一、一、一、同相输入同相输入同相输入同相输入翻转翻转68模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章二、二、二、二、反相输入反相输入反相输入反相输入:REFIVvOLOVv=:REFIVv 翻转翻转69模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章70模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章例：例：翻转：翻转：71模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章过零比较器过零比较器门限电压门限电压V VREFREF0 0的单门限比较器的单门限比较器72模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章例：已知输入信号波形如图，画出输出电压的波形例：已知输入信号波形如图，画出输出电压的波形73模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.6.5构成负反馈，满足虚短构成负反馈，满足虚短74模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.6.2 迟滞比较器迟滞比较器(又称为施密特触发器又称为施密特触发器又称为施密特触发器又称为施密特触发器)单门限比较器，电路简单，灵敏度高，但是抗干扰单门限比较器，电路简单，灵敏度高，但是抗干扰单门限比较器，电路简单，灵敏度高，但是抗干扰单门限比较器，电路简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，为了提高抗干扰性，可采用迟滞比较器。能力差，为了提高抗干扰性，可采用迟滞比较器。能力差，为了提高抗干扰性，可采用迟滞比较器。能力差，为了提高抗干扰性，可采用迟滞比较器。75模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章(1)(1)电路组成电路组成电压串联电压串联电压串联电压串联正反馈正反馈正反馈正反馈212211RRRRRVRVVOminREFL+=下门限电压：下门限电压：212211RRVRRRVRVOmaxREFH+=上门限电压：上门限电压：反相输入迟滞比较器反相输入迟滞比较器76模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章Vi逐渐减小，当逐渐减小，当Vi=V+=VL时，输出时，输出开始跳变，由开始跳变，由-VZ跳变为跳变为VZVi逐渐增大，当逐渐增大，当Vi=V+=VH时，输出时，输出开始跳变，由开始跳变，由VZ跳变为跳变为-VZ(2)门限电压的估算门限电压的估算)()(211212RZHVRRRVRRRV+=很小时很小时当当ivZVv=o2122 RRVRVVVZLH+=-=D D：门限宽度或回差电压为门限宽度或回差电压为77模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章例例：电路以及：电路以及vI的波形如图所示，试画出电路的传输特性的波形如图所示，试画出电路的传输特性以及以及vO的波形。的波形。VV52020)10(20-=+-.=RR(-V )RRRVRV ZREFT-212211+=VV520201020=+.=RRVRRRVRVZREFT+212211+=.很小时很小时当当ivZVv=ovi逐渐增大到：逐渐增大到：翻转翻转.Z-Vv=o很大时很大时当当ivvi逐渐减小到：逐渐减小到：翻转翻转78模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章vO的波形的波形:79模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章同相输入迟滞比较器同相输入迟滞比较器(1)电路组成电路组成(2)(2)门限电压的估算门限电压的估算门限电压的估算门限电压的估算Vi逐渐减小，当逐渐减小，当V+=V-时，输出开始跳变时，输出开始跳变:ZVv=o很大时很大时当当iv由由VZ跳变为跳变为-VZ，跳变瞬间的跳变瞬间的vi为为：80模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章很小时很小时当当ivZVv-=oVi逐渐增大，当逐渐增大，当V+=V-时输出开始跳变时输出开始跳变由由-VZ跳变为跳变为+VZ，跳变瞬间的跳变瞬间的vi为为：81模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章例例：电路以及：电路以及vI的波形如图所示，试画出的波形如图所示，试画出vO的波形。的波形。82模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.6.3窗口比较器窗口比较器 窗口比较器的电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。设R1=R2，有：窗口比较器窗口比较器 83模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章 当vIVH时，vO1为高电平，D3导通；vO2为低电平,D4截止，vO=vO1=VOm 当vI VL时，vO2为高电平，D4导通；vO1为低电平，D3截止，vO=vO2=VOm 当VH vI VL时，vO1为低电平，vO2为低电平，D3、D4截止，vO为零。窗口比较器的传输特性窗口比较器的传输特性 该比较器有两个阈值，传输特性曲线呈窗口状，故称为窗口比较器。84模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.7 9.7 比较器的应用比较器的应用9.7.1 方波发生器方波发生器(多谐振荡电路多谐振荡电路多谐振荡电路多谐振荡电路)RC电路，实现电容的充放电电路，实现电容的充放电迟滞比较器迟滞比较器限流电阻限流电阻稳压管起限幅作用稳压管起限幅作用(1)电路组成电路组成85(2)(2)工作原理工作原理ZOOPCVvvvv+=跳变，跳变，时，时，当当Cv 下降。下降。放电，放电，电容，电容CZPZORRVRvVv+-=，212QZOOVvv-=跳变，跳变，PCvv时，时，当当Cv 上升。上升。充电，充电，电容，电容 CZPRRVRv+此时，此时，212ZOPNVvvv+=，Cv=，设电源刚接通时，设电源刚接通时，086模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章87模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.7.2 9.7.2 占空比可调的矩形波电路占空比可调的矩形波电路 显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波电路见图。C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D1、Rf；C放电时，放电电流经Rf、二极管D2、电位器的下半部。占空比可调方波发生电路占空比可调方波发生电路 88模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章占空比为：占空比为：其中，是电位器中点到上端电阻，是二极管D1的导通电阻。其中，是二极管D2的导通电阻。即改变 的中点位置，占空比就可改变。图14.08 方波发生器波形图89模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.7.3三角波发生器 三角波发生器的电路如图所示。它是由滞回比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的 。1.当vO1=+VZ时,则电容C 充电,同时vO按线性逐 渐下降，当使A1的VP 略低于VN 时，vO1 从 +VZ跳变为-VZ。90模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章2.在vO1=-VZ后，电容C开 始放电，vO按线性上升，当使A1的VP略大于零时，vO1从-VZ跳变为+VZ，如此周而复始，产生振 荡。vO的上升时间和下降 时间相等，斜率绝对值 也相等，故vO为三角波。三角波发生器的波形三角波发生器的波形91模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章输出峰值输出峰值92模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章振荡周期：振荡周期：93模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章9.7.4 锯齿波发生器 锯齿波发生器的电路如图所示。显然，为了获得锯齿波，应改变积分器的充放电时间常数。图中的二极管D和R将使充电时间常数减为(RR)C，而放电时间常数仍为RC。锯齿波发生器电路图锯齿波发生器电路图 A1A294模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路第九章第九章锯齿波发生器的波形锯齿波发生器的波形 锯齿波周期可以根据时间常数和锯齿波的幅值求得。锯齿波的幅值为：vo1m=|Vz vom=|Vz|R1/R2A1A295