电压比较器和滤波器

,第一部分,集成运放的电压传输特性,：,表示“放大器”,两个,输入端,u,N,：,反相输入端,u,P,：,同相输入端,一个输出端,：,u,o,为了简化起见，常将接地端省去。,A,od,：开环差模电压放大倍数,A,od,u,o,+,u,N,u,P,A,od,u,o,+,u,N,u,P,一、符号,二、电压传输特性,指输出电压和输入电压之间的关系曲线。,线性区,(,放大区,),：,u,o,=,A,od,(,u,P,u,N,),非线性区,(,饱和区,),：,u,o,=,U,oM,线性区,+U,oM,u,P,u,N,u,o,U,oM,O,u,o,=,f,(,u,i,)=,f,(,u,P,u,N,),饱和区,由于,A,od,非常高，因而线性区非常窄,。,三、,理想集成运放,二、符号,1,、条件,A,od,，,r,id,，,r,o,0,，,K,CMR,A,u,o,+,u,N,u,P,三、电压传输特性,u,o,=,f,(,u,i,),+U,oM,u,P,u,N,u,o,U,oM,O,四、理想运放两个工作区域的特点,1,、,工作在线性区的分析依据,(1),A,od,，,u,o,=,A,od,(,u,P,u,N,),u,o,为一有限值,u,P,=u,N,，称“虚短”,i,P,=i,N,0,，称“虚断”,A,od,越大，运放的线性范围越小，必,须加,负反馈,才能使其工作于线性区,。,若,u,P,或,u,N,接地，则称,“虚地”,。,(2),r,id,，,两个,输入端电流为零。,i,N,i,P,A,u,o,u,P,u,N,+,r,id,u,o,u,P,u,N,+,r,o,-,A,od,(,u,P,u,N,),2,、工作在饱和区的分析依据,(,一般工作于开环或正反馈状态,),+U,OM,u,P,u,N,u,o,U,OM,饱和区,O,饱和区,(1),输出只有两种可能：,+,U,OM,或,U,OM,当,u,P,u,N,时，,u,o,=,+,U,OM,当,u,P,u,N,时，,u,o,=,+,U,oM,当,u,P,u,N,时，,u,o,=,U,oM,输出只有两种可能：,+,U,oM,或,U,oM,2,、,单限比较器,U,REF,u,o,u,I,+,A,运放处于,开环状态,当,u,I,U,REF,时，,u,o,=,U,OM,U,REF,：参考电压,U,REF,u,o,u,I,+,A,电压传输特性：,u,o,=,f,(,u,I,),u,I,u,o,O,U,REF,+,U,OM,U,OM,当,u,I,U,REF,时，,u,o,=+,U,OM,当,u,I,U,REF,时，,u,o,=,U,OM,u,I,u,o,O,U,REF,+,U,OM,U,OM,简单电压比较器,u,I,u,o,O,U,REF,+,U,OM,U,OM,阈值电压：,输出电压从一个电平跳变到另一个电平所对应的输入电压值，用,U,T,表示。,图中：,U,T,=,U,REF,u,I,u,o,O,U,REF,+,U,OM,U,OM,只有一个阈值电压的电路称,单限比较器,。,当,U,REF,=0,时，称为,过零比较器,。,3,、一般单限比较器,U,REF,u,o,u,I,+,A,R,2,R,1,当,u,N,=,u,P,=0,时,u,o,发生跃变，得阈值电压为,当,u,I,U,T,时，,u,o,=,U,OM,电压传输特性：,u,I,u,o,O,U,T,+,U,OM,U,OM,电压传输特性的三要素求解法：,(1),由集成运放最大输出电压决定输出高低电平,U,OH,和,U,OL,;,(2),写出集成运放两输入端,u,N,和,u,P,的表达式，令,u,N,=,u,P,，求出输入电压,u,I,，即为阈值电压,U,T,；,(3),若输入电压,u,I,从反相输入端,(,或通过电阻,),输入，则当,u,I,U,T,时，,u,O,=,U,OL,；当,u,I,U,T,时，,u,O,=,U,OH,；当,u,I,U,T,时，,u,O,=,U,OL,。,例,1,：,如图所示电路，,集成运放的最大输出电压,U,OM,=12V,，,R,1,=,R,2,。试求：,(1),电位器调到最大值时电路的电压传输特性；,(2),电位器调到最小值时的阈值电压。,+,2V,u,o,u,I,-,A,+,R,2,R,1,解：,(1),当,u,N,=,u,P,时，解得,u,I,即,(,U,T,),为,当,u,I,U,T,时，,u,O,=,U,OH,=+12V,u,I,/V,U,o,/V,O,4,+12,12,(2),4,、,滞回比较器,单限电压比较器的缺点：,U,REF,u,o,u,I,+,A,R,2,R,1,若输入电压,u,I,在阈值电压附近波动,t,u,I,O,U,T,t,u,O,O,U,OH,U,OL,抗干扰能力差。,为此采用,滞回比较器,：,当输入电压在一定的范围内变化时，输出电压保持不变。,反相输入滞回比较器,电路引入了,正反馈,u,o,U,REF,+,A,R,1,R,2,u,I,当,u,N,=,u,P,时，求得阈值电压为,当,u,o,=+,U,OM,时,当,u,o,=,-,U,OM,时,当,u,I,U,T2,时，,u,N,u,P,，,u,o,=,-,U,OM,此时,u,P,=,U,T2,u,o,U,REF,+,A,R,1,R,2,u,I,再增大,u,I,，,u,N,u,P,，,u,o,=,-,U,OM,保持不变,u,I,u,o,O,U,T1,U,T2,+,U,OM,U,OM,(2),当,u,I,再逐渐减小时,当,u,I,略小于,U,T2,时，,u,N,-,U,T,时，,u,o,=,+,U,OM,继续减小,u,I,(1),当,u,I,从大于,-,U,T,逐渐减小时,当,u,I,-,U,T,时，,u,o,=,-,U,OM,u,I,u,o,O,U,T,-,U,T,(2),当,u,I,从小于,+,U,T,逐渐增大时,当,u,I,+,U,T,时，,u,o,=,+,U,OM,5,、窗口比较器,(P59),u,o,u,I,+,A,1,U,RH,+,A,2,U,RL,D,1,D,2,R,1,R,2,D,Z,当,u,I,U,RL,时，,D,1,截止，,D,2,导通，,u,o,=,U,Z,当,U,RL,u,I,U,RH,时，,D,1,导通，,D,2,截止，,u,o,=,U,Z,u,I,u,o,O,U,RL,U,Z,U,RH,又称双限比较器,例,2,：,如图所示电路，,U,OM,=12V,，,R,1,=10k,，,R,2,=5,0k,。求下列两种情况下电路的阈值电压并画出电压传输特性。,(1),U,REF,=0V,；,(2),U,REF,=6V,解：,(1),u,o,U,REF,+,A,R,1,R,2,u,I,该电路是反相输入滞回比较器。,u,I,/V,U,o,/V,O,2,-,2,+,12,12,(2),当,U,REF,=6V,时,u,o,U,REF,+,A,R,1,R,2,u,I,u,I,/V,U,o,/V,O,3,12,+,12,7,第二部分,有源滤波器,一、,滤波电路基本知识,滤波电路：对信号频率具有,选择性,的电路。,作用：它能选出有用的信号，而抑制无用的信号。,无源滤波器,有源滤波器,按频率范围的不同，滤波器可分为,低通、高通、带通和带阻等。,由电阻、电容等无源元件组成。,含有运算放大器的滤波器。,有源滤波器的集成运放工作在,线性区,。,四种滤波器理想的幅频特性,O,f,通带,f,p,阻带,低通滤波器,(LPF),O,f,阻带,f,p,通带,高通滤波器,(HPF),O,f,阻带,f,p1,通带,带通滤波器,(BPF),阻带,f,p2,O,f,通带,f,p1,阻带,带阻滤波器,(BEF),通带,f,p2,二、,无源滤波器,C,R,+,+,1,、低通滤波器,模与频率的关系,令：,通带截止频率,幅频特性,相频特性,频率特性,幅角与频率的关系,低通滤波器的幅频特性：,当,f,=,0,时，,当,f,=,f,p,时，,当,f,时，,f,p,f,O,1,0.707,当频率大于,f,p,时，信号被很快衰减。,具有“,低通,”特性。,2,、高通滤波器,C,R,+,+,其中：,当,f,=,0,时，,当,f,=,f,p,时，,当,f,时，,高通滤波器的幅频特性：,f,p,f,O,1,0.707,无源滤波器的特点：,(1),电路的增益小，最大仅为,1,；,(2),带负载能力差。,如：低通滤波器接上负载后,C,R,+,+,R,L,接上负载后,C,R,+,+,R,L,其中：,通带电压放大倍数,通带截止频率,可见：通带放大倍数和通带截止频率均随负载变化而变化，即带负载能力差。,三、有源滤波器,1,、一阶有源低通滤波器,u,i,u,o,R,2,u,C,C,R,R,1,+,+,A,其中：,通带电压放大倍数,通带截止频率,对数幅频特性：,当,f,=,0,时，,当,f,=,f,p,时，,当,f,=10,f,p,时，,对数幅频特性,当,f,=,0,时，,当,f,=,f,p,时，,当,f,=10,f,p,时，,f,/,f,p,O,-3,-20,0.1,1,10,-,20dB/,倍频,为了改善滤波效果，常采用,二阶有源低通滤波器。,二阶有源低通滤波器,u,i,R,C,u,o,R,2,C,R,R,1,+,A,常用的,二阶有源低通滤波器,u,i,R,C,u,o,R,2,C,R,R,1,+,A,2.,一阶有源高通滤波器,C,R,u,i,u,o,R,2,R,1,+,A,其中：,通带电压放大倍数,通带截止频率,对数幅频特性：,当,f,=,f,p,时，,当,f,=10,f,p,时，,当,f,=0.1,f,p,时，,对数幅频特性,f,/,f,p,O,-3,-20,0.1,1,10,-20dB/,倍频,为了改善滤波效果，常用,二阶有源高通滤波器。,C,R,u,o,R,2,R,1,+,A,C,R,u,i,四、,带通滤波器,LPF,HPF,带通滤波器的组成,O,f,f,ph,1,O,f,f,pl,1,O,f,f,ph,1,f,pl,u,i,u,o,R,f,C,1,R,1,R,+,A,C,2,R,3,R,2,五,带阻滤波器,带阻滤波器的组成,LPF,HPF,求和,O,f,f,pl,1,O,f,f,ph,1,O,f,f,ph,1,f,pl,u,i,u,o,R,f,C,1,R,1,R,+,A,C,3,R,2,R,3,C,2,