第六章 电压比较器

第六章波形的发生和信号转换 放大电路 负反馈 获得一定幅值的输出量 正反馈网络 引入正反馈 输入信号等于反馈信号 选频网络 选择满足相位平衡条件的一个频率 单一频率的振荡 经常与反馈网络合二为一 稳幅环节 使输出信号幅值稳定 经常与放大电路合二为一 振荡电路的基本组成部分 起振条件平衡条件 6 1正弦波振荡电路 振荡电路以选频网络分类 RC振荡器 f1MHz石英晶体振荡器 振荡频率非常稳定 根据最后表现形式可把其归入LC振荡器 所以 要满足相位条件 只有在fo处 因为 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波 用运放组成的RC振荡器 采用非线性元件 热敏元件 负温度系数热敏电阻 起振时 即 热敏电阻的作用 稳幅措施 正温度系数热敏电阻 1 变压器反馈式振荡电路 定性分析 反馈 满足相位平衡条件 LC正弦波振荡电路 正反馈 频率由LC谐振网络决定 图8 1 24例8 1 2电路图 反馈 变压器反馈式振荡电的路优缺点 优点 易产生振荡 波形较好 应用范围广 缺点 由于输出电压与反馈电压靠磁路耦合 故耦合不紧密 损耗较大 且振荡频率的稳定性不高 三点式振荡器构成原则 1 与发射极 或运放同相端 相连的两个电抗性质相同 X1 X2 2 不与发射极 或运放同相端 相连的电抗性质与前两者相反 X3 谐振时满足 X1 X2 X3 0 X1 X2同为电容时 称为电容三点式振荡器 X1 X2同为电感时 称为电感三点式振荡器 2 三点式LC振荡电路 电感三点式振荡电路 图电感反馈式振荡电路 图电感反馈式振荡电路的交流通路 电容三点式振荡电路 图电容反馈式振荡电路 石英晶体的基本特性与等效电路 结构 极板间加交变电场 极板间加机械力 压电效应 交变电压 机械振动的固有频率与晶片尺寸有关 稳定性高 当交变电压频率 固有频率时 振幅最大 压电谐振 6 1 4石英晶体正弦波振荡电路 A 串联谐振 特性 晶体等效阻抗为纯阻性 B 并联谐振 图石英晶体的等效电路及其频率特性 品质因数为 等效阻抗为纯阻性 通常 所以 静态电容 机械振动惯性 晶片的弹性 晶片的摩擦损耗 高达104 106 稳定度10 6 10 8 图并联型石英晶体振荡电路 图串联型石英晶体振荡电路 6 2电压比较器 非线性应用 是指由运放组成的电路处于非线性状态 输出与输入的关系uo f ui 是非线性函数 电压比较器 对输入信号进行鉴幅与比较的电路 是组成非正弦波发生电路的基本单元电路 uo ui 跃变的方向 运放开环应用 运放电路中只有正反馈 图8 2 2电压比较器电压传输特性举例 单 门 限比较器 滞回比较器 窗口比较器 特点 运放处于开环状态 当ui UREF时 uo UOH当ui UREF时 uo UOL 一 若ui从同相端输入 单限电压比较器 UREF 当uiUREF时 uo UOL 二 若ui从反相端输入 三 过零比较器 UREF 0时 例 利用电压比较器将正弦波变为方波 电路改进 用稳压管稳定输出电压 图电压比较器输入级的保护电路 电压传输特性三要素及其分析方法 1 确定输出高低电平 有无限幅电路 2 确定阈值电压UT uP uN 3 跃变的方向 uI作用于哪个输入端反相 由小变大是高 由大变小是低同相 由小变大是低 由大变小是高 单限比较器存在的主要问题 是抗干扰能力差 如图所示 若ui在参考电压ur 0 附近有噪声或干扰 则输出波形将产生错误的跳变 直至ui远离ur值才稳定下来 如果对受干扰的uo波形去计数 计数值必然会多出许多 从而造成极大的误差 反相滞回比较器 分析 1 因有正反馈 输出饱和 2 当uo正饱和时 uo UOM U 3 当uo负饱和时 uo UOM 特点 电路中使用正反馈 运放处于非线性状态 1 没加参考电压的下行滞回比较器 滞回比较器 分别称UH和UL上下门限电压 称 UH UL 为回差 当ui增加到UH时 输出由Uom跳变到 Uom 当ui减小到UL时 输出由 Uom跳变到Uom 传输特性 小于回差的干扰不会引起跳转 跳转时 正反馈加速跳转 例 反相滞回比较器的输入为正弦波时 画出输出的波形 加上参考电压后的上下限 2 加上参考电压后的反相滞回比较器 反相滞回比较器两种电路传输特性的比较 例 R1 10k R2 20k UOM 12V UR 9V当输入ui为如图所示的波形时 画出输出uo的波形 首先计算上下门限电压 例 R1 10k R2 20k UOM 12V UR 9V当输入ui为如图所示的波形时 画出输出uo的波形 根据传输特性画输出波形图 uP 0时输出翻转 可以求出上下门限电压 当uP uN 0时 uo UOM当uP uN 0时 uo UOM 1 没加参考电压的同相滞回比较器 同相滞回比较器 上下门限电压 上下门限电压 当uo UOM时 当uo UOM时 2 加上参考电压后的上行滞回比较器 传输特性 反相和同相滞回比较器传输特性的比较 例 已知输入输出电压波形 求电压传输特性 输出高低电平 9V 阈值 3V 小于为正 反入 滞回比较器电路改进 为了稳定输出电压 可以在输出端加上双向稳压管 图滞回比较器输出波形 抗干扰能力强 如图所示 由于使电路输出状态跳变的输入电压不发生在同一电平上 若ui上叠加有干扰信号时 只要该干扰信号的幅度不大于回差 U 则该干扰的存在就不会导致比较器输出状态的错误跳变 应该指出 回差 U的存在使比较器的鉴别灵敏度降低了 输入电压ui的峰峰值必须大于回差 否则 输出电平不可能转换 6 3非正弦波发生电路 图几种常见的非正弦波 方波 三角波 锯齿波 尖顶波 阶梯波 一 电路结构 上下门限电压 反相滞回比较器 输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端 RC回路既是延迟环节 也是反馈网络 6 3 1矩形波发生电路 是基础 二 工作原理 1 设uo UOM 则uP UH 此时 输出给C充电 一旦uc UH 就有uN uP 在uc UH时 uN uP uo保持 UOM不变 uo立即由 UOM变成 UOM 此时 C经输出端放电 2 当uo UOM时 u UL uc降到UL时 uo上翻 当uo重新回到 UOM以后 电路又进入另一个周期性的变化 0 输出波形 RC电路 起反馈和延迟作用 获得一定的频率 反相滞回比较器 起开关作用 实现高低电平的转换 方波发生器各部分的作用 f 1 T占空比 T1 T uc上升阶段表示式 uc下降阶段表示式 三 周期与频率的计算 方波发生器电路的改进 点b是电位器RW的中点 点a和点c是b的上方和下方的某点 试定性画出点电位器可动端分别处于a b c三点时的uo uc相对应的波形图 占空比可调的矩形波发生电路 电路一 方波发生器 矩形波 积分电路 三角波 此电路要求前后电路的时间常数配合好 不能让积分器饱和 6 3 2三角波发生电路 uo 三角波的周期由方波发生器确定 其幅值也由周期T和参数R C决定 两个延迟环节 电路二 电路一的改型 反向积分电路 同相迟滞比较器 特点 由同相迟滞比较器和反相积分器级联构成 迟滞比较器的输