模電第77 正反饋應(yīng)用一------電壓比較器

1、(4-1)(4-2)7.7 正反饋應(yīng)用一正反饋應(yīng)用一-電壓比較器電壓比較器7.7.17.7.1、電壓比較器基本概念、電壓比較器基本概念 當(dāng)當(dāng)uiUruo= uoL “0 ” 比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較，比較的結(jié)果及輸出只有基準(zhǔn)電壓相比較，比較的結(jié)果及輸出只有兩種狀態(tài)（即高電平和低電平）的電路。兩種狀態(tài)（即高電平和低電平）的電路。 電壓比較器是集成運(yùn)放的另一類基本應(yīng)用電路電壓比較器是集成運(yùn)放的另一類基本應(yīng)用電路 。使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓U Ur r稱為稱為閾值電壓閾值電壓。 1. 電壓比較器電壓比較器uIUruO電壓比

2、較器電壓比較器+UOM-UOM(4-3)2. 電壓比較器功能：電壓比較器功能：對(duì)對(duì)uI鑒幅和比較鑒幅和比較 廣泛用于報(bào)警、電平檢測、自控、廣泛用于報(bào)警、電平檢測、自控、A/D轉(zhuǎn)換等電路中。轉(zhuǎn)換等電路中。 3. 比較器的電壓傳輸特性比較器的電壓傳輸特性 及其三要素及其三要素電壓傳輸特性的三個(gè)要素：電壓傳輸特性的三個(gè)要素： 輸出高電平輸出高電平UOH和低電平和低電平UOL 閾值電壓閾值電壓Ur ui過過Ur時(shí)時(shí)uO的躍變方向的躍變方向uOf(ui)uIuRuO電壓比較器電壓比較器傳輸特性傳輸特性(4-4)4.4.幾種常用的電壓比較器幾種常用的電壓比較器 （1）單限比較器：只有一個(gè)閾值電壓）單限比較

3、器：只有一個(gè)閾值電壓（3）窗口比較器：）窗口比較器： 有兩個(gè)閾值電壓，輸入電壓單調(diào)變化時(shí)輸出電壓躍變兩次有兩個(gè)閾值電壓，輸入電壓單調(diào)變化時(shí)輸出電壓躍變兩次。 （2）滯回比較器：具有滯回特性）滯回比較器：具有滯回特性 輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次。回差電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次。回差電壓T2T1UUU閉環(huán)應(yīng)用閉環(huán)應(yīng)用開環(huán)應(yīng)用開環(huán)應(yīng)用開環(huán)應(yīng)用開環(huán)應(yīng)用(4-5)5 5. .比較器中比較器中集成運(yùn)放集成運(yùn)放非線性工作區(qū)非線性工作區(qū)電路特征：集成運(yùn)放電路特征：集成運(yùn)放開環(huán)開環(huán)或僅引入或僅引入正反饋正

4、反饋集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)1) 凈輸入電流為凈輸入電流為02) uP uN時(shí)，時(shí)， uOUOM3) uP 0 時(shí)時(shí) uO UOM uI 0(c) Ur=0(b) Ur0(4-9)存在干擾時(shí)單限比較器的存在干擾時(shí)單限比較器的 uI、uO 波形波形單限比較器的單限比較器的作用作用：檢測輸入的模擬信號(hào)是否達(dá)到：檢測輸入的模擬信號(hào)是否達(dá)到某一給定電平。某一給定電平。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：抗干擾能力差。：抗干擾能力差。解決辦法解決辦法：采用具有滯：采用具有滯回傳輸特性的比較器?；貍鬏斕匦缘谋容^器。(4-10)7.7.3 7.7.3 滯回比較器滯回比較器1、概述、概述(4-11)（1

5、）遲滯比較器電路形式）遲滯比較器電路形式Cuo(a)RRuiR2R1VZ1VZ2Uf(2)遲滯比較器電路特點(diǎn) 電路為閉環(huán)正反饋狀態(tài)閉環(huán)正反饋狀態(tài)（接同相端）。 而前述單限比較器為開環(huán)狀態(tài)開環(huán)狀態(tài)。(4-12)(3)遲滯比較器傳輸特性00uiuouiuouiuoUoH UUrLUoLUrH(b)UrLUrH(4)遲滯比較器波形圖(4-13)（5）滯回比較器工作原理）滯回比較器工作原理UREF 為參考電壓；為參考電壓；輸出電壓輸出電壓 uO 為為 +UZ 或或 - -UZ；uI 為輸入電壓。為輸入電壓。當(dāng)當(dāng) u+ = u- - 時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓的狀態(tài)發(fā)生跳變。的狀態(tài)發(fā)生跳變。OF22REF

6、F2FuRRRURRRu 比較器有兩個(gè)不同的門限電平，比較器有兩個(gè)不同的門限電平，故傳輸特性呈滯回形狀。故傳輸特性呈滯回形狀。 +UZuIuO - -UZOUT- -UT+ + 滯回比較器滯回比較器(4-14)若若 uO= UZ ，當(dāng)，當(dāng) uI 逐漸減小時(shí)，使逐漸減小時(shí)，使 uO 由由 UZ 跳跳變?yōu)樽優(yōu)?UZ 所需的門限電平所需的門限電平 UT ZF22REFF2FTURRRURRRU 回差回差( (門限寬度門限寬度) ) UT ：ZF22TTT2URRRUUU 若若 uO = UZ ，當(dāng)，當(dāng) uI 逐漸增大時(shí)，使逐漸增大時(shí)，使 uO 由由 + +UZ 跳變跳變?yōu)闉?- -UZ 所需的門限電

7、平所需的門限電平 UT+ ZF22REFF2FTURRRURRRU (4-15) 作用作用：產(chǎn)生矩形波、三角波和鋸齒波，或用于波形：產(chǎn)生矩形波、三角波和鋸齒波，或用于波形變換。變換?？垢蓴_能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)。(4-16) 弛張振蕩器即方波三角波產(chǎn)生器。對(duì)于方波信號(hào)發(fā)生器，其狀態(tài)有時(shí)維持不變，而有時(shí)則發(fā)生突跳。為區(qū)別于正弦振蕩器，人們將這種有張有弛的信號(hào)發(fā)生器稱之為弛張振蕩器。7.7.4 弛張振蕩器弛張振蕩器 弛張振蕩器必須是一個(gè)正反饋電路，它由兩部分組成：一部分是狀態(tài)記憶電路;另一部分是定時(shí)電路，即控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間的電路。如圖所示，一般用遲滯比較器作為狀態(tài)記憶電路，而用積分器作為定時(shí)電路。(4

8、-17)狀態(tài)記憶單元定時(shí)單元弛張振蕩器原理框圖弛張振蕩器原理框圖(4-18) 帶正反饋的運(yùn)放構(gòu)成遲滯比較器， RC構(gòu)成積分器即定時(shí)電路。單運(yùn)放弛張振蕩器電路及波形1、電路組成積分器遲滯比較器遲滯比較器(4-19)Add Your Text Uo=UoH，uC (0)=0， 電容被充電，uC(t)以指數(shù)規(guī)律上升，并趨向UoH。當(dāng)uC=U+時(shí)，輸出狀態(tài)由高電平跳變到低電平UoL。此時(shí)的U+記為高門限電壓UTH：212THoHoHRUF UURR正2、工作原理(1)CCoHoHURRRURRRUFU212212正參考電平:運(yùn)放同相端電壓U+為(4-20)Uo= UoL時(shí)，電容開始放電，后又反充電，u

9、C以指數(shù)規(guī)律下降，并趨向UoL。此時(shí)門限電壓變?yōu)橄麻T限電壓 212oLEERUF UURR 正(2)(3) 當(dāng)uC下降到UTL時(shí)，輸出又從低電平跳變到高電平。周而復(fù)始，運(yùn)放輸出為方波，其峰峰值為 2oppoHoLCCUUUU(4-21)tCCCCeUUUtu)0()()()(振蕩頻率f0。根據(jù)三要素法，電容電壓uC(t)為(4) 因?yàn)殡娙莩潆姾头烹姇r(shí)常數(shù)均等于RC，所以T1=T2，占空比D=T2/T=50%。電容電壓uC(t)為近似的三角波，其峰峰值為2122CppTHTLCCRUUUURR(4-22)212211120( )CoHCCCTLoLCTHoHUUURUUURRRCRtTuTUURR 趨向值： （