第三章電壓比較器弛張振蕩器及模擬開(kāi)關(guān)

第三章電壓比較器弛張振蕩器及模擬開(kāi)關(guān)第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一

3.1電壓比較器

電壓比較器廣泛用于“電壓比較”、“電平鑒定”、“波形整形”、“波形產(chǎn)生”、“脈沖調(diào)寬”、“判決電路”以及“模/數(shù)變換”等。一、電壓比較器的基本特性

電路特點(diǎn)：開(kāi)環(huán)或者引入正反饋，總體放大器工作于“非線性”狀態(tài)，“虛短路”和“虛地”概念不適用。

輸出：比較器輸出只有兩個(gè)狀態(tài)，“1”或是“0”。

功能：電壓比較器的功能是比較兩個(gè)輸入電壓的大小，據(jù)此決定輸出是高電平還是低電平。第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一電壓比較器一般是開(kāi)環(huán)工作，其增益很大。電壓比較器的符號(hào)及傳輸特性電壓比較器的符號(hào)電壓比較器的傳輸特性電壓比較器的輸入輸出關(guān)系：

電壓比較器的輸出要么為高電平“1”，要么為低電平“0”，因此電壓比較器可作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一1、高電平(UoH)和低電平(UoL)電壓比較器的性能指標(biāo)

專用比較器的輸出電平：2、鑒別靈敏度3.轉(zhuǎn)換速度：比較器的輸出狀態(tài)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間

（不靈敏區(qū)）

一般要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短，以便實(shí)現(xiàn)高速比較。轉(zhuǎn)換速度與器件壓擺率SR有關(guān)，SR越大，輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間就越短，比較器的轉(zhuǎn)換速度越高。第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、電壓比較器的開(kāi)環(huán)應(yīng)用––簡(jiǎn)單比較器

這種電路可做為零電平檢測(cè)器。該電路也可用于“整形”，將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波。1.過(guò)零比較器

若參考信號(hào)ur為三角波，而輸入信號(hào)ui為緩變信號(hào)，如經(jīng)傳感器變換的溫度、壓力等信號(hào)，則隨著ui的變化，輸出矩形波的脈寬也隨之變化，從而實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。2.脈寬調(diào)制器第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一例3.1.1電路和輸入信號(hào)如圖，試分別畫(huà)出uo1和uo2的波形。解：隔直第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一

存在問(wèn)題：三、遲滯比較器——正反饋比較器——雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1、簡(jiǎn)單比較器應(yīng)用中存在的問(wèn)題

turt00干擾錯(cuò)誤跳變uouit0uo一是壓擺率的限制，導(dǎo)致高頻脈沖的邊緣不夠陡峭二是抗干擾能力差第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一

2、遲滯比較器電路及傳輸特性1)反相輸入的遲滯比較器在簡(jiǎn)單比較器中引入正反饋，構(gòu)成所謂“遲滯比較器”。+-R1R2RuiufuoA電源供電電壓UCC和-UEE

當(dāng)ui由負(fù)逐漸向正變化，且ui=Uf=Ur1時(shí)，輸出由高電平轉(zhuǎn)換為低電平。稱uo從高到低所對(duì)應(yīng)的ui轉(zhuǎn)換電平為上門(mén)限電平UTH第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一

由于參考電位的變化，若輸入一直為正，則輸出不再發(fā)生變化，只有當(dāng)輸入比參考電位更負(fù)，輸出才發(fā)生跳變，由低電平變?yōu)楦唠娖健４藭r(shí)對(duì)應(yīng)的參考電位為下門(mén)限電平UTL。此后ui繼續(xù)增大，uo一直維持在低電平。此時(shí)參考電壓為：綜上所述，遲滯比較器的傳輸特性如圖+回差電壓：第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2)同相輸入的遲滯比較器同相輸入遲滯比較器電路如圖R2+-R1uiuoA

當(dāng)ui極性變正且同相端電壓U+=U-=0時(shí)，輸出狀態(tài)才可能由負(fù)UOL向正UOH發(fā)生跳變。即：同理：同相輸入遲滯比較器傳輸特性第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一1、具有很強(qiáng)的抗干擾能力2、正反饋加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換，改善了輸出波形的邊緣

遲滯比較器的特點(diǎn)：3、具有兩個(gè)狀態(tài)，且具有記憶功能遲滯比較器又稱為施密特觸發(fā)器或者雙穩(wěn)態(tài)電路。例3.1.2電路如圖(a)，輸入波形如圖(b)，試畫(huà)出uo1和uo2的波形。R2+-R1uiuo1A1+-A23k10k10k1k5kuo2-12V-12V12V12Vui1.6V-1.6Vt0第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一解：ui1.6V-1.6Vt01、電路組態(tài)分析A1組成反相比例放大器A2組成反相輸入遲滯比較器uo18V-8Vt0UTH=6VUTL=-6Vt0uo2第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一

3.2弛張振蕩器

弛張振蕩器是方波-三角波產(chǎn)生器，對(duì)于方波信號(hào)，其狀態(tài)有時(shí)維持不變，有時(shí)發(fā)生突跳。為區(qū)別正弦振蕩器而稱之為弛張振蕩器。

電路特點(diǎn)：正反饋電路，由兩部分組成：一部分為狀態(tài)記憶電路，一部分為定時(shí)電路，用來(lái)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間。弛張振蕩器框圖第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、單運(yùn)放弛張振蕩器單運(yùn)放將狀態(tài)記憶電路和定時(shí)電路集中在一起，如圖所示R+-uCA1uoUCC-UEE=R1R2CUoHR2+R2R1UoHR2+R2R1UoLR2+R2R1UoHUoLTT/2T1T2uo(t)uc(t)tt2t1uc(t)0單運(yùn)放弛張振蕩器及其波形第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一單運(yùn)放弛張振蕩器特性分析

假定輸出為高電平，且電容出示電壓為uc(0)=0，則電容按指數(shù)規(guī)律充電，并趨向UoH，此時(shí)U+為：

當(dāng)uC上升到該電平值時(shí)，即U-=U+，則輸出狀態(tài)要發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即由高電平跳變到低電平UoL。此時(shí)的U+記為高門(mén)限電壓UTH：比較器參考電壓

由高電平跳變到低電平UoL時(shí)，電容開(kāi)始放電，并反向充電，并趨向UOL，此時(shí)參考電壓為：定義第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一

當(dāng)電容電壓uc(t)下降到UTL時(shí)，輸出從低電平跳變?yōu)楦唠娖健Ｖ芏鴱?fù)始，運(yùn)放輸出為方波，其峰峰值為：

由于RC不是理想的積分器，因此電容電壓uC上近似為三角波，其峰峰值為：

由于電容充放電時(shí)間常數(shù)都為T(mén)=RC，因此T1=T2，占空比為D=T2/T1=50%。分析計(jì)算振蕩頻率f0第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一當(dāng)t=T1時(shí)，發(fā)生轉(zhuǎn)換：其中：

根據(jù)三要素法，電容電壓為：從而振蕩頻率為：第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一

例3.2.1電路如圖，設(shè)C=0.1μF，R=50k，R1=R2=10k，UCC=|UEE|=12V,試求uo(t)和uc(t)的波形幅度和頻率。解：R+-uCA1uoUCC-UEE=R1R2CUoHR2+R2R13)振蕩頻率為：1）uo(t)為方波，其幅值為：2）uc(t)近似為三角波，其幅值為：第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、雙運(yùn)放構(gòu)成的弛張振蕩器雙運(yùn)放方波-三角波振蕩器電路特點(diǎn)：A1構(gòu)成同相輸入的遲滯比較器，A2為理想積分器理想積分器保證電容恒流充放電，因而三角波線性很好。電路工作原理：A1

輸出為方波，該方波通過(guò)電阻R給電容C恒流充放電，形成線性度很好的三角波，三角波又去控制遲滯比較器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，周而復(fù)始形成振蕩。第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一雙運(yùn)放方波–三角波振蕩器的輸出波形Uo2mU’o2mUo2mU’o2m第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一uo2為三角波，當(dāng)uo1為高電平時(shí)，C充電電流為ic=αUoH/R，uo2隨時(shí)間線性下降。A1反相端接地，當(dāng)U+過(guò)零時(shí)，A1輸出狀態(tài)發(fā)生變化，a)uo1的幅度1）uo1和uo2的幅度計(jì)算故第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一

當(dāng)uo1為低電平時(shí)，C反充電，充電電流為ic=αUoH/R，uo2隨時(shí)間線性上升。當(dāng)U+再次過(guò)零時(shí)，有：b）uo2的幅度故因此當(dāng)R1>R2時(shí)，三角波的幅度將超過(guò)方波的幅度。第二十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一在T1時(shí)間間隔內(nèi)，電容C的電壓增量為：2）頻率fo的計(jì)算結(jié)論：通過(guò)改變分壓比可以改變恒流充放電電流，從而可以微調(diào)振蕩頻率。第二十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一

3.3