24第8章 波形发生与信号转换--电压比较器

模拟电子技术基础北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院主讲：赵建辉第八章波形的发生与信号转换(2.电压比较器)8.1正弦波振荡电路8.2电压比较器8.3非正弦波发生电路8.4利用集成运放实现波形转换8.5锁相环及其应用(X)第8章波形发生与转换本节课内容8.2电压比较器重点：工作原理及典型应用难点：1.电压比较与运算放大的区别2.滞回比较电路*3.比较器的典型应用(分析与设计)本节重点难点问题提出1.什么是比较器?(二值化)2.有何作用?(模拟---数字转换)3.比较器与放大的本质区别？4.为何要引入滞回比较(波形转换基础)?5.比较电路的分析方法(阈值及阈值点转换关系)?6.比较器的典型应用(那些类型)?8.2.1概述比较与放大电路的区别联系:电压比较:实现信号的二值化(非线性)运算放大:实现信号的比例关系(线性:叠加原理)电压比较:对两个(多个)模拟信号进行比较,并输出高/低两种电压作为比较结果(二值化)。相当于集成运放工作在非线形区。应用及分析方法均不同!一、电压比较器的电压传输特性比较器三要素：（1）输出电平（UOH和UOL）（2）阈值电压：UT(UThreshHold)（3）阈值点输出变化方向：(UOH-UOL还是UOL-UOH)电压比较器uo数字量模拟量ui参考值uRA－＋∞二、集成运放的非线性工作区引入正反馈+-AuoiINuPuNPiPuDuP-uNuom0-uomuo+-AuoiINuPuN反馈网络PiPuD开环工作比较器（非线性）特点：（1）开环或正反馈（2）“虚断”不“虚短”（3）输入电阻很大（4）输出电阻很小三、比较器种类比较器分类、特点及应用：（模/数转换/二值化）单限比较：单门限，单跳变。如开关控制滞回比较：双门限，单跳变。抗干扰窗口比较：双门限，双跳变。如“窗口”检测单限比较uouIUOHUOL0UTuouIUOHUOL0UT2UT1uouIUOHUOL0UT1UT2滞回比较窗口比较8.2.2单限比较器一、过零比较器(过零点)输入保护输出限幅+-AuIuOuouI+UOM0-UOM+-AuIuORDz+-AuIuORD1D2RZU输入保护输出限幅tuiuotUZ-UZ输出限幅原理（非线性）–+AuoR1RFuiDZR+运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件——稳压二极管。R：限流电阻。一般取100。DZ双向稳压管另一种形式的限幅器：双向稳压管并联于负反馈回路上–+AuoR1RFuiDZ+当时，ZiFUuRR1ZoZoUuUu或当时，双向稳压管不通（断开），运放工作在线性状态。ZiFUuRR1iFouRRu1uoui0+UZ+UZ传输特性REFIURRRURRRu212211二、一般单限比较器+-AuIuOuREFR1R2Ru'OuouI+UZ0-UZUT参考电压输入电压0uu令：REFTURRU12ZoHoTIUUUUu,ZoLoTIUUUUu,分析方法：1.确定UOH/UOL2.确定UT（U+=U-）3.确定UO变化方向考虑：参考电压和输入电压分别接正负输入端接法。例：8.2.1:UZ=+/-6V,已知输入，求输出波形三角波--占空比为50%的双极性方波。Uo/V+-AuIuOZUuouI06V-6Vt0t06-6UI/V5-5VURRUREFT212例：8.2.1:UZ=+/-5V,R1=R2=5K,UREF=2V,已知输入波形，求输出波形.三角波--占空比为20%的双极性方波。+-AuIuOuREFR1R2Ru'OUo/Vt+UZ0t05-5UI/V5-5-2uouI05V-5V-2VUT0uuZURRRu2118.2.3滞回比较器+-AuIuOR2RR1DZZUuouIUOHUOL0UT2UT1滞回比较器（单限比较引入正反馈）uuZTURRRU2121阈值点：UT1:(UI0)阈值点：UT2:(UI0)uI从右至左：上跳变uI从左至右：不跳变。uI从左至右：下跳变uI从右至左：不跳变。是否跳变决定于变化方向滞回特性ZTURRRU2122迟滞比较器抗干扰模型示意uiuoUOHUOLUT－UT＋12tuouIUOHUOL0UT2UT1ZREFURRRURRRu211212uuZREFTURRRURRRU2112121门限偏移的滞回比较器+-AuIuOR2RR1DZZUUREFuouIUOHUOL0UT2UT1ZREFTURRRURRRU2112121例：R1=10k，R2=20k，UOM=12V，UREF=9V,输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。uoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit0V10212211RomoHURRRURRRUV2212211RomoLURRRURRRU+-AuIuOR2RR1DZZUUREF+UOM-UOM根据传输特性画输出波形图。uoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002V+-AuIuOR2RR1DZZUUREF0211212uuRRRuRRRuoI+-AuIuOR2RR1DZZU例8.2.3:设计一个电压比较器，传输特性如图所示。解:根据传输特性，输入作用于同相端，无偏移门限。电路如图所示。Uo/VuI/V603-3-6VRRURRUZT362121VUZ6122RR8.2.4窗口比较器（双限比较器）+-AuIR1+-AUTHuOUTLuO1uO2DZR2工作原理:（1）D1/D2的作用(或)。（2）窗口方式选择。（3）DZ限幅作用。问题:如果要求传输特性反相，如何解决？为何一般运放/比较器没有“线与”功能？uouIUOH0UTHUTLUOL8.2.5集成电压比较器内容电压比较器集成运放开环增益：失调电压：共模抑制：响应速度：传输延迟：小大小快小大小大慢大追求目的不同，不可混用。常用芯片（LM119/319）电压比较器总结：1.比较器（运放）工作在非线性区域，快速通过线性区通过开环/正反馈实现）。2.通过电压传输特性描述，而非放大倍数Au。3.电压传输特性的三要素：输出电平UOH,UOL阈值电压（门限电压）UT阈值点处的跳变方向tuiuot过零附近经过放大区作业P:4658.15--8.18