第八章、波形的发生和信号的转换

(7-1)第8章波形的发生和信号的转换(7-2)8.1电压比较器1.电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。2.比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于开环状态或引入正反馈。3.分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。8.1.1概述4.比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在测量、控制、D/A和A/D转换电路中应用广泛。(7-3)1.运放工作在非线性区的判定：运放工作在非线性区的基本分析方法2.运放工作在非线性区的分析方法：开环或引入正反馈。若uP＞uN则uO=+UOM若uP＜uN则uO=-UOM虚断不虚短！(7-4)8.1.2单限比较器一、过零比较器由于理想运放的开环差模增益为无穷大，所以当uI0时，uO=+UOM；当uI0时，uO=-UOM；过零比较器的传输特性为：uIuO+UOM-UOMOUOM为集成运放的最大输出电压。阈值电压：当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。(7-5)利用稳压管限幅的过零比较器传输特性uIuO+UOpp-UOppO+UZ-UZ问题：如将输入信号加在“+”端，传输特性如何？(7-6)问题：过零比较器如图所示，输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？vIOT234ttvOVOHOVOL传输特性uIuO+UOpp-UOppO+UZ-UZ将正弦波变为矩形波(7-7)二、单限比较器uOuI0+UOM-UOMUREFUREF为参考电压运放处于开环状态与参考电压比较UREFuIuO–+AUREFuIuO+–AuOuI0UREF+UOM-UOM阈值电压(7-8)存在干扰时单限比较器的uI、uO波形单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。缺点：抗干扰能力差。解决办法：采用具有滞回传输特性的比较器。(7-9)电压传输特性分析法确定输出低电平UOL和输出高电平UOH。写出UP和UN的表达式，令UP＝UN，解得的UI即为阈值电压UT。根据UI位于集成运放哪个输入端，判断跃变方向。(7-10)特点：单限比较器+正反馈支路①因为有正反馈，所以输出饱和。②ZOUuZURRR211PNuu令PuZTURRRU2118.1.3滞回比较器(7-11)uI,当uI=-UT,uO从-UZ+UZ这时,uO=-UZ,UP=-UT设初始值:uO=+UZ,UP=+UTuI,当uI=+UT,uO从+UZ-UZuI0+UZ-UZ+UT-UT③判断跃变方向uO(7-12)uI0+UZ-UZ+UT-UTuO+UT上门限电压-UT下门限电压二者之差称为回差Z211URRR+UTZ211URRR---UT电压传输特性(7-13)tuI+UT-UTtuOUZ-UZ例:设输入为正弦波,画出输出的波形。uI0+UZ-UZ+UT-UTuO(7-14)ZREFURRRURRRU2112122TZREFURRRURRRU2112121T-加上参考电压后的滞回比较器：传输特性uOuI0+UZ-UZZREFPURRRURRRu211212PNuu令求阈值电压：UT2UT1设初始uO=+UZ(7-15)3V8VuiuO+UZ-UZ设初始uO=+UZ=6V(7-16)8.1.4窗口比较器①当uIURH,uO1=+UOM,uO2=-UOM,D1导通,D2截止,uO=+UZ②当uIURL,uO1=-UOM,uO2=+UOM,D2导通,D1截止,uO=+UZ③当URLuIURH,uO1=-UOM,uO2=-UOM,D1,D2均截止,uO=0(7-17)OtOtucuoZUZU-OtOtucuoZUZU-R3CR1R4R2UZuoA21Z1RRUR0CuZOUu21Z1RRURuPCNuuCRτ3充CPuu21Z1RRURuP-ZOUu-ZTURRRU2118.2非正弦波发生电路----矩形波(7-18)ZOUu-CPuu21321ln2RRCRTR3CR1R4R2UZuoAOtOtucuoZUZU-OtOtucuoZUZU-21Z1RRUR21Z1RRUR-OtOtucuoZUZU-OtOtucuoZUZU-21Z1RRURuP-CNuuZOUu21Z1RRURuPCPuuCRτ3放(7-19)思考题：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。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abc(7-20)反向积分电路方波发生器电路一：方波发生器矩形波积分电路三角波－++RR1R2C+uc-++RR2Cuo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。三角波发生器(7-21)-tuRCuood11－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo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。0uo1tUom-Uom(7-22)电路二：电路一的改型－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R1反向积分电路迟滞比较器特点：由迟滞比较器和反相积分器级联构成，迟滞比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为迟滞比较器的输入。(7-23)－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL迟滞比较器回顾:omHURRU21omLURRU21-上下门限电压：(7-24)回顾:反相积分器-dtuRCuio1ui-++RR2Cuoui=-Uui=+Utuo0+Uom-Uom(7-25)omHURRU21omLURRU21-－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R100uo1t＋UOM－UOMuotUHUL-dtuRCuoo11(7-26)tuoT1T2-－++R2R1++R´R2CuoR+–T1时间段，电容C通过R´放电T2时间段，电容C通过R充电充放电的时间T1、T2可通过R、R'调整。当R'=0时，则为锯齿波发生器。电路三：是电路二的改进电路uo1被嵌位于±Uz(7-27)uot-－++R2R1++R4CuoR+–R3改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数，使放电的时间常数为0，即把三角波发生器转换成了锯齿波发生器。couu-uct锯齿波发生器