非线性运算电路 (2)精选文档.ppt

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1、非线性运算电路(2)本讲稿第一页，共四十九页10.5 电压比较器电压比较器的功能是比较两个输入电压值的大小，比较结果以输出两个不同数值的恒定电压表示。用集成运放构成比较器时，运放通常是开环或正反馈连接方式，工作在饱和区，虚断成立，但虚短不成立。10.5.1 单限比较器 单限电压比较器如图10.5.1(a)所示。图中 vI从反相端输入，称为反相单限电压比较器，简称为反相比较器。VR是参考电压，输出电压 vO表示 vI与VR的比较结果。vIvOVRA(a)电路vpvn本讲稿第三十一页，共四十九页vIvOVRA(a)电路vpvn注意运放输入端开路，同相端电位 vp与反相端电位 vn具有较大差值。vO

2、vI(c)同相传输特性VOHVOLoVT=VR传输特性如图10.5.1(c)所示。阈值电压或门限电压VT：使输出发生跳变的输入电压值阈值电压或门限电压VT：当VR=0时，VT=0，输出电压在输入电压过零时跳变，所以称为过零比较器。本讲稿第三十二页，共四十九页 3.输出电压跳变方向：判断输入电压上升越过阈值电压时输出电压的跳变方向，即可确定传输特性。输入电压接入运放的同相端，则输入电压上升越过阈值电压VT时，输出电压产生正跳变（同相比较器）。输入电压接入运放的反相端，则输入电压上升越过阈值电压VT时，输出电压产生负跳变（反相比较器）。vOvI同相传输特性VOHVOLoVT=VRvOvI反相传输特

3、性VOHVOLoVT=VR本讲稿第三十三页，共四十九页集成：图10.5.3反相 过 零比 较 器vIvOARD1D2 当 vI0时，运放输出电压上升至Von+VZ1时，D2正向导通、D1击穿稳压，引入负反馈，输出电压为Von+VZ1，运放不能进入正饱和；反相过零比较器 如图10.5.3所示，图中增加了稳压二极管D1和D2组成的限幅电路。在稳压管的稳定电压满足Von+VZ1VOsat+和Von+VZ20时，运放输出电压下降至-(Von+VZ2)时，D1正向导通、D2击穿稳压，引入负反馈，输出电压为-(Von+VZ2)，运放不能进入负饱和。即本讲稿第三十四页，共四十九页 输入为正负对称的正弦波时，

4、输出为方波。电压传输特性过零比较器应用：波形变换同相vOvIVOHVOLo本讲稿第三十五页，共四十九页解：补充：图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其门限电压(阈值电压)VT，画出其电压传输特性。设运放输出的高、低电平分别为 VOH和 VOL。利用叠加原理可得因为 vP vN0，即门限电压门限电压(阈值电压)VT：使输出发生跳变的输入电压值。同相VT本讲稿第三十六页，共四十九页10.5.2 集成电压比较器（略）T1、T2、T3和T4组成复合共射极差分放大电路，T5和T6是有源负载，I1是差放的电流源；由于T1和T4的静态电流仅为10A，它们的输入电阻rbe可达100k以上，使整个电路的输

5、入电阻很大，输入电流近似为零（虚断）。T3和电流源I2是共射极放大电路。T8和外接上拉电阻R组成反相器，T8工作在开关状态，即饱和导通或者截止。LM193/293/393的电源电压范围宽，（VCC-VSS）在236V之间。电源电压不影响2个电流源的电流大小，工作稳定。VSS通常接地，也可以接负电源。LM193/293/393的响应时间可达0.3S。为了提高比较器的响应速度，可采用专用的集成电压比较器。图10.5.5是集成电压比较器LM193/293/393的电路原理图、管脚图和连接成反相电压比较器。图10.5.5 集成电压比较器LM193/293/393 电路原理图、管脚图和反相电压比较器VS

6、SvIvOVRIN+IN-VSSVCCLM393R 10kVSST2T1T5T3T6T4T7T8D3D1D4D2I1I2 T1、T2、T3和T4组成复合共射极差分放大电路，T5和T6是有源负载，I1是差放的电流源；本讲稿第三十七页，共四十九页单门限比较器的抗干扰能力若应为高电平错误电平简单电压比较器是当输入信号达到某一给定基准电平时，立即翻转，用来检测未知电压，具有较高的灵敏度。但是它易受漂移、噪声及干扰的影响，造成误动作。抗干扰能力较差本讲稿第四十二页，共四十九页10.5.3 迟滞比较器(也称为双门限比较器)在迟滞比较器中，运放引入正反馈。输出电压将影响阈值电压，使输入电压上升和下降过程的阈

7、值电压不同，传输特性形成滞环状(a)反相迟滞比较器的传输特性箭头表示输出跳变方向 上限阈值电压和下限阈值电压的平均值定义为中心电压V0。如果中心电压为0，则是过零迟滞比较器。本讲稿第四十三页，共四十九页1反相迟滞比较器正反馈（1）输出高电平VOH和输出低电平VOL在运放输出正饱电压VOsat+时，稳压管DZ被击穿稳压，电阻R3限流保护DZ，输出高电平：在运放输出负饱电压VOsat-时，稳压管DZ被击穿稳压，电阻R3限流保护DZ，输出低电平（2）阈值电压VT+和VT-使 vn=vp的输入电压即是阈值电压VT，即上限阈值电压:下限阈值电压:回差电压VT:本讲稿第四十四页，共四十九页中心电压是上限阈

8、值电压和下限阈值电压的平均值(a)反相迟滞比较器的传输特性本讲稿第四十五页，共四十九页2同相迟滞比较器（1）输出高电平VOH和输出低电平VOL（2）阈值电压VT+和VT-使 vn=vp的输入电压既是阈值电压VT，即上限阈值电压:下限阈值电压回差电压VT为中心电压为本讲稿第四十六页，共四十九页补 充 题（10 分）电 路如 图2 所示。设 运放A 的 电 源 电压为+15V 和-15V，稳压 管是硅管，试 画出 该电 路的 传输 特性。解：vIvo本讲稿第四十七页，共四十九页10.5.4 窗口比较器 当输入电压单方向变化时，单限比较器和迟滞比较器的输出只能跳变一次。因此只能判断输入电压大于或小于

9、某一参考电平。如果希望检测输入电压是否在两个规定电平之间，就应采用窗口比较器。1当 vI VRL VRH时，vO1=VOL，vO2=VOH，D1截止，D2导通，输出高电平，即 vO=VOH。2当 VRL vI VRH时，vO1=VOL0，vO2=VOL0，D1和D2均截止，输出电压为零，即 vO=0。3当 vI VRH时，vO1=VOH，vO2=VOL，D1导通，D2截止，输出高电平，即 vO=VOH。当输入电压在两个规定电平之间时，输出为低电平；当输入电压为其他值时，输出电压为高电平。本讲稿第四十八页，共四十九页作业：10.11 10.12 10.14补 充 题（10 分）电 路如 图2 所示。设 运放A 的 电 源 电压为+15V 和-15V，稳压 管是硅管，试 画出 该电 路的 传输 特性。vIvo本讲稿第四十九页，共四十九页