开关式稳压电路

1、1第第七七章章7.5开关式稳压电路开关式稳压电路7.5.1概述概述功率半导体作为开关元件，通过周期性通断，控制开关元件的占空比调整功率半导体作为开关元件，通过周期性通断，控制开关元件的占空比调整输出电压。输出电压。DC/DC变换器是开关电源核心，完成功率转换，还包括启动变换器是开关电源核心，完成功率转换，还包括启动电路，滤波器，过流或过压保护电路等组成，电路，滤波器，过流或过压保护电路等组成，R1和和R2为取样电路，检测为取样电路，检测输出输出Uo变化，与基准电压变化，与基准电压Uref比较，进行误差放大，比较，进行误差放大，PWM(脉宽调制），脉宽调制），进一步通过驱动器控制功率开关器件的通

2、断时间占空比进一步通过驱动器控制功率开关器件的通断时间占空比（=Ton/T），从），从而调整输出电压的大小（而调整输出电压的大小（Uo=UI）。）。图图 7.18 7.18开关稳压电源的组成框图开关稳压电源的组成框图一、基本构成一、基本构成一次整流一次整流滤波滤波AC220VUI变换器变换器二次整流二次整流 平滑平滑DC/DC变换器Uo驱动器驱动器PWM比较放大比较放大R1R2取样电阻控制电路Uref2第第七七章章功率半导体作为开关元件，通过周期性通断，控制开关元件的占空比调整功率半导体作为开关元件，通过周期性通断，控制开关元件的占空比调整输出电压。输出电压。DC/DC变换器是开关电源核心，完

3、成功率转换，还包括启动变换器是开关电源核心，完成功率转换，还包括启动电路，滤波器，过流或过压保护电路等组成，电路，滤波器，过流或过压保护电路等组成，R1和和R2为取样电路，检测为取样电路，检测输出输出Uo变化，与基准电压变化，与基准电压Uref比较，进行误差放大，比较，进行误差放大，PWM(脉宽调制），脉宽调制），进一步通过驱动器控制功率开关器件的通断时间占空比进一步通过驱动器控制功率开关器件的通断时间占空比（=Ton/T），从），从而调整输出电压的大小（而调整输出电压的大小（Uo=UI）。）。3二、开关稳压电源的特点二、开关稳压电源的特点功耗小，效率高功耗小，效率高 开关稳压电源调整管工作在

4、开关状态，导通时，压开关稳压电源调整管工作在开关状态，导通时，压降接近零，截止时，通过的电流为零，导通到截止或截降接近零，截止时，通过的电流为零，导通到截止或截止到导通，转换速度快，过渡过程短，所以功耗低，因止到导通，转换速度快，过渡过程短，所以功耗低，因此电源效率得到大幅度提高。此电源效率得到大幅度提高。体积小，重量轻。体积小，重量轻。省去工频变压器，所以体积小，重量轻。省去工频变压器，所以体积小，重量轻。稳压范围宽。稳压范围宽。第第七七章章输出电压由占空比调节，受输入电压影响小，稳压范围宽。输出电压由占空比调节，受输入电压影响小，稳压范围宽。安全可靠安全可靠开关稳压电源设有自动保护电路，稳

5、压电路或者负载短路开关稳压电源设有自动保护电路，稳压电路或者负载短路时，自动切换电源，保护功能灵敏可靠。时，自动切换电源，保护功能灵敏可靠。4干扰较大干扰较大开关稳压电源工作在开关状态，开关频率很高，滤波电容的容量可开关稳压电源工作在开关状态，开关频率很高，滤波电容的容量可以以大大减小。大大减小。第第七七章章滤波电容容量小滤波电容容量小开关稳压电源工作在开关状态，交变电压或电流会通过开关调整管，开关稳压电源工作在开关状态，交变电压或电流会通过开关调整管，整流管，高频变压器等，容易产生尖峰干扰和调波干扰。整流管，高频变压器等，容易产生尖峰干扰和调波干扰。二、开关稳压电源的分类二、开关稳压电源的分

6、类按所用开关器件分类按所用开关器件分类功率晶体管，可控硅，功率功率晶体管，可控硅，功率MOSFET（金属氧化层半导体场效应）（金属氧化层半导体场效应）管，管，IGBT（绝缘栅双机晶体管）等。（绝缘栅双机晶体管）等。5第第七七章章 按储能元件和开关功率管的关系按储能元件和开关功率管的关系串联和并联两种方式。串联和并联两种方式。 按开关元器件的激励方式按开关元器件的激励方式自激和它激两种方式。开关管完成开关转换，也参与震荡，是自激自激和它激两种方式。开关管完成开关转换，也参与震荡，是自激式开关电源；它激式开关管仅完成开关转换。式开关电源；它激式开关管仅完成开关转换。按稳压控制方式按稳压控制方式按输

7、出直流电压大小可以分升压式和降压式。按输出直流电压大小可以分升压式和降压式。脉冲宽度调制方式（脉冲宽度调制方式（PWM）：电源输出正比于开关管导通时间）：电源输出正比于开关管导通时间Ton，反比于开关脉冲周期反比于开关脉冲周期T，稳压过程是：通过取样比较，将误差值放大后，稳压过程是：通过取样比较，将误差值放大后制制Ton或者或者T，即改变占空比，控制输出，即改变占空比，控制输出Uon，达到稳压目的；脉冲频率，达到稳压目的；脉冲频率调制方式（调制方式（PFM)：通过反馈控制开关脉冲频率，将输出电压变化取样比：通过反馈控制开关脉冲频率，将输出电压变化取样比较，将误差值放大后控制开关脉冲周期，是输出

8、电压稳定；较，将误差值放大后控制开关脉冲周期，是输出电压稳定；PWM和和PFM混合式。混合式。6第第七七章章按开关管连接方式按开关管连接方式单端式推挽式半桥式全桥式按隔离和耦合方式按隔离和耦合方式变压器耦合光电耦合7一一.基本构成基本构成串联开关电源换能电路如图串联开关电源换能电路如图7.19，VT做开关管，扼流圈做开关管，扼流圈L为储能电感，为储能电感，VD续流二极管，续流二极管，C2起平滑滤波作用起平滑滤波作用。图图 6.1.5第第七七章章7.5.2串联开关电源串联开关电源2开关控制信号送入开关控制信号送入VT基极，基极，VT饱饱和，和，VD截止，电流经截止，电流经L存储磁能并存储磁能并流

9、过负载，图中实线所示。流过负载，图中实线所示。VT截止截止时，时，L中电流不能突变，中电流不能突变，VD导通，导通，L将磁能以电流形式释放，经负载和将磁能以电流形式释放，经负载和VD形成回路，虚线所示。形成回路，虚线所示。C2起滤波起滤波作用，当作用，当L中电流增长或减少时，电中电流增长或减少时，电容存储过剩电荷或补充负载缺少电容存储过剩电荷或补充负载缺少电荷，从而减少荷，从而减少Uo纹波。纹波。8L4970A是意法半导体公司推出的第二代单是意法半导体公司推出的第二代单片开关式稳压器。片开关式稳压器。L4970A原理框图原理框图第第七七章章二二.典型应用典型应用9第第七七章章PWM控制环路，把

10、反馈电压与控制环路，把反馈电压与5.1V基准电压比基准电压比较，较，产生误差电压产生误差电压Vr；再讲；再讲Vr与锯齿波电压与锯齿波电压VJ 比较，获得比较，获得固定频率的调制信号，经驱动级驱动固定频率的调制信号，经驱动级驱动DMOS功率管，最功率管，最后利用由后利用由L,VD,C构成的降压式输出电路，得到稳定输出构成的降压式输出电路，得到稳定输出电压。电压。内部主电路分析：内部主电路分析：限流保护电路限流保护电路，取样电阻和限流比较器组成。当，取样电阻和限流比较器组成。当输出电流超过最大限流值时，限流比较器就输出高电平，输出电流超过最大限流值时，限流比较器就输出高电平，将触发器置将触发器置1

11、，再经过或非门变成低电平，使驱动级和，再经过或非门变成低电平，使驱动级和DMOS功率管截止。仅当内部功率管截止。仅当内部40Khz振荡器的时钟脉冲振荡器的时钟脉冲CL1到来时，才能使触发器置到来时，才能使触发器置0，DMOS重新导通。发生重新导通。发生过载后，保护电路使得芯片保持恒定电流输出，而且降过载后，保护电路使得芯片保持恒定电流输出，而且降低开关频率（低开关频率（200Khz降至降至40Khz），保护芯片。），保护芯片。10L4970A芯片内部主要由基准电压源、锯齿波发生芯片内部主要由基准电压源、锯齿波发生器、器、40kHz振荡器、误差放大器、振荡器、误差放大器、PWM比较器和比较器和P

12、WM锁存器、驱动级、锁存器、驱动级、DMOS开关管、两级或开关管、两级或门构成触发器、或非门、欠过压检测、限流取样门构成触发器、或非门、欠过压检测、限流取样电阻电阻Rs、限流比较器、过热保护、软起动以及掉、限流比较器、过热保护、软起动以及掉电复位等组成，其它的内部电路自己分析。电复位等组成，其它的内部电路自己分析。第第七七章章11第第七七章章L4970A应用电路应用电路12*各针脚接法各针脚接法3脚：复位输入端，接内部复位和掉电电路，此端电压需设定成脚：复位输入端，接内部复位和掉电电路，此端电压需设定成51V，可通过电阻分压器接可通过电阻分压器接Ui或或Uo，监视，监视Ui或或Uo是否掉电。若

13、不用，须经是否掉电。若不用，须经30k电阻电阻接接15脚。脚。 4脚：复位输出端，集电极开路输出，常态下输出呈高电平，当脚：复位输出端，集电极开路输出，常态下输出呈高电平，当Ui 5脚：复位延迟端，外接复位电容脚：复位延迟端，外接复位电容Cd，以决定复位信号的延迟时间。，以决定复位信号的延迟时间。 6脚：自举端，经自举电容脚：自举端，经自举电容Cb接至接至Uo，可提升功率驱动级的电压，增加驱动，可提升功率驱动级的电压，增加驱动DMOS开关功率管的能力，获得大电流输出。开关功率管的能力，获得大电流输出。 7脚：输出端脚：输出端Uo，固定输出，固定输出51V，可调输出时需外接电阻分压器给，可调输出

14、时需外接电阻分压器给11脚。脚。 8脚：公共地脚：公共地GND与小散热器与小散热器连接。连接。 9脚：输入端脚：输入端Ui。 10脚：频率补偿端，外接脚：频率补偿端，外接RC网络，对误差放大网络，对误差放大器进行补偿。器进行补偿。 11脚：反馈输入端，直接接脚：反馈输入端，直接接Uo时输出电压时输出电压Uo为固定为固定51V，如果经分压器时如果经分压器时Uo可获得可获得40V以下的输出电压。以下的输出电压。 12脚：软起动端，外接起脚：软起动端，外接起动电容动电容Cs，以决定软起动时间。，以决定软起动时间。 13脚：同步输入端，用于多片同时使脚：同步输入端，用于多片同时使用。用。 14脚：内部

15、脚：内部51V基准电压输出端。基准电压输出端。 15脚：驱动级起动电路的引出端，脚：驱动级起动电路的引出端，接内部接内部12V基准电压。基准电压。第第七七章章13*输出电压输出电压Uo的确定的确定输出电压为：输出电压为：分析时，注意的是分析时，注意的是R8上端接的是上端接的是11脚，然后看原理脚，然后看原理图，分析这是的压降图，分析这是的压降。第第七七章章）（）（VRRU1 . 51o8714第第七七章章7.5.3并联开关电源并联开关电源一一.基本构成基本构成并联开关电源换能电路如图并联开关电源换能电路如图7.21，储能电感，负载和输入电压是并联储能电感，负载和输入电压是并联的的。VT饱和导通

16、时，饱和导通时，UI给电感给电感L储能，同储能，同时时L自感电动势使自感电动势使VD截止。截止。VT截止时，截止时，L自感使自感电动势极性立即改变，自感使自感电动势极性立即改变，VD导通，导通，L通过通过VD释放能量向释放能量向C2充充电，并同时向负载供电。当电，并同时向负载供电。当VT再次饱再次饱和导通时，和导通时，L储能，储能，VD反向截止，电反向截止，电容容C2向负载供电，负载上获得连续能向负载供电，负载上获得连续能量。既量。既VT导通期间，导通期间，L储能，电容储能，电容C2向负载供电；向负载供电；VT截止时，截止时，L释放能量释放能量对对C2充电，同时向负载供电；充电，同时向负载供电

17、；L，C2同时具备滤波作用，使得输出波形平同时具备滤波作用，使得输出波形平滑。滑。156.1.3LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 一、一、LC 谐振回路的频率特性谐振回路的频率特性当频率变化时，并联电路阻抗当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。的大小和性质都发生变化。并联电路的导纳：并联电路的导纳：当当电路发生电路发生并联谐振并联谐振。 2222)(j)(j1jLRLCLRRLRCY 0)(20200 LRLC 图图 6.1.10第六章第六章16并联谐振角频率并联谐振角频率LCLR11)(1200 令：令：RLQ0 谐振回路的品质因数谐振回路的品质因数当当 Q 1 时时LC10

18、LCf 210谐振频率：谐振频率：第六章第六章17)11(j1)1j(j)1j(j1j)j(1j2LCRLCRLCLRLCLRCLRCZ 回路回路等效阻抗等效阻抗：RCLYZ 001LC 并联回路的阻抗：并联回路的阻抗：发生并联谐振时，发生并联谐振时，LC10 在谐振频率附近，在谐振频率附近，)1(j12200 QZZ可见，可见，Q 值不同，回路的阻抗不同。值不同，回路的阻抗不同。第六章第六章18Z 0 不同不同 Q 值时，值时，LC 并联并联电路的幅频特性：电路的幅频特性：Z01Z02Q1 Q2Q1Q2相频特性：相频特性： 0 F+90- -90Q1Q2Q1 Q2纯阻性纯阻性结论：结论：1.

19、 当当 f = f0 时，电路为纯电阻时，电路为纯电阻性，等效阻抗最大；性，等效阻抗最大； LC 并联电路并联电路具有选频特性。具有选频特性。2. 电路的品质因数电路的品质因数 Q 愈大，愈大，选频特性愈好。选频特性愈好。图图 6.1.11第六章第六章19谐振时谐振时 LC 回路中的电流回路中的电流ULRLUCI20200C)( 电容支路的电流：电容支路的电流：并联回路的输入电流：并联回路的输入电流：ULRRI202)( 所以：所以：IQI C当当 Q 1 时，时，IICIILLCII 结论结论：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大：谐振时，电容支路的电流与电感支路的电流大小近似相等，而谐

20、振回路的输入电流极小。小近似相等，而谐振回路的输入电流极小。第六章第六章20若以若以LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载并联网络作为共射放大电路的集电极负载beurZA当当f = f0时，电压放大倍时，电压放大倍数的数值最大，且无附数的数值最大，且无附加相移。因而电路称为加相移。因而电路称为选频放大电路选频放大电路若增加若增加正反馈正反馈，并用反馈，并用反馈电压取代输入电压，则电电压取代输入电压，则电路就成为正弦波振荡电路路就成为正弦波振荡电路LC 正弦波振荡电路正弦波振荡电路变压器反馈式变压器反馈式电感反馈式电感反馈式电容反馈式电容反馈式第六章第六章选频放大电路选频放大电路21二、变压器

21、反馈式振荡电路二、变压器反馈式振荡电路1.工作原理工作原理用瞬时极性判断为用瞬时极性判断为正反正反馈馈，所以满足振荡的相位平，所以满足振荡的相位平衡条件。衡条件。 - - 2.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件LCf 210振荡频率振荡频率起振条件起振条件MCRr be 图图 6.1.14变压器反馈式变压器反馈式振荡电路振荡电路第六章第六章22三、电感反馈式振荡电路三、电感反馈式振荡电路1.电路组成电路组成用瞬时极性判断用瞬时极性判断为为正反馈正反馈，所以满足，所以满足振荡的相位平衡条件。振荡的相位平衡条件。- - - - -2.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件CMLLLCf)2(212

22、1210 振荡频率振荡频率起振条件起振条件RrMLML be21 图图 6.1.17第六章第六章23四、电容反馈式振荡电路四、电容反馈式振荡电路1.电路组成电路组成用瞬时极性判断用瞬时极性判断为为正反馈正反馈，所以满足，所以满足自激振荡的相位平衡自激振荡的相位平衡条件。条件。2.振荡频率和起振条件振荡频率和起振条件212102121CCCCLLCf 振荡频率振荡频率起振条件起振条件RrCC be12 图图 6.1.20 - - - - - - -第六章第六章24电容反馈式改进型振荡电路电容反馈式改进型振荡电路210111121CCCLf 振荡频率振荡频率选择选择 C C1， C C2，则：则：

23、LCf 210减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于适用于产生高频振荡。产生高频振荡。图图 6.1.22第六章第六章25若要求电容反馈式振荡电路的振荡频率高达若要求电容反馈式振荡电路的振荡频率高达100MHz，怎么办？，怎么办？采用共基放大电路采用共基放大电路如何分析？如何分析？第六章第六章26名称名称变压器反馈式变压器反馈式电感反馈式电感反馈式电容反馈式电容反馈式电容反馈式改进型电容反馈式改进型电电路路形形式式振荡频率振荡频率起振条件起振条件同左同左频率调节方频率调节方法及范围法及范围频率可调，范围频率可调，范围较宽。较宽。同左同左频率可调，范频率

24、可调，范围较小。围较小。同左同左振荡波形振荡波形一般一般较差较差好好好好频率稳定度频率稳定度可达可达 10-4同左同左可达可达 10-4 10-5可达可达 10-5适用频率适用频率几千赫几千赫 几十兆几十兆赫赫同左同左几兆赫几兆赫 一百一百兆赫兆赫同左同左各种各种 LC 振荡电路的比较振荡电路的比较LC210 fCM2LL21f210)( 21210CCCCL21f 210C1C1C11L21f MCRr beRrMLML21 ebRrCC12 eb276.1.4石英晶体振荡器石英晶体振荡器 石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有非常石英晶体谐振器，简称石英晶体，具有非常稳定的固有频率。稳定的固有

25、频率。一、一、石英晶体的特点石英晶体的特点压电效应压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的生机械变形；若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的方向上会产生一定的电场。方向上会产生一定的电场。压电谐振压电谐振：晶片上外加交变电压的频率为某一特定：晶片上外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅突然增加。频率时，振幅突然增加。1.压电效应和压电振荡压电效应和压电振荡第六章第六章282.等效电路和振荡频率等效电路和振荡频率符号：符号：串联谐振频率串联谐振频率LCf 21s并联谐振频率并联谐振频率0s00p121CCfC

26、CCCLf 电抗频率特性电抗频率特性OfXfsfp容性容性容性容性感性感性图图 6.1.27图图 6.1.28第六章第六章29二、石英晶体正弦波振荡电路二、石英晶体正弦波振荡电路1.并联型石英晶体正弦波振荡电路并联型石英晶体正弦波振荡电路交流等效电路交流等效电路振荡频率振荡频率pfCCCCCCLf000)(21 2121CCCCC 由于由于CCC 0s021fLCf 图图 6.1.29第六章第六章302.串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路图图 6.1.30串联型石英晶串联型石英晶体振荡电路体振荡电路当振荡频率等于当振荡频率等于 fS 时，时，晶体阻抗最小，且为纯电晶体阻抗最小，且为纯

27、电阻，此时正反馈最强，相阻，此时正反馈最强，相移为零，电路满足自激振移为零，电路满足自激振荡条件。荡条件。振荡频率振荡频率s0ff 调节调节 R 可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。可改变反馈的强弱，以获得良好的正弦波。第六章第六章316.2电压比较器电压比较器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 压 进 行 比 较 ， 输 出 只 有 两 种 可 能 的 状 态 ： 高电平或低电平。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；处于比较器中的集成运放一般

28、工作在非线性区；处于开环状态或引入正反馈。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。分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。6.2.1概述概述4.比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在 测量、控制、测量、控制、D/A和和A/D转换电路中应用广泛。转换电路中应用广泛。第六章第六章32一、一、 电压比较器的传输特性电压比较器的传输特性1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系)(OIufu2.阈值电压阈值电压： UT当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所当比较器的

29、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。对应的输入电压。3.电压传输特性的三要素电压传输特性的三要素(1)输出电压的高电平输出电压的高电平UOH和低电平和低电平UOL的数值。的数值。(2)阈值电压的数值阈值电压的数值UT。(3)当当uI变化且经过变化且经过UT时，时， uO跃变的方向。跃变的方向。第六章第六章33二、理想运放的非线性工作区二、理想运放的非线性工作区+UOMuOuP uN NO UOM集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性在电压比较器中，集成运放不是工作在开环在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是工作在正反馈。状态，就是工作在正反馈。第六章第六章346

30、.2.2单门限比较器单门限比较器一、过零比较器一、过零比较器由于理想运放的开环差模由于理想运放的开环差模增益为无穷大，所以增益为无穷大，所以当当 uI 0 时，时，uO = - - UOM ；过零比较器的过零比较器的传输特性传输特性为：为：uIuO+UOM- -UOMOUOM 为集成运放的最大输出电压。为集成运放的最大输出电压。阈值电压阈值电压：当比较器的输出电压由一种状态跳变为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。另一种状态所对应的输入电压。图图6.2.3第六章第六章35利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器设任何一个稳压管被反向设任何一个稳压管被反向击

31、穿时，两个稳压管两端总的击穿时，两个稳压管两端总的的稳定电压为的稳定电压为 UZ UOMuIuO+UOM - -UOMO+UZ- -UZ当当 uI 0 时，右边的稳压管时，右边的稳压管被反向击穿，被反向击穿，uO = - - UZ ；图图 6.2.6第六章第六章36利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器(二二)电路图电路图传输特性传输特性uIuO+UOM - -UOMO+UZ- -UZ问题：如将输入信号加在问题：如将输入信号加在“+”端，传输特性如何？端，传输特性如何？第六章第六章37问题：问题：过零比较器如图所示，过零比较器如图所示，输入为正负对称的正弦波时，输入为正负对称的正

32、弦波时，输出波形是怎样的？输出波形是怎样的？vIOT 2 3 4 ttvOVOHOVOL传输特性传输特性uIuO+UOM - -UOMO+UZ- -UZ将正弦波变为矩形波将正弦波变为矩形波第六章第六章38二、单门限比较器二、单门限比较器单限比较器有一个门限单限比较器有一个门限电平，当输入电压等于此门电平，当输入电压等于此门限电平时，输出端的状态立限电平时，输出端的状态立即发生跳变。即发生跳变。当输入电压当输入电压 uI 变化，使反相变化，使反相输入端的电位为零时，输出端的输入端的电位为零时，输出端的状态将发生跳变，门限电平为：状态将发生跳变，门限电平为：uIuO+UOM- -UOMO+UZ-

33、-UZREF12URR过零比较器是门限电平为零过零比较器是门限电平为零的单限比较器。的单限比较器。图图 6.2.7R1R2第六章第六章REF21TURRuUIREF12URR39存在干扰时单限比较器的存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形波形单限比较器的单限比较器的作用作用：检测输入的模拟信号是否达到：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。某一给定电平。缺点缺点：抗干扰能力差。：抗干扰能力差。解决办法解决办法：采用具有采用具有滞回滞回 传输特传输特性的比较器。性的比较器。第六章第六章40电压比较器分析方法小结电压比较器分析方法小结（1）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平）由限幅电路确定电

34、压比较器的输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL 。（2）写出）写出up和和uN的电位表达式，令的电位表达式，令up=uN ，解得输，解得输入电压就是阈值电压入电压就是阈值电压UT。（3） u0在在uI 过过UT时的跃变方向决定于作用于集成运放的哪时的跃变方向决定于作用于集成运放的哪 个输入端。个输入端。当当uI从反向输入端输入时，从反向输入端输入时，uIUT ,u0=U0L 。反之，结论相反。反之，结论相反。第六章第六章41例例6.2.1在图在图6.2.6所示电路中，所示电路中，UZ=6V ，在图在图6.2.7中中所示电路中，所示电路中， R1= R2 =5k ，基准电压，基准电压U

35、REF=2V ，稳压，稳压管的稳定电压管的稳定电压UZ=5V ；它们的输入电压均为图；它们的输入电压均为图6.2.8（a）所示的三角波。试画出图所示的三角波。试画出图6.2.6所示电路的输出电压所示电路的输出电压u01和和图图6.2.7所示电路的输出电压所示电路的输出电压u02 解解图图6.2.8例例6.2.1波形图波形图第六章第六章图图8.2.6为过零比较器为过零比较器图图6.2.7为一般单限比较器。为一般单限比较器。VURRU2REF21TREF21TURRuUIREF12URR426.2.3滞回比较器滞回比较器一、从反相输入端输入的滞回比较器电路一、从反相输入端输入的滞回比较器电路计算阈

36、值电压计算阈值电压UTZ211TURRRU电压传输特性电压传输特性uo从从+ +UZ跃变到跃变到- -UZ的的 阈值电压为阈值电压为+UTuo从从- -UZ跃变到跃变到+ +UZ的的 阈值电压为阈值电压为-UTuI在在-UT与与+UT之间增加或减小之间增加或减小, uO不发生变化不发生变化第六章第六章43UREF 为参考电压；为参考电压； uI 为输入电压；输出电为输入电压；输出电压压 uO 为为 +UZ 或或 - -UZ。当当 uP = uN N 时，输出电压时，输出电压的状态发生跳变。的状态发生跳变。ZFREFFFuRRRURRRu222P 比较器有两个不同的门限电平，比较器有两个不同的门

37、限电平，故传输特性呈滞回形状。故传输特性呈滞回形状。 +UZuIuO - -UZOUT- -UT+ +图图 6.2.10滞回比较器滞回比较器二、加了参考电压的二、加了参考电压的滞回比较器滞回比较器第六章第六章44若若 uO= UZ ，当，当 uI 逐渐减小逐渐减小时，使时，使 uO 由由 UZ 跳跳变为变为 UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT ZF22REFF2FTURRRURRRU 回差回差( (门限宽度门限宽度) ) UT ：ZF22TTT2URRRUUU 若若 uO = UZ ，当，当 uI 逐渐增大逐渐增大时，使时，使 uO 由由 + +UZ 跳变跳变为为 - -UZ 所需的门限

38、电平所需的门限电平 UT+ZF22REFF2FTURRRURRRU 第六章第六章45例例6.2.2已知输入波形和电压传输特性，分析输出电压的波形。已知输入波形和电压传输特性，分析输出电压的波形。图图6.2.11例例6.2.2波形图波形图uO /Vt0+9-9+9uIuO - -9O-3+3第六章第六章图图6.2.9滞回比较器滞回比较器466.2.4 窗口比较器窗口比较器参考电压参考电压 UREF1 UREF2若若 uI 低于低于 UREF2 ，运放，运放 A1 输出低电平，输出低电平，A2 输出高电平，二输出高电平，二极管极管 VD1 截止，截止，VD2导通，输出导通，输出电压电压 uO 为高

39、电平；为高电平；若若 uI 高于高于 UREF1 ，运放，运放 A1 输出高电平，输出高电平，A2 输出低电平，输出低电平，二极管二极管 VD2 截止，截止，VD1 导通，输出电压导通，输出电压 uO 为高电平；为高电平；图图 6.2.13双限比较器双限比较器( (a) )前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。第六章第六章47当当 uI 高于高于 UREF2 而低于而低于 UREF1 时时 ，运放，运放 A1、 A2 均输出均输出低电

40、平，二极管低电平，二极管 VD1 、VD2 均均截止，输出电压截止，输出电压 uO 为低电平；为低电平；上门限电平上门限电平 URH = UREF1 下门限电平下门限电平 URL = UREF2uIuOOUREF1UREF2综上所述，双限比较器在输入信号综上所述，双限比较器在输入信号 uI UREF1 时，输出为高电平；而当时，输出为高电平；而当 UREF2 uI UREF1 时，输时，输出为低电平。出为低电平。图图 6.2.13( (b) )第六章第六章486.2.5集成电压比较器集成电压比较器一、集成电压比较器的主要特点和分类：一、集成电压比较器的主要特点和分类：1. 具有较高的开环差模增

41、益；具有较高的开环差模增益；2. 具有较快的响应速度；具有较快的响应速度；3. 具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；4. 具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。分类：分类：单、双和四电压比较单、双和四电压比较通用型、高速型、低电压型和高精度型通用型、高速型、低电压型和高精度型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型第六章第六章49二、集成电压比较器的基本接法二、集成电压比较器的基本接法1.通用型集成电压比较器通用型集成电压比较器AD790第六章第六章引脚

42、图引脚图+12V单单电源供电源供电，逻电，逻辑电源辑电源为为5V。5V双电双电源供电，源供电，逻辑电源逻辑电源为为5V。1 15V双双电源供电，电源供电，逻辑电源逻辑电源为为5V。502.集电极开路集成电压比较器集电极开路集成电压比较器LM119金属封装的管脚图金属封装的管脚图电路为双限比较器，电路为双限比较器，能实现线与功能能实现线与功能图图6.2.16由由LM119构成的双限比较器及构成的双限比较器及其电压传输特性其电压传输特性第六章第六章516.3非正弦波发生电路非正弦波发生电路非正弦波非正弦波：矩形波、三角波、尖顶波和阶梯波等矩形波、三角波、尖顶波和阶梯波等图图6.3.1几种常见的非正

43、弦波几种常见的非正弦波第六章第六章526.3.1矩形波发生电路矩形波发生电路一、电路组成一、电路组成RC 充放电充放电回路回路滞回滞回比较器比较器图图 6.3.2滞回比较器：集成运放、滞回比较器：集成运放、R1、R2；充放电回路：充放电回路：R、C；（延迟环节、反馈网络）（延迟环节、反馈网络）钳位电路：钳位电路：VDZ、R3。（稳幅环节）（稳幅环节）第六章第六章53二、工作原理二、工作原理设设 t = 0 时，时，uC = = 0，uO = + UZ则则Z211URRRu tOuCZ211URRR Z211URRR OuOZU ZU tu+u 当当 u = uC = u+ 时，时，t1t2Z2

44、11URRRu 则则当当 u = uC = u+ 时，输出又时，输出又一次跳变，一次跳变， uO = + UZ输出跳变，输出跳变， uO = UZ图图 6.3.42T2T第六章第六章54三、振荡周期三、振荡周期电容的充放电规律：电容的充放电规律： )(e)()0()( CtCCCuuutu 对于放电，对于放电，Z211) 0(URRRuC Z)(UuC RC 解得：解得：)21ln(221RRRCT 结论：改变充放电回路的结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。t1t22T2TtOuCZ211URRR Z211URRR

45、OuOZU ZU tt3图图 6.3.4振荡频率振荡频率f=1/TZ211)2(URRRTuC第六章第六章55四、占空比可调的矩形波发生电路四、占空比可调的矩形波发生电路图图 6.3.5a使电容的充、放电时间常数不使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。占空比可调。tOuCuOtOT1T2T充电时间充电时间 T1放电时间放电时间 T2)21ln()(221W1RRCRRT )21ln()(221W2RRCRRT 占空比占空比 DWW12RRRRTTD 图图 6.3.5b第六章第六章566.5.2三角波发生电路三角波发生电路一、电路组成一

46、、电路组成图图6.3.6采用波形变换的方法得到三角波采用波形变换的方法得到三角波uO1为方波为方波电路分析电路分析uO2为三角波为三角波)()( )(d1OO01IOOIOtuttRCUtutuRCu第六章第六章57二、工作原理二、工作原理当当 u+ = u = 0 时，滞回比较时，滞回比较器的输出发生跳变。器的输出发生跳变。图图 6.3.8o2121o211uRRRuRRRu实用电路实用电路Z21TURRU阈值电压左边是同相输入滞回比较器左边是同相输入滞回比较器右边为反向积分运算电路右边为反向积分运算电路图图 6.3.7R3R4传输特性传输特性 +UT -UT +UZ -UZuOuI第六章第六章58二、工作原理二、工作原理OuO1ZU ZU tOuOomU omU t当当 u+ = u = 0 时，滞回比较时，滞回比较器的输出发生跳变。器的输出发生跳变。图图 6.3.9o212