模拟电子线路大连理工第九章

1、 第九章信号处理与信号产生电路9.1 基本线性运放电路 9.2 同相输入和反相输入放大电路的其他应用9.3 模拟乘法器及应用9.4 有源滤波电路9.5 正弦波振荡电路的振荡条件9.6 RC正弦波振荡电路9.7 LC正弦波振荡电路9.8 非正弦信号产生电路第九章第九章 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路据虚断: I i 0，则Ii If ; 且V+0 9.1 基本线性运放电路9.1.1反相放大电路 虚地据虚短， V- V+ 0电压增益:1i=RVIiffo=R-IVfiR-Iio=VVAVf1fRR- -+ +VoRRfR1IfIiIiAVi+ +- -+ +- - 据虚断， V+ =

2、 Vi 据虚短， V- V+ =Vi 9.1.2 同相放大电路 f11o=RRRVV电压增益:io=VVAVf1f1RRiV+ +- -VoRRfR1AVi+ +- -+ +- -分析分析 1）“虚短虚短”+ “虚断虚断”；方法：方法：2）叠加定理叠加定理1ffvioRR1A)v(vv1fvRRAf特例特例：1Avf1Avf反号器反号器同号器同号器- -+ +VoRRfR1IfIiIiAVi+ +- -+ +- -+ +- -VoRRfR1AVi+ +- -+ +- - -+ +voRRfR2Avi2R1RLvi11 1、反相加法器、反相加法器9.2.1 9.2.1 求和电路求和电路)vRRv

3、RR(vi22fi11foov2ii1fiii2i21i1foRvRvRv方法一： ：“虚短虚短”+ “虚断虚断”方法二： ：叠加定理叠加定理i11fvRRi22fvRRf21RRRR 9.2 同相输入和反相输入放大电路的其他应用调节反相加法电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。调节反相加法电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。ii1ii2if2 2、同相加法器、同相加法器推导略！推导略！- -+ +voRRfR2Avi2RRLvi1R19.2.2 9.2.2 求差电路求差电路1 1、利用加法器、利用加法器vi2-vi1

4、=)vRRvRR(vi22fi11foi11fi22fi22fi11fovRRvRR)v(RRvRR(v反号器（反号器（-1）vi2+(-vi1)- -+ +R/2RRAvi2- -+ +voRRfR2AR1RLvi1vi2叠加定理叠加定理 Vi1作用i11fovRRv Vi2作用i21fov2RRR)RR1 (v 综合：综合：i21fi11fov2RRR)RR1 (vRRv)vv(RR)vv(RRvi1i21fi2i11fo21fRRRR若2.差动减法电路- -+ +voRRfR2AR1RLvi1仪用放大器仪用放大器(仪表放大器、测量放大器、三运放电路）仪表放大器、测量放大器、三运放电路）v

5、4+A1A2R2R2R1v1v2v3ab+voR3R3A3R4R4+虚短：虚短：虚断：虚断：v4+A1A2R2R2R1v1v2v3ab+1vva2vvbiR11Ri1Rvvba21432RRvv)(21 (1243bavvRRvv三运放电路是差动放大器，三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。放大倍数可变。由于输入均在同相端，此电由于输入均在同相端，此电路共模抑制比高，输入电阻路共模抑制比高，输入电阻高。高。v3voR3R3A3R4R4+v4ov)(4334vvRR)(21 (211234vvRRRR21vvvAvo)21 (1234RRRR例：例：由数据放大器组成的温度测量电路。由数据放大器组

6、成的温度测量电路。Vcc=+5VRRRRtviRt ：热敏电阻：热敏电阻集成化集成化:仪表放大器仪表放大器voR1R1R2R2RRRW+ +- -A1+ +- -A2+ +- -A31. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小 。2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。比例运算电路与加减运算电路小结比例运算电路与加减运算电路小结Rvii 虚地tiCvvd1CCOtRCVtvR

7、CvIiOd11.1.积分电路积分电路t dvRC1i例：Vi是阶跃直流电压VI时电容初始电压:d10i0CCovtvRCvv9.2.3 9.2.3 积分电路和微分电路积分电路和微分电路- -+ +voCRiCiAvi+ +- -vcRiRivCRO t dvdRCCt dvdRCI2.2.微分电路微分电路- -+ +voCRiCiRAvi+ +- -vc3.3.对数和反对数电路对数和反对数电路 1、对数电路 i1iD工作原理voviRPRDRviiiD1oDvvTDTDVvsVvsDeIeIi) 1(TDVvsieIRvTDSiVvRIvlnSiTDoRIvVvvln设vi0，D导通，则有缺

8、点：（1）因VT和IS是温度的函数，故运算精度受温度的影响。（2）小信号时 与1相差不多，因而误差大。（3）大电流时，伏安特性与PN结方程差别大，故上式只在小电流时成立。TDVve1、对数电路 i1iD改进措施： uouiRPRD（1）以三极管代替二极管，以获得较大的工作范围。 SCTBEVvsVvsECIiVveIeIIiTBETBEln) 1(RviiiC1SiToRIvVvlnmv26BEv时BEovv而voviRPRi1iC注意：vI必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏2、指数运算电路 vivoRPRDifi1RvieIiofVvSDTiTiVvSoeRIv此电路也存在温度影响的问题

9、。vivoRPRifiC具有温度补偿的对数运算器uiR1RpA1A2uoV1V2i1IRR UCCR3R2对管RTAA1uo Kui1 ui2ui1“对数”“对数”“相加器”“反对数”(a)ui2A2A3A4A1uo Kui1“对数”“对数”“相减器”“反对数”(b)ui2A2A3A4ui1ui2RRRRRRRRR乘法器和除法器 (a)乘法器；(b)除法器综合运算电路综合运算电路 加减法运算器反对数运算器vo 对数运算器vi3lnvi3 对数运算器vi2lnvi2 对数运算器vi1lnvi1 同相运算器mlnvi1 反相运算器-nlnvi2321321lnlnlnlninimiiiivvvvv

10、nvm321inimivvv功能功能: 乘、除、开方、乘方等乘、除、开方、乘方等;应用应用: 模拟运算、通信模拟运算、通信(如调幅如调幅)、测控系统、测控系统、 电气测量和医疗仪器等许多领域。电气测量和医疗仪器等许多领域。9.3 模拟乘法器及应用概 述功能：实现两个模拟量相乘YX O=vKvv 其中K为比例因子，量纲:V-1符号符号：vovXKxyvYvovXKvY9.3.1 基本原理1. 对数反对数型 实 现 框 图)vlnv(lnvvlnyxyxyxeevv 9.3.2 乘法器应用1.乘积和乘方运算电路2.除法运算电路3.开平方运算电路4.开立方运算电路 (1) (1) 相乘运算相乘运算模

11、拟相乘器立方运算电路 (2) 平方和立方运算平方运算电路1.乘法运算电路vovXKvYvo=KvI2vIKvo=K2vI3KvIK据据虚断虚断21ii 2O111RvRv2O1OvKvv2112OvvKRRv如果令K= R2 / R1则21Ovvv工作（负反馈）条件？112O1vRRv02v2.除法运算电路vo1v2- -+ +voR1i1Av1i2R2K)(1112OvRRKvv1为负值！2OO1Kvv负反馈条件？112O1vRRv3.开平方运算电路vo1- -+ +voR1i1Av1i2R2K2OO1Kvvx12O2vRRv3X212O=vKRRv3O2OO1O2=vKvKvv4.开立方运

12、算电路vo2v02- -+ +voR1AvxR2KK一、基本概念及初步定义基本概念及初步定义二、二、一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 高通滤波高通滤波 低通滤波低通滤波 基本概念基本概念 分类分类三、三、 二阶有源滤波电路二阶有源滤波电路 高通滤波高通滤波 低通滤波低通滤波 带通滤波带通滤波 带阻滤波带阻滤波 带阻滤波带阻滤波 带通滤波带通滤波9.4 有源滤波电路有源滤波电路9.4.1基本概念及初步定义基本概念及初步定义1. 基本概念)()()(iosVsVsA 滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无 用频率信号得电子装置。用频

13、率信号得电子装置。有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。)(Itv)(Otv滤波电路滤波电路传递函数定义滤波电路传递函数定义时，有时，有 j s)(je)j ()j ( AA)()j ( A其中其中)j ( A)( 模，幅频响应模，幅频响应 相位角，相频响应相位角，相频响应时延响应为时延响应为)( d)(d)(s 2. 分类按幅频特性分 低通（LPF）用于工作信号为低频（或直流），并且需要削弱高次谐波或频率较高的用于工作信号为低频（或直流），并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合干扰和噪声等场合整流后滤波。整流后滤波。 高通（HPF）用于信号处于高频

14、，并且需要削弱低频的场合用于信号处于高频，并且需要削弱低频的场合阻容放大器的耦合。阻容放大器的耦合。 带通（BPF）用于突出有用频段的信号，削弱其它频段的信号或干扰和噪声用于突出有用频段的信号，削弱其它频段的信号或干扰和噪声载载波通信。波通信。 带阻（BEF）用于抑制干扰。用于抑制干扰。 全通（APF）通阻通Av阻通Av通阻Av阻阻通Av3、无源滤波电路和有源滤波电路无源滤波电路：由无源元件由无源元件R R、L L、C C组成的滤波电路。组成的滤波电路。有源滤波电路：由晶体管和由晶体管和R R、C C网络组成的滤波电路。网络组成的滤波电路。 RviRLCvoviRLCLvo4、由集成运放（工作

15、在线性区）和RC网络组成的有源滤波电路的优点：（1）体积小，重量轻，不需要加磁屏蔽。）体积小，重量轻，不需要加磁屏蔽。（2）电路中的集成运放可以加串联负反馈，使）电路中的集成运放可以加串联负反馈，使Ri高，高，Ro低。低。（3）除起有源滤波作用外，还可以放大，而且放大倍数容易调节。）除起有源滤波作用外，还可以放大，而且放大倍数容易调节。 1、一阶RC有源滤波电路二、二、低通滤波器低通滤波器 RviCvo最简单的滤波电路 缺点：带负载的能力差，例如 R=27k，RL=3k，对于直流而言，vo只有vi的十分之一，而当RL断开时，vo=vi， 0111111jRCjCjRCjvvioiuu0RC10

16、其中当为了提高带负载的能力，可以减小R，提高C，但这不现实，此时可以加电压跟随器，以提高带负载的能力。n01)( sAsA 传递函数2n0)(1)j ( AA其中特征角频率1f01RRA RC1n 故，幅频相应为1、一阶RC有源滤波电路9.4.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路+ +- -+ +voCRfRAvI+ +- - -RLvP(a) 具有电压跟随器的低通滤波电路具有电压跟随器的低通滤波电路+ +- -+ +voCRfRAvI+ +- - -RLvP(b) 带同相比例放大电路的低通滤波电路带同相比例放大电路的低通滤波电路R12. 高通滤波电路 可由低通和高通串联得到1111CR 必须

17、满足3. 带通滤波电路A0A2A1A0阻带阻带通带通带阻带阻带通带通带OO 1 2 AA0O 2 1通带通带阻带阻带阻带阻带低通特征角频率2221CR 高通特征角频率12 vovIR- -+ +AC- -+ +voC1R1A1vIR2- -+ +A2C24. 带阻滤波电路 可由低通和高通并联得到必须满足12 A0A2A1A0阻带阻带通带通带阻带阻带通带通带OO 1 2 AA0O 1 2通带通带阻带阻带通带通带 一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频程），与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求不高的场合。vI- -+ +- -+ +C1R1- -+ +voRRRC2R29.4.3

18、二阶二阶有源滤波电路有源滤波电路1. 压控电压源低通滤波电路1fF/1RRAV )()(PoFsVsVAV 压控电压源电路（VCVS）)(/1/1)(APsVsCRsCsV 对于滤波电路，有RsVsV)()(Ai sCsVsV/1)()(oA 0)()(PA RsVsV得滤波电路传递函数)()()(iosVsVsA 2FF)()-(31sCRsCRAAVV （二阶）vI- -+ +voRfR1同相比例放大电同相比例放大电路路vPCRCRvAA1. 压控电压源低通滤波电路F0VAA RC1n 令称为通带增益)()()(iosVsVsA 2FF)()-(31sCRsCRAAVV F31VAQ 称为

19、特征角频率称为等效品质因数则2nn22n0)( sQsAsA滤波电路才能稳定工作时时，即即当当 3 03 FF VVAA注意：用 代入，可得传递函数的频率响应： j s1. 压控电压源低通滤波电路2n22n0)()(11lg20)j (lg20QAA 归一化的幅频响应相频响应2nn)(1arctg)( Q1. 压控电压源低通滤波电路归一化的幅频响应波特图2. 压控电压源高通滤波电路 将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。传递函数2nn220)( sQssAsA2n22n0)(1)(1lg20)j (lg20QAA 归一化的幅频响应滤波电路才能稳时时， 3 F VA定工作vI- -+ +

20、voRfR1同相比例放大同相比例放大电路电路vPCRCRvA3. 压控电压源带通滤波电路可由低通和高通串联得到vI- -+ +voRfR1CR3=2RC1=CRR2=R3. 压控电压源带通滤波电路令传递函数2FF)()-(31)(sCRsCRAsCRAsAVV FF0-3VVAAA RC10 F31VAQ 得20000)(1)( sQsQsAsA vI- -+ +voRfR1CR3=2RC1=CRR2=R4. 双T带阻滤波电路双T选频网络R- -+ +vfRvi+ +- -CCR/22C(a) 电路电路- -+ +vfZ1vi+ +- -R/22C2CR/2Z2Z3(b) 等效电路等效电路4.

21、 双T带阻滤波电路频率响应R- -+ +vfRvi+ +- -CCR/22C4. 双T带阻滤波电路双T带阻滤波电路RvpRvICCR/22C+ +- -voRaRbRb= (AVF - 1)Ra改成正反馈改成正反馈只有正反馈电路才能产生自激振荡。只有正反馈电路才能产生自激振荡。9.5 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+ oXfXiX fiiXXX如果：如果：,ifXX则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX

22、+ +oXfXiX 基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FoXfXiX 自激振荡条件的推导自激振荡条件的推导基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FiX+ +oXfXiX fiiofiooXXXXFXXAXFAAXXAooioF1FAo=1自激振荡的条件自激振荡的条件基本放大基本放大电路电路Ao反馈电路反馈电路FoXfXiX offiXFXXX,ooiooXFAXAX如果：如果：(1) 正反馈足够强正反馈足够强,输入信号为输入信号为 0 时仍有信号输出，这就是产生了自激振时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。荡。(2) 要获得非正弦自激振荡要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有反

23、馈回路中必须有RC积分电路。例如：方波积分电路。例如：方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。)()(FA、(3) 要获得正弦自激振荡要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：反馈系数写成：FAAAooF101FAoFA则自激振荡的条件：自激振荡的条件：1)()(FA因为：因为：AAA|)(FFF|)(所以，自激振荡条件也可以写成：所以，自激振荡条件也可以写成：（1）振幅条件：）振幅条件：1|AF（2）相位条件：）相位条件：nFA2n是整数是整数相位条件相位条件意味着振荡电路必须

24、是正反馈；意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。可以通过调整放大电路的放大倍数达到。问题问题1：如何启振？如何启振？Vo 是振荡器的电压输出幅度，是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时是要求输出的幅度。起振时Vo=0，达到稳，达到稳定振荡时定振荡时Vo=B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有中也包括有fo分量。分量。选频网络：选频网络：把把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：|A

25、F|1，且，且 A+ B =2n ，即可起振。，即可起振。问题问题2：如何稳幅？如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于仍大于1，则输出，则输出将会饱和失真。将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。，即可稳幅。具体方法将在后面具体电路中介绍。具体方法将在后面具体电路中介绍。起振并能稳定振荡的条件：起振并能稳定振荡的条件：111AFBVAFBVAFBVooo时，时，时，RC网络的频率响应 RC串并联网络的电路如图所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示

26、。其频率响应如下:)j/1 (111CRZ222222j1 )j/1/(CRRCRZRC串并联网络- -+ +vfZ1vo+ +- -C2R1Z2C1R21)122C1RCR1j()1(2121CRCRR/j+)Cj/1(2122221112RCCRCRRR)j1()Cj/1(222112RCRRR谐振频率为: f0=212121CCRRRC10当R1 = R2，C1 = C2时，谐振角频率和谐振频率分别为:RCf210)j1/(+)Cj/1()j1/(22211222212CRRRCRRZZZofVVF- -+ +vfZ1vo+ +- -C2R1Z2C1R2幅频特性:相频特性:F 当 f=f

27、0 时的反馈系数 ,且与频率f0的大小无关。此时的相角 F=0。即改变频率不会影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。31F20022122121221)(31)1()1 (1CRCRCCRR3arctg11arctg0012211221FCCRRCRCRRC串并联网络的频率特性曲线9.6 RC正弦波正弦波振荡电路振荡电路用用RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 RC振荡电路，可选用的振荡电路，可选用的 RC 选选频网络有多种，这里只介绍频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路文氏桥选频电路。1 1、选频电路、选频电路R1

28、C1R2C2iVoV1221212CRfCRfoo时，相移为时，相移为0 0。)1()1(112211221CRCRjCCRRVVioR1C1R2C2iVoV212121CCRRfo如果：如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：，则：RCfo21)(31ffffarctgoo传递函数：传递函数：相频特性：相频特性：幅频特性：幅频特性：fo+90 90 f0f31ioVV)(31ffffjVVooio22)(31ffffVVooio2 2、用运放组成的、用运放组成的RCRC振荡器振荡器0A所以，要满足相位条件，只有所以，要满足相位条件，只有在在 fo 处处0F因为：因为：1AF122RR vo

29、R2RCRCR1121RRA31112FRRA- -+ +能自行启动的电路（能自行启动的电路（1 1）votRtA半导体半导体热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，RT略大于略大于2R1，使，使|AF|1，以便起振；以便起振；RTRCRCR1t vo起振后，起振后，vo逐渐增大则逐渐增大则RT逐渐减小，逐渐减小，使得输出使得输出vo为某值时，为某值时，|AF|=1，从而，从而稳幅。稳幅。- -+ +能自行启动的电路（能自行启动的电路（2 2）R22为一小电阻，使为一小电阻，使(R21+R22)略大于略大于2R1，|AF|1，以便起振；，以便起振；R21RCCR1R22D1D2随着随着vo的增加，的增

30、加，R22逐渐被短接，逐渐被短接，A自动下降到使自动下降到使|AF|=1，使得输，使得输出出vo稳定在某值。稳定在某值。- -+ +voRFvoRCCRKKR1R1R2R2R3R3输出频率的调整：输出频率的调整：RCfo21通过调整通过调整R或或/和和C来调整来调整频率。频率。C：双联可调电容，改变：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频，用于细调振荡频率。率。K：双联波段开关，切换：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频，用于粗调振荡频率。率。- -+ +电子琴的振荡电路电路：电子琴的振荡电路电路：2121RRCfoRF1voR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R2

31、1- -+ +三、用分立元件组成的三、用分立元件组成的RC振荡器振荡器RCRC+VCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+vbe RC网络正反馈，网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。负反馈使电组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。负反馈使电路工作稳定。路工作稳定。IRC移相式振荡器移相式振荡器1、电路组成Rb1 R R R C C C Rb2 Re Ce+VCC实际电路C C CR R Rvf=vivi voRb交流通道2、RC移相网络的特性相位图（电容两端的电压落后电流90o）CRvovi原理图oViVCV9.7 9.7 LCL

32、C正弦波正弦波振荡电路振荡电路LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对 LC振振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。首先介绍一下首先介绍一下 LC 选频网络。选频网络。LCo1RCLZoiCLQIIIRLQoLCfo21谐振时回路电流比总电流大谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！响可以忽略！CLRIL

33、IiV+ 例例1：正反馈正反馈+VCCCC1C2频率由频率由LC谐振网络决定。谐振网络决定。例例2：正反馈正反馈频率由频率由C 、 L1 、 L2谐振网络决定。谐振网络决定。+VCCCC1L1L2C2vL1vL2vC设设vB vC vD vB vL2 vbe vL1 D例例3：正反馈正反馈设设vB vC vC1 vC2 vB 频率由频率由 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络决定。组成的谐振网络决定。+VCCC1LC2ABC+vLvC1 vC1减小时，减小时， vC2如何变化？如何变化？设设L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络中的电流组成的谐振网络中的电流为为i ，则，则iidtdvCdt

34、dvCiCC2211例例4：正反馈正反馈+VCCC1C2设设vB vC vE vbe vA AECBvbe +vC1 频率由频率由 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络决定。组成的谐振网络决定。9.8.1 电压比较器 将一个模拟电压信号与一个将一个模拟电压信号与一个门限电压门限电压相比较，输出一定的高相比较，输出一定的高低电平。低电平。 门限电压门限电压VT:使输出电压发生跳变时使输出电压发生跳变时的输入电压的输入电压( (阈值电压阈值电压) )功能：功能：特性：特性： 非线性开关特性（高低电平）非线性开关特性（高低电平）9.8 9.8 非正弦波发生电路非正弦波发生电路(1)电路(2)传输特

35、性曲线)()(ovvvvAvvd1.1.单门限比较器单门限比较器反相输入单门限比较器 分析方法分析方法： 对于开环或正反馈运放：“+”端电位高，正饱和“”端电位高，负饱和- -+ +vov-v+vo VZ- -+ +vivREFvoRo电路图和传输特性曲线如图所示。电路图和传输特性曲线如图所示。(b)(a)电路图(b)传输特性曲线(3)特例过零比较器过零比较器vo- -+ +vsvREF=0LM139/339系列集成电压比较器(a) 外引脚图； (b) 基本比较器电路 4567321OUT2OUT1ECIN1IN1IN2IN2OUT3OUT4GNDIN4IN4IN3IN398141312111

36、0LM139/339(a)AURuoui(b)122453 ECR简单比较器存在问题(a)输出波形边缘不陡峭 (b)受干扰情况 为了解决以上两个问题，在比较器中引入正反馈，构成为了解决以上两个问题，在比较器中引入正反馈，构成 “迟迟滞比较器滞比较器”。这种比较器具有很强的抗干扰能力，而且，由于正。这种比较器具有很强的抗干扰能力，而且，由于正反馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。反馈加速了状态转换，从而改善了输出波形的边缘。2. 2. 双门限（滞回、迟滞）比较器双门限（滞回、迟滞）比较器 TVom21221REF1TVRRRRRVRV上限阈值下限阈值传输特性：传输特性：omomOVVv或

37、已知已知则，两门限：则，两门限：omom212 TTVVRRRVVV回差电压om212VRRR21REF1RRVR在输出反转瞬间V+=V-vo- -VT- -+ +vIvREFRAR2R1+ +3. 3. 窗口比较器窗口比较器(1)(1)电路电路设R1 =R2，则两门限两门限：)2(21)2(=DCC212DCCLVVRRRVVV(2)(2)传输特性传输特性DLH2=VVV- -+ +A2- -+ +A1 C1C2uiUo1Uo2V1V2 5V 5VR2R1V3R3R4VUaUZ 6V双向过压检测电路 比较器的应用比较器的应用主要用于：对输入波形进行整形，即 将不规则的输入波形整形为方波输出(

38、a) 正弦波变换为矩形波 (b) 有干扰正弦波变换为方波 用比较器实现波形变换RC电路：电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。起反馈和延迟作用，获得一定的频率。迟滞比较器：迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。起开关作用，实现高低电平的转换。RR1R2C+vcvo9.8.2 9.8.2 方波产生电路（弛张振荡器、多谐信号发生器）方波产生电路（弛张振荡器、多谐信号发生器）- -+ +1.1.电路结构电路结构上下门限电压：上下门限电压：迟滞比较器输出经积分电路再迟滞比较器输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。输入到此比较器的反相输入端。RR1R2C+vcvoomHVRRRV211om

39、LVRRRV211- -+ +2.2.工作原理工作原理1. 设设 vo = + VOM此时，输出给此时，输出给C 充电充电!则：则：v+=VH0tvoVOM-VOMV+Hvc0t一旦一旦 vc VH , 就有就有 v- v+ ,在在 vc VH 时，时，v- v+ , vo 保持保持 + VOM 不变；不变；vo 立即由立即由VOM 变成变成VOM RR1R2C+vcvo- -+ +此时，此时，C 经输出端放电。经输出端放电。2. 当当vo = -VOM 时，时，v+=VLvc降到降到VL时，时，vo上翻。上翻。VHvctVL当当vo 重新回到重新回到VOM 以后，电路又进入另一个以后，电路又

40、进入另一个周期性的变化。周期性的变化。RR1R2C+vcvo- -+ +0VHvctVLVOMvo0t- VOMT输出波形：输出波形：RR1R2C+vcvo- -+ +3.周期与频率的计算周期与频率的计算f=1/T)21ln(221RRRCTvc上升阶段表示式上升阶段表示式:vc下降阶段表示式下降阶段表示式:vc0VHtVLT1T2)21ln(2121RRRCTTOMLHVRRRVV211RCtOMLOMceVVVtv)()(RCTOMLOMHeVVVV2)(RCtOMHOMceVVVtv)()(RCTOMHOMLeVVVV1)(矩形波发生器电路的改进：矩形波发生器电路的改进：RR1R2C+vcvo- -+ +RR1R2C+vcvo VZ- -+ +C充电时，充电电流经电位