从模电到数电的电子技术课件-dz-chap06

1、电子技术第六章 非线性处理器 模拟电路部分2021/9/121 第六章 非线性处理器6.1 限幅器6.2 电压比较器6.3 迟滞比较器6.4 精密整流电路6.5 采样保持电路*2021/9/122非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。由运放组成的非线性电路有以下三种情况：1. 电路中的运放处于非线性状态。+Auo比如：运放开环应用uo运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。2021/9/1232. 电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。ui0时：ui UR时 , uo = +Uom当ui U

2、R时 , uo = -Uom 一、若ui从同相端输入2021/9/129+uouiURuoui0+Uom-UomUR当ui UR时 , uo = -Uom 二、 若ui从反相端输入2021/9/1210uoui0+UOM-UOM+uoui三、过零比较器: (UR =0时)+uouiuoui0+UOM-UOM2021/9/1211+uouitui例：利用电压比较器将正弦波变为方波。uot+Uom-Uom2021/9/1212+uiuoui0+UZ-UZ电路改进：用稳压管稳定输出电压。+uiuoUZRRuoUZ电压比较器的另一种形式 将双向稳压管接在负反馈回路上2021/9/1213比较器的特点1

3、. 电路简单。2. 当Ao不够大时， 输出边沿不陡。3. 容易引入干扰。tuiuot过零附近仍处于放大区2021/9/1214一、下行迟滞比较器分析1. 因为有正反馈，所以输出饱和。2. 当uo正饱和时(uo =+UOM) ：U+3. 当uo负饱和时(uo =UOM) ：+uoRR2R1ui参考电压由输出电压决定6.3 迟滞比较器特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。1. 没加参考电压的下行迟滞比较器2021/9/1215分别称UH和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差。当ui 增加到UH时，输出由Uom跳变到-Uom；+uoRR2R1ui当ui 减小到UL时，输出由-Uom跳

4、变到Uom 。传输特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干扰不会引起跳转。跳转时，正反馈加速跳转。2021/9/1216tuiUom-UomtuiUHUL例：下行迟滞比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形。+uoRR2R1ui2021/9/12172. 加上参考电压后的下行迟滞比较器加上参考电压后的上下限：+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL2021/9/1218下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较:+uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL2021/9/1219例：R1=10k，R2=20k ，U

5、OM=12V， UR=9V当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit02021/9/1220首先计算上下门限电压：+uoRR2R1uiUR2021/9/1221+UOM-UOM根据传输特性画输出波形图。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002V2021/9/1222u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。二、上行迟滞比较器+uoRR2R1ui当u+ u- =0 时, uo= +UOM当u+0 时，uo10 , D2导通，D1 截止，运放工作在深度负反馈状态。当ui 0

6、 , D2截止，D1导通，构成反相比例放大器。+uiuoR1RFR2D1D2u= u+=0V ，uo1-0.7V uo=0 ;2021/9/12291. 运放的输出电压大于二极管的正向电压。 即D1 和 D2 总是一个导通，另一个截止，这样电路就能正常检波。思考题：如何获得正半波极性的输入信号？精密半波整流电路正常工作的条件：2.电路所要求的最小输入电压峰值为其中， UD 为二极管的正向电压，答：二极管反向！+uiuoR1RFR2D1D22021/9/1230tui0tuo0当ui 0 , D2导通，D1 截止，运放工作在深度负反馈状态。当ui 0 时，uo1 0 , D2截止，D1导通，构成

7、反相比例放大器。u= u+=0V ，uo10.7V uo=0 ;RF1uiR1R21D1D2uo+A1uo12021/9/1231二、绝对值 ( 全波整流 ) 电路在精密半波整流电路的基础上，加一级加法运算放大器，就组成了精密全波整流电路。uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R22R12u1+A1A2电路结构：2021/9/1232左图中A1 构成半波整流电路，在 R1RF1 的条件下，有：0(当 ui 0 )- uiu1=+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A2工作原理：tui0tu102021/9/1233tui0tu10tuo0若满足一定的条件，就

8、可以有：+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A22021/9/1234已知在 R1RF1 的条件下，有：0(当 ui 0 )- uiu1=若R12 RF2 且 R11 = 0.5 RF2 当ui 0 时，+uiR1RF1R21D1D2R11A1u1+uoRF2R22R12A22021/9/1235三、平均值电路作用：交流直流变换器。半波整流的平均值电路种类：有两种平均值电路。全波整流的平均值电路方法：只要在整流电路后面连接低通滤波器，就能够组成最简单的平均值电路。原理：把交流信号整流后 ，再经滤波器 ，就把交流电压按比例地变成了直流电压，且一般是平均值电压。20

9、21/9/12361. 半波整流的平均值电路这时可以认为全部纹波电压都被 A2 所抑制 ，起作用的仅是 u1 的直流分量，即平均值电压。讨论的情况。uiuoR11RF1R21D1D2R12RF2R22u1+A1A2CF2021/9/1237设可得将 代入，得： 当 时 ，+uiR1RF1R21D1D2A1u1+uoRF2R22R12A2CF可见，输出是输入的半波整流平均值。2021/9/12382. 全波整流的平均值电路在绝对值电路的基础上，加入一级低通滤波器，就组成了全波整流的平均值电路。实际上，在绝对值电路中，有时只增加一个电容，就能达到目的。uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R

10、22R12u1+A1A2C2021/9/1239全波整流的平均值电路uiuoR1RF1R21D1D2R11RF2R22R12u1+A1A2C2021/9/1240一、“采样保持”的含义图(a)为采样保持电路的输入 信号 u ( t )；图( b )为一组离散的单位冲击函数 f (t ), 用于对输入信号 u ( t ) 进行采样，图中的 T 称为采样周期； 若将u (t )乘以f (t )，即可得“采样”后的信号g(t )，如图(c )所示。 从图(c)可以看见某个时刻的采样值是转瞬即逝的。如果我们设法使这个数值延长至下个采样信号来到时再作改变，如图(d)所示，这就是“保持”电路的功能。 6.

11、5 采样保持电路2021/9/1241二、采样保持电路的组成 采样保持电路由模拟开关K 和模拟信号存储电容 C 以及缓冲放大器等三部分组成。+RCKucuoui模拟开关K一般由结型场效应管或MOS场效应管组成，缓冲放大器则采用集成运算放大器。2021/9/1242当数字指令为“1”时，模拟开关K 接通，存储电容C上的信号 uC 跟踪输入信号，经缓冲放大器送出，所以输出信号也跟踪输入信号，这就是采样过程；当数字指令为“0”时，模拟开关K 断开，存储电容将断开瞬间 t0 的输入信号保持下来并通过放大器送出，所以输出信号保持为 t0 时刻的输入信号，这就是保持过程。三、采样保持电路的工作原理+RCK

12、ucuoui2021/9/1243对采样保持电路的主要要求是它的精度和速度 。为了提高实际电路的精度和速度，可以从元件和电路结构两 个方面着手解决。从元件方面： (a) 模拟开关采样保持电路所使用的模拟开关主要是场效应管。为了得到高质量的采样保持电路，场效应管的开关速度要快，极间电容要小，夹断电压或开启电压也要小，导通电阻和反向漏电流等都应该尽量小。上述要求可能互相矛盾，使用中应根据实际电路的具体要求，重点保证其中的某些 参数指标。四、采样保持电路的性能要求2021/9/1244 (b) 存储电容 实际电容器具有介质吸附效应和泄漏电阻。介质吸附效 应会使放电后的电容电压产生不应有的回升，而泄漏

13、电阻 则引起电容上的保持电压随时间逐渐减小，降低保持精度。应该选用介质吸附效应小同时泄漏电阻大的电容器，如聚苯乙烯或聚碳酸脂电容器等。2021/9/1245( c ) 运算放大器运算放大器在采样保持电路中起输出缓冲和输入隔离的作用，因此要特别重视它的输入偏置电流以及带宽和上升速率，还有它的在最大输出电流等性能参数。在采样保持电路中，几乎毫无例外的都采用具有场效应管输入级的运算放大器，或者具有低输入偏置电流的运算放大器；同时运算放大器的上升速率要大于输入信号的变化率，它的带宽和输出电流都要大一些为好。2021/9/1246主要组成部分：结型场效应管模拟开关T；存储电容CF ；反相工作的运算放大器。 1. 反相型采样保持电路五、采样保持电路的两种形式uiuoRFR2+ACFDRCUT2021/9/1247反相型采样保持电路常常具有原理性误差，它只限于低速应用，不如同相型电路用得广泛，故而在此只作简单介绍。 反相工作的放大器使其反