模拟电子技术模电之电压比较器与功率放大电路

§8.2电压比较器一、概述二、单限比较器三、滞回比较器四、窗口比较器五、集成电压比较器一、概述1.电压比较器的功能：比较电压的大小。输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。广泛用于各种报警电路。2.电压比较器的描述方法:电压传输特性uO＝f(uI)电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL（2）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向3.几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压：4、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈理想运放工作在非线性区的特点：1)净输入电流为02)uP>uN时，uO＝＋UOMuP<uN时，uO＝－UOM无源网络5、教学基本要求

1)电路的识别及选用；2)电压传输特性的分析。二、单限比较器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI>0时uO＝－UOM;uI<0时uO＝＋UOM

集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入级，需加输入端限幅电路。二极管限幅电路使净输入电压最大值为±UD1.过零比较器必要吗？输出限幅电路

为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH＝＋UZ1＋UD2

UOL＝－(UZ2＋UD1)UOH＝

－

UOL＝UZUOH＝UZ

UOL＝－UD

不可缺少！为使UOL接近0，怎么办？锗管输出限幅电路uO＝±UZ（1）保护输入端（2）加速集成运放状态的转换电压比较器的分析方法：（1）写出uP、uN的表达式，令uP＝uN，求解出的uI即为UT；（2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向。2.一般单限比较器（1）若要UT<0，则应如何修改电路？（2）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？（3）若要改变UOL、UOH呢？作用于反相输入端三、滞回比较器1.阈值电压2.工作原理及电压传输特性

设uI＜－UT，则uN＜uP，uO＝+UZ。此时uP＝+UT，增大uI，直至+UT，再增大，uO才从+UZ跃变为－UZ。

设uI＞+UT，则uN＞uP，uO＝－UZ。此时uP＝－UT，减小uI，直至－UT，再减小，uO才从－UZ跃变为+UZ。四、窗口比较器当uI>URH时，uO1=－uO2=UOM，D1导通，D2截止；uO=UZ。当uI<URL时，uO2=－uO1=UOM，D2导通，D1截止；uO=UZ。当URL<uI<URH时，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。特点：1.无需限幅电路，根据所需输出高、低电平确定电源电压；2.可直接驱动集成数字电路；3.应用灵活，可具有选通端；五、集成比较器某型号集成比较器的等效电路4.响应速度快；5.电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。8功率放大电路8.1功率放大电路的一般问题8.3乙类双电源互补对称功率放大电路8.4甲乙类互补对称功率放大电路8.5集成功率放大器8.2射极输出器——甲类放大的实例8.1功率放大电路的一般问题2.功率放大电路提高效率的主要途径1.功率放大电路的特点及主要研究对象1.功率放大电路的特点及主要研究对象(1)功率放大电路的主要特点功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。(2)要解决的问题提高效率减小失真管子的保护一般直接驱动负载，带载能力要强。电压/功率放大电路都是能量转换电路电压：不失真的电压信号：增益、输入输出电阻功率：不失真的输出功率：1.功率放大电路的特点及主要研究对象1.输出功率尽可能大2.效率更高效率：负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值3.非线性失真要小4.功率器件的散热问题（集电结温）5.功率管的损坏与保护(1)功率放大电路的主要问题2.功率放大电路提高效率的主要途径降低静态功耗，即减小静态电流(Q)。同时要使失真不严重四种工作状态根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分乙类：导通角等于180°甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于180°丙类：导通角小于180°end8.2射极输出器——甲类放大的实例简化电路带电流源详图的电路图特点：电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻小，带负载能力强。常用作输出级电压与输入电压的关系设T1的饱和压VCES≈0.2V

Vi正半周，vO正向振幅最大值Vi负半周，vO负向振幅最大值若T1首先截止若T3首先出现饱和8.2射极输出器——甲类放大的实例8.2射极输出器——甲类放大的实例VBIAS=0.6V当放大器的效率end效率低8.3乙类双电源互补对称功率放大电路8.3.2分析计算8.3.1电路组成8.3.3功率BJT的选择8.3.1电路组成由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。1.电路组成2.工作原理两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。8.3.2分析计算图解分析1.最大不失真输出功率Pomax实际输出功率8.3.2分析计算忽略VCES时8.3.2分析计算单个管子在半个周期内的管耗2.管耗PT两管管耗3.电源供给的功率PV当4.效率当8.3.2分析计算1.最大管耗和最大输出功率的关系因为8.3.3功率BJT的选择当≈0.6VCC时具有最大管耗≈0.2Pom

选管依据之一功率与输出幅度的关系8.3.3功率BJT的选择2.功率BJT的选择（自学）end8.4甲乙类互补对称功率放大电路8.4.2甲乙类单电源互补对称电路8.4.1甲乙类双电源互补对称电路8.4.1甲乙类双电源互补对称电路乙类互补对称电路存在的问题8.4.1甲乙类双电源互补对称电路1.静态偏置可克服交越失真2.动态工作情况二极管等效为恒压模型设T3已有合适的静态工作点交流相当于短路8.4.1甲乙类双电源互补对称电路VBE4可认为是定值R1、R2不变时，VCE4也是定值，可看作是一个直流电源。8.4.2甲乙类单电源互补对称电路静态时，偏置电路使VK＝VC≈VCC/2（电容C充电达到稳态）。

end当有信号vi时负半周T1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电正半周T