第六章 电压比较器

第六章波形的发生和信号转换放大电路（负反馈）：获得一定幅值的输出量正反馈网络：引入正反馈，输入信号等于反馈信号选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率，单一频率的振荡。经常与反馈网络合二为一。）稳幅环节（使输出信号幅值稳定，经常与放大电路合二为一）振荡电路的基本组成部分基本放大电路A反馈电路F起振条件平衡条件振幅起振条件相位起振条件振幅平衡条件相位平衡条件6.1正弦波振荡电路振荡电路以选频网络分类RC振荡器：f<1MHzLC振荡器：f>1MHz石英晶体振荡器：振荡频率非常稳定

(根据最后表现形式可把其归入LC振荡器）所以，要满足相位条件，只有在fo

处因为：RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波用运放组成的RC振荡器采用非线性元件热敏元件负温度系数热敏电阻起振时，即热敏电阻的作用稳幅措施正温度系数热敏电阻（1）变压器反馈式振荡电路（定性分析）(+)(-)(+)(+)反馈满足相位平衡条件LC正弦波振荡电路++––+正反馈+UCCCC1C2频率由LC谐振网络决定。图8.1.24例8.1.2电路图

(+)(+)(+)反馈变压器反馈式振荡电的路优缺点：

优点：易产生振荡，波形较好，应用范

围广。

缺点：由于输出电压与反馈电压靠磁路

耦合，故耦合不紧密，损耗较

大，且振荡频率的稳定性不高。三点式振荡器构成原则：1）与发射极（或运放同相端）相连的两个电抗性质相同(X1，X2)2）不与发射极（或运放同相端）相连的电抗性质与前两者相反(X3)谐振时满足：X1＋X2+X3＝0X1，X2同为电容时，称为电容三点式振荡器。X1，X2同为电感时，称为电感三点式振荡器。（2）三点式LC振荡电路电感三点式振荡电路图

电感反馈式振荡电路图电感反馈式振荡电路的交流通路电容三点式振荡电路图

电容反馈式振荡电路石英晶体的基本特性与等效电路结构极板间加交变电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生交变电场压电效应交变电压机械振动交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率=固有频率时，振幅最大。——压电谐振6.1.4石英晶体正弦波振荡电路A.串联谐振特性晶体等效阻抗为纯阻性B.并联谐振图

石英晶体的等效电路及其频率特性品质因数为等效阻抗为纯阻性通常所以静态电容机械振动惯性晶片的弹性晶片的摩擦损耗高达104~106，稳定度10-6~10-8图

并联型石英晶体振荡电路图

串联型石英晶体振荡电路6.2电压比较器非线性应用：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。电压比较器：对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。uoui输出电压高电平UOH（正的饱和值UOM）阈值电压(转折电压)UT输出电压低电平UOL（负的饱和值-UOM）跃变的方向运放开环应用运放电路中只有正反馈图8.2.2电压比较器电压传输特性举例单(门)限比较器滞回比较器窗口比较器UREF：参考电压ui

：被比较信号

++uouiUREF–特点：运放处于开环状态。当ui>UREF时,uo=UOH当ui<UREF时,uo=UOL

一、若ui从同相端输入单限电压比较器uoui0UOHUOLUREF传输特性++uouiUREFuoui0UOHUOLUREF当ui<UREF时,uo=UOH当ui>UREF时,uo=UOL

二、若ui从反相端输入uoui0UOHUOL++uoui三、过零比较器:(UREF=0时)++uouiuoui0UOHUOL++uouitui例：利用电压比较器将正弦波变为方波。uotUOHUOL++uiuoui0+UZ-UZ电路改进：用稳压管稳定输出电压。uo

UZ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图电压比较器输入级的保护电路电压传输特性三要素及其分析方法：

（1）确定输出高低电平：有无限幅电路（2）确定阈值电压UT：uP=uN（3）跃变的方向：uI作用于哪个输入端反相：由小变大是高，由大变小是低同相：由小变大是低，由大变小是高 单限比较器存在的主要问题：是抗干扰能力差，如图所示，若ui在参考电压ur(=0)附近有噪声或干扰，则输出波形将产生错误的跳变，直至ui远离ur值才稳定下来。如果对受干扰的uo波形去计数，计数值必然会多出许多，从而造成极大的误差。反相滞回比较器分析1.因有正反馈，输出饱和。2.当uo正饱和时(uo=+UOM)：U+3.当uo负饱和时(uo=–UOM)：－++uoRR2R1ui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滞回比较器滞回比较器分别称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。tuiUom-UomtuiUHUL例：反相滞回比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形。－++uoRR2R1ui加上参考电压后的上下限：－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL2.加上参考电压后的反相滞回比较器反相滞回比较器两种电路传输特性的比较:－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL例：R1=10k

，R2=20k

，UOM=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-UomUHUL5V10Vuit0首先计算上下门限电压：－++uoRR2R1uiUR例：R1=10k

，R2=20k

，UOM=12V，UR=9V当输入ui

为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。+UOM-UOM根据传输特性画输出波形图－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002VuP=0时输出翻转，可以求出上下门限电压。－++uoRR2R1ui当uP>uN=0时，uo=+UOM当uP<uN=0时，uo=-UOM1.没加参考电压的同相滞回比较器同相滞回比较器uoui0Uom-Uom传输特性曲线UHUL－++uoRR2R1ui上下门限电压：－++uoRR2R1uiUR上下门限电压：当uo=+UOM时：当uo=-UOM时：2.加上参考电压后的上行滞回比较器UHULuoui0Uom-Uom－++uoRR2R1uiUR－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL对照传输特性：反相和同相滞回比较器传输特性的比较:－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL－++uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL例：已知输入输出电压波形，求电压传输特性输出高低电平

9V；阈值3V；小于为正，反入

UZ－++uoRR2R1uiuo

UZ－++RR2R1ui滞回比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管。图滞回比较器输出波形抗干扰能力强如图所示。由于使电路输出状态跳变的输入电压不发生在同一电平上，若ui上叠加有干扰信号时，只要该干扰信号的幅度不大于回差ΔU，则该干扰的存在就不会导致比较器输出状态的错误跳变。应该指出，回差ΔU的存在使比较器的鉴别灵敏度降低了。输入电压ui的峰峰值必须大于回差，否则，输出电平不可能转换。6.3非正弦波发生电路图几种常见的非正弦波方波三角波锯齿波尖顶波阶梯波一、电路结构上下门限电压：反相滞回比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端。RC回路既是延迟环节，也是反馈网络－++RR1R2C+ucuo–6.3.1矩形波发生电路：是基础反相滞回比较器积分电路二、工作原理1.设uo

=

+UOM，则uP=UH。此时，输出给C充电!0tuoUOM-UOMU+Huc0t一旦

uc>UH

,就有

uN>uP,在uc<UH

时，uN<uP，uo

保持+UOM不变uo

立即由＋UOM

变成－UOM

－++RR1R2C+ucuo–此时，C

经输出端放电。2.当uo

=

-UOM时，u+=ULuc降到UL时，uo上翻。UHuctUL当uo

重新回到＋UOM

以后，电路又进入另一个周期性的变化。－++RR1R2C+ucuo–0UHuctULUOMuo0t-UOMT输出波形：－++RR1R2C+ucuo–RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。反相滞回比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。－++RR1R2C+ucuo–方波发生器各部分的作用：f=1/T占空比=T1/Tuc上升阶段表示式:uc下降阶段表示式:uc0UHtULT1T2三、周期与频率的计算方波发生器电路的改进：－++RR1R2C+ucuo–－++RR1R2C+ucuo

UZ–点b是电位器RW的中点，点a和点c是b的上方和下方的某点。试定性画出点电位器可动端分别处于

a、b、c

三点时的uo-uc

相对应的波形图。－-+++RWR1R2CucuoD1D2abc占空比可调的矩形波发生电路反相积分电路方波发生器电路一：方波发生器

矩形波

积分电路

三角波－++RR1R2C+uc-++RR2Cuo此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。6.3.2三角波发生电路－++RR1R2C+uc-++RR2Cuouo1uo三角波的周期由方波发生器确定，其幅值也由周期T和参数R、C决定。两个延迟环节0uo1tUom-Uom电路二：电路一的改型－++－