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1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础第八章第八章 波形发生和信号转换波形发生和信号转换电压比较器电压比较器 概述（电压比较器的电压传输特性、集成运放的非概述（电压比较器的电压传输特性、集成运放的非线线 性工作区、电压比较器的种类）性工作区、电压比较器的种类） 单限比较器（过零比较器、一般单限比较器）单限比较器（过零比较器、一般单限比较器） 滞回比较器滞回比较器 窗口比较器窗口比较器 1光纤传感器系统示意图光纤传感器系统示意图电子信息系统电子信息系统光源光源传输传输光纤光纤传输传输光纤光纤信号预信号预处理处理光电探测器光电探测器（信号提取）（信号提取）信号的信号的加工加工计算机计算机传感器传感器探头
2、探头信号的采集信号的采集（A/D转换）转换）光电转换，为电子信息系统提供输入（信号源）提取放大有用信号、滤除干扰、噪声信号（滤波）对幅度足够大的有用信号进行运算、比较等加工2概述概述1. 电压比较器的电压传输特性电压传输特性：电压传输特性：uof（uI）电压比较器：电压比较器：它是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组它是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。成非正弦波发生电路的基本单元电路。输入输入 uI 为模拟信号，为模拟信号，输出电压只有两种可能：输出电压只有两种可能： 高电平高电平UOH或低电平或低电平UOL (数字量数字量 )。阈值电压（转折电压）：阈值
3、电压（转折电压）：使输出电压从使输出电压从UOH 跃变为跃变为UOL，或者或者 从从UOL 跃变为跃变为UOH 时的输入电压时的输入电压 UT 用途：用途：它是测量电路、自动控制系统、信号处理和波形产生它是测量电路、自动控制系统、信号处理和波形产生等电路中常用的基本单元。通常用来电平检测、波形整形、等电路中常用的基本单元。通常用来电平检测、波形整形、波形变换、模波形变换、模/数转换等。数转换等。3为了正确画出电压传输特性，必须求出以下三个要素：为了正确画出电压传输特性，必须求出以下三个要素：（1）输出电压高电平和低电平的数值输出电压高电平和低电平的数值UOH 和和UOL；（2）阈值电压的数值阈
4、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，即是从，即是从UOH 跃跃变为变为UOL ，还是从，还是从UOL 跃变为跃变为UOH ；概述概述1. 电压比较器的电压传输特性UT4概述概述2. 集成运放的非线性工作区5概述概述3. 电压比较器的种类一个阈值电压一个阈值电压单限比较器单限比较器UT滞回比较器滞回比较器两个阈值电压两个阈值电压窗口比较器窗口比较器两个阈值电压两个阈值电压输入单向变化，输入单向变化，输出跃变一次输出跃变一次输入单向变化，输入单向变化，输出跃变一次输出跃变一次输入单向变化，输入单向变化，输出跃变两次输出跃变两次电路特点电
5、路特点能够检测出输入能够检测出输入是否在两个给定是否在两个给定电压之间。电压之间。6单限比较器单限比较器1. 过零比较器？uIUZ 数值有何限制？数值有何限制？R 的作用？的作用？D1和和D2的作用？的作用？UT 07单限比较器单限比较器1. 过零比较器在上述电压比较器电路在上述电压比较器电路中，集成运放工作在非中，集成运放工作在非线性区，其内部的晶体线性区，其内部的晶体管要么工作在截止区，管要么工作在截止区，要么工作在饱和区。要么工作在饱和区。1.这样的电路存在什这样的电路存在什么问题？么问题？2.在选择运放时还应在选择运放时还应该注意什么？该注意什么？3.如果要解决这种问如果要解决这种问题
6、，除了在选择运题，除了在选择运放时要有所考虑，放时要有所考虑，还有什么办法？还有什么办法？1.集成运放净输入电压和净输入电流为零，保集成运放净输入电压和净输入电流为零，保护了输入级；护了输入级；2.工作在线性区，避免了内部晶体管从截止区工作在线性区，避免了内部晶体管从截止区逐渐进入饱和区或者从饱和区逐渐进入截止逐渐进入饱和区或者从饱和区逐渐进入截止区过程，提高了输出电压的变化速度。区过程，提高了输出电压的变化速度。8单限比较器单限比较器2. 一般单限比较器（1）如何改变阈）如何改变阈值电压的大小？值电压的大小？（2）如何改变阈）如何改变阈值电压的极性？值电压的极性？（3）如何改变在）如何改变在
7、阈值电压处输出电阈值电压处输出电压的跃变方向？压的跃变方向？“与零比较与零比较”若若UREF0，则传输特性如图（，则传输特性如图（b）9uO10uFuIR1A2k10k1kAuO1100kC-1212t4uOt-44uO1t14u1R10分析电压传输特性三个要素的方法：分析电压传输特性三个要素的方法：（1 1）通过研究运放输出端所接限幅电路来确定电压比）通过研究运放输出端所接限幅电路来确定电压比较器的输出低电平较器的输出低电平 U UOLOL和和高电平高电平U UOHOH 值；值；（2 2）写出运放同相输入端和反相输入端的电压表达式，）写出运放同相输入端和反相输入端的电压表达式，另两者相等，解
8、得的输入电压值就是阈值电压；另两者相等，解得的输入电压值就是阈值电压；（3 3）输出电压在阈值电压处的跃变方向取决于输入电）输出电压在阈值电压处的跃变方向取决于输入电压作用在运放的哪个输入端。压作用在运放的哪个输入端。uIUT反相输入反相输入uo=UOHuo=UOL同相输入同相输入uo=UOLuo=UOH11滞回比较器滞回比较器（1）（2）（3）（1）如何改变阈值）如何改变阈值电压的大小？电压的大小？（2）如何改变在阈）如何改变在阈值电压处输出电压的值电压处输出电压的跃变方向？跃变方向？12滞回比较器滞回比较器13100kuI6.2k1V10kA2k100kuO1kAuO120k12-12uO
9、uI0.10.9142kA16k2kuO3kA2uO26-6uOuI-24uI2k+6V 6V5-5uItuOt6-6-24具有波形转换功能具有波形转换功能15窗口比较器窗口比较器16（1）在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高低电平两种可能的情况；高低电平两种可能的情况；（2）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系；一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系；（3）电压传输特性的三个要素是：输出电压的高、低电平，阈值电电压传输特性的三个要素是：输出电压的高、低电平，阈值电压和输出电压的跃变方向。压
10、和输出电压的跃变方向。 A: 输出电压的高、低电平决定于限幅电路；输出电压的高、低电平决定于限幅电路； B: 令令 up=uN 所求出的所求出的 uI 就是阈值电压；就是阈值电压； C: uI 等于阈值电压时输出电压的跃变方向决定于输入电压作用等于阈值电压时输出电压的跃变方向决定于输入电压作用在运放的同相输入端还是反向输入端。在运放的同相输入端还是反向输入端。小结：小结：17100k1V100k10kA110kuO2A2uO110k0. 5V30k10kuO415kA4uO3A3R100uF1810uF-1V50k100kA1A2uO1100k10kuO2A310ku1-2V10k+5V+6VD1D23kT10k-44t3uI41219
