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1、第第1010章章 非线性运算电路非线性运算电路10.1 变跨导模拟乘法器变跨导模拟乘法器10.3精密整流电路精密整流电路10.4 峰值检测电路峰值检测电路10.2 对数和指数运算电路对数和指数运算电路10.5 电压比较器电压比较器学习本章后，读者将了解：学习本章后，读者将了解：跨导模拟乘法器的原理，四象限变跨导集成乘法器跨导模拟乘法器的原理，四象限变跨导集成乘法器对数电路、指数电路和对数式乘除法电路；对数电路、指数电路和对数式乘除法电路；绝对值运算电路和最大值运算电路；绝对值运算电路和最大值运算电路； 单限电压比较器、迟滞比较器和窗口比较器的电路单限电压比较器、迟滞比较器和窗口比较器的电路和传
2、输特性，比较器的分析方法；集成电压比较器。和传输特性，比较器的分析方法；集成电压比较器。 其中其中K K为称称为相乘增益，具有相乘增益，具有V-1V-1的量的量纲。电路符号如路符号如图10.1.110.1.1所示，所示，图a a同相乘法器，同相乘法器，图b b反相乘法器。反相乘法器。 当当1 1个个输入信号是入信号是单极性，而另一个信号是双极性极性，而另一个信号是双极性时，则称称为两象限乘法器；当两象限乘法器；当2 2个个输入信号均是双极性入信号均是双极性时，则称称为四象限乘法器。四象限乘法器。10.1 10.1 变跨导模拟乘法器变跨导模拟乘法器 乘法器是一种广泛使用的模乘法器是一种广泛使用的
3、模拟集成集成电路，它可以路，它可以实现乘、除、开方、乘方、乘、除、开方、乘方、调幅等功能，广泛幅等功能，广泛应用于模用于模拟运算、通运算、通讯、测控系控系统、电气气测量和医量和医疗仪器等器等许多多领域。域。乘法器：乘法器：输出信号出信号(vo)(vo)与与2 2个个输入信号入信号(vx(vx和和vy)vy)之之积成正比的成正比的电路。路。图10.1.1 10.1.1 模模拟乘法器乘法器电路符号路符号（a a同相乘法器同相乘法器KK KvXvYvO（b b反相乘法器反相乘法器-K-KvXvYvO当当输入信号均是入信号均是单极性极性时，如，如vX0, vY0vX0, vY0，则称称单象限乘法器；象
4、限乘法器；图10.1.2 10.1.2 两象限两象限变跨跨导乘法乘法器器 IC3 IC3，rberbe当当vYVBE30vYVBE30时，差分，差分对管的跨管的跨导为差分差分对管的跨管的跨导近似与近似与输入信号成正比。代入上式得入信号成正比。代入上式得 通通过改改变差分差分对管的跨管的跨导实现了两象限反相乘法器了两象限反相乘法器vY0vY0，单极性；极性；vXvX可正可可正可负，双极性）。，双极性）。10.1.1 10.1.1 变跨跨导模模拟乘法器原理乘法器原理 和和rberbe分分别是差分是差分对管的管的电流放大系数和流放大系数和输入入电阻。阻。 利用恒流源差分放大利用恒流源差分放大电路可路
5、可实现变跨跨导乘法运算，如乘法运算，如图10.1.210.1.2所示。所示。输出出电压为图10.1.310.1.3四象限四象限变跨跨导乘法乘法电路路 为了允了允许vYvY为双极性，采用双差分放大双极性，采用双差分放大电路路组成四象限成四象限变跨跨导乘法器，如乘法器，如图10.1.3 10.1.3 所示。由所示。由电路，得路，得晶体管的晶体管的电流方程流方程为考考虑到到T1T1和和T2T2特性一致，得特性一致，得代入代入 ，得，得10.1.2 10.1.2 四象限四象限变跨跨导乘法器乘法器th(x)th(x)是非是非线性的双曲正切函数。性的双曲正切函数。再由再由电路并考路并考虑到到RYRY远远大
6、于大于T5T5和和T6T6的的发射极射极电阻，得阻，得将将10.1.610.1.6和和10.1.710.1.7代入代入10.1.910.1.9），得），得将将10.1.810.1.8代入上式，得代入上式，得10.1.8）输出电压为输出电压为10.1.9）当当同理可得同理可得（10.1.7） vX vX和和vYvY都是双极性信号，即都是双极性信号，即电路路实现了四象限同相乘法器。了四象限同相乘法器。但但电路温度路温度变化的影响，且化的影响，且vXvX的的线性范性范围很小。很小。单片集成乘法器片集成乘法器MC1496MC1496等是按等是按图10.1.310.1.3原理制造的，原理制造的，电路原理
7、和管脚如路原理和管脚如图10.1.410.1.4所示。所示。vXvYvORYIOY偏置偏置T1D1T2T3T4T5T6T7T8图10.1.4 10.1.4 单片集成模片集成模拟乘法器乘法器MC1496MC1496电路原理路原理图和管脚和管脚图图10.1.5 变跨跨导乘乘/除法器除法器电路原理路原理图+反双曲正切运算电路反双曲正切运算电路四象限四象限变跨跨导乘法乘法电路路求和求和电路路zA 为了了扩展展输入信号入信号vXvX的的线性范性范围和减少外和减少外围电路元件，在四路元件，在四象限象限变跨跨导乘法器的基乘法器的基础上增上增设了反双曲正切运算了反双曲正切运算电路和求和路和求和电路，路，如如图
8、10.1.510.1.5所示。所示。单片集成乘法器片集成乘法器AD534AD534和和AD734AD734等是按等是按图10.1.510.1.5原理制造的。原理制造的。（10.1.12）（10.1.13）10.1.3 10.1.3 变跨跨导模模拟乘乘/ /除法器除法器由电路可得由电路可得（10.1.12）图10.1.5 变跨跨导乘乘/除法器除法器电路原理路原理图+反双曲正切运算电路反双曲正切运算电路四象限四象限变跨跨导乘法乘法电路路求和求和电路路zA 是运放的是运放的净输入入电压。注意到。注意到v1v1是四象限乘法是四象限乘法电路的路的输入，将入，将10.1.610.1.6和和10.1.710
9、.1.7代入代入10.1.1310.1.13），得），得 （10.1.13）将将10.1.810.1.8和和10.1.1210.1.12代入上式，得代入上式，得（10.1.14）图10.1.5 变跨跨导乘乘/除法器除法器电路原理路原理图+反双曲正切运算电路反双曲正切运算电路四象限四象限变跨跨导乘法乘法电路路求和求和电路路zA再由电路得再由电路得图10.1.5 变跨跨导乘乘/除法器除法器电路原理路原理图+反双曲正切运算电路反双曲正切运算电路四象限四象限变跨跨导乘法乘法电路路求和求和电路路zA由由BJTBJT发射射结的的电压方程方程9.2.3b9.2.3b），并考），并考虑到到T9T9和和T10T
10、10特性一致，得特性一致，得（10.1.15）图10.1.5 变跨跨导乘乘/除法器除法器电路原理路原理图+反双曲正切运算电路反双曲正切运算电路四象限四象限变跨跨导乘法乘法电路路求和求和电路路zAarcth(x)arcth(x)是非是非线性的反双曲正切函数。代入性的反双曲正切函数。代入10.1.1410.1.14），得），得（10.1.16）1 1乘法乘法电路路 令令vo=vZvo=vZ，如，如图10.1.510.1.5中的点化中的点化线所示，所示，则运放运放A A引入引入负反反馈，输入虚短和虚断成立，即入虚短和虚断成立，即v vo=0o=0。代入。代入10.1610.16），得），得图10.1
11、.5 变跨跨导乘乘/除法器除法器电路原理路原理图+反双曲正切运算电路反双曲正切运算电路四象限四象限变跨跨导乘法乘法电路路求和求和电路路zA（10.1.17）（10.1.18）图10.1.5 变跨跨导乘乘/除法器除法器电路原理路原理图+反双曲正切运算电路反双曲正切运算电路四象限四象限变跨跨导乘法乘法电路路求和求和电路路zA 构成乘法构成乘法电路，路，K K是乘法增益，通常是乘法增益，通常设计为K=0.1V-1K=0.1V-1。电路路具有以下特点：具有以下特点：输出出电压vovo与与输入入电压vXvX、vYvY之之积成比例，成比例，vXvX和和vYvY可正可可正可负，是四象限乘法是四象限乘法电路；
12、路；输出出电压与温度无关，温度与温度无关，温度稳定性好；定性好；根据反双曲正切函数的性根据反双曲正切函数的性质可知，要求可知，要求vX/IOXRXvX/IOXRX1 1。最大。最大输入入电压vXmaxvXmaxIOXRX IOXRX ；由由电路可知，路可知，|iY|IOY, |iZ|IOZ,|iY|IOY, |iZ|IOZ,即即|vY|RYIOY,|vZ|RZIOZ|vY|RYIOY,|vZ|0vZ 0的条件下，的条件下，则运放运放A A同同样引入引入负反反馈， v vo=0o=0。代入。代入10.1610.16），得），得（10.1.21）（10.1.22）（10.1.23） 利用利用对数运
13、算数运算电路路则可可实现自自动的非的非线性性压缩，电路路简单。如果需要恢复。如果需要恢复对数数压缩，则可采用指数运算可采用指数运算电路路实施。施。10.2 对数和指数运算电路对数和指数运算电路输出信号与出信号与输入信号的入信号的对数成比例的数成比例的电路称路称为对数数电路。路。输出信号与出信号与输入信号的指数成比例的入信号的指数成比例的电路称路称为指数指数电路。路。 在在现实世界中，一些信号往往具有很世界中，一些信号往往具有很宽的的动态范范围最大最大信号幅度与最小信号幅度之比）。比如雷达、声信号幅度与最小信号幅度之比）。比如雷达、声纳等无等无线电系系统中，中，接收机前端信号接收机前端信号动态范
14、范围可达可达120dB 120dB 以上；光以上；光纤接收器前端的接收器前端的电流流也可从也可从“pApA级到到“mAmA级。 在工程在工程应用中，用中，处理理宽动态范范围的信号的信号时，常常将其，常常将其动态范范围压缩到一个可以到一个可以处理的程度。理的程度。动态范范围的的压缩分分为“线性性压缩和和“非非线性性压缩”。 利用利用压控增益放大器可以控增益放大器可以实现线性性压缩，但必，但必须根据根据输入入信号的信号的电平来控制增益。平来控制增益。 在一定条件下，在一定条件下，PNPN结的的电压是其是其电流的流的对数函数。所以，数函数。所以，在反相比例运算在反相比例运算电路中，用晶体管的路中，用
15、晶体管的发射射结代替反代替反馈电阻阻RfRf，则可可实现对数运算，数运算，电路如路如图10.2.110.2.1所示。所示。10.2.1 10.2.1 对数运算数运算电路路1 1基本基本对数数电路路晶体管的电流和电压方程分别为晶体管的电流和电压方程分别为图10.2.1 10.2.1 基本基本对数数电路路R RR Riicvivo 当输入信号vi0时，vo0，晶体管导通，引入负反馈。所以 当温度一定当温度一定时，温度当量，温度当量电压VTVT和反向和反向饱和和ISIS都是常数，都是常数，则输出出电压是是输入入电压的的对数函数。但是，数函数。但是，输出出电压幅幅值小于小于0.7V0.7V，输入入电压
16、必必须大于大于0 0。但是，。但是，输出出电压幅幅值小于小于0.7V0.7V，输入入电压必必须大于大于0 0。图10.2.1 10.2.1 基本基本对数数电路路图10.2.2 10.2.2 具有温度具有温度补偿的的对数数电路路A1A2vp2vn21 当当环境温度境温度变化化时，VTVT和和ISIS都都变化，故化，故输出出电压随温度随温度变化。具有温度化。具有温度补偿的的对数数电路如路如图10.2.210.2.2所示。所示。运放运放A2A2的同相端和反相端的同相端和反相端电位是位是2 2具有温度具有温度补偿的的对数数电路路 图中中T1T1和和T2T2特性一致，运放特性一致，运放A1A1和和T1T
17、1等等组成基本成基本对数数电路，路，运放运放A2A2、T2T2和和热敏敏电阻阻RtRt等等组成温度成温度补偿及同相放大及同相放大电路。路。由由电路得路得式中去掉了反向式中去掉了反向饱和和电流流ISIS的影响。的影响。如果如果电阻阻R2R2、R3R3和和RtRt选择适当，可在适当，可在工作温度范工作温度范围内抵消内抵消VTVT随温度的随温度的变化。化。故此故此电路不路不仅与温度无关，与温度无关，还扩大了大了输出信号幅度。出信号幅度。单片集成片集成对数放大器数放大器MAX4206MAX4206和和MAX4207MAX4207既是按既是按图10.2.210.2.2原理制造。原理制造。图10.2.3
18、基本指数电路10.2.2 10.2.2 指数运算指数运算电路路 对数的逆运算就是指数运算，或称为反对数运算。在基本对数电路中，将电阻R与晶体管对换，新的电路既是指数电路，如图10.2.3所示。 具有温度补偿的指数电路示于图10.2.4。图中T1和T2特性一致，运放A1、T1和热敏电阻Rt等组成温度补偿及同相放大电路，A2和T2等组成基本反对数电路。当vi0时，三极管导通，所以（10.2.5）即输出电压是输入电压的指数函数，要求0.7V viVT。为了克服温度变化的影响，同样需要进行温度补偿。 具有温度补偿的指数电路示于图10.2.4。图中T1和T2特性一致，运放A1、T1和热敏电阻Rt等组成温
19、度补偿及同相放大电路，A2和T2等组成基本反对数电路。运放A1的同相端和反相端电位是所以由电路得（10.2.6）图10.2.4 具有温度补偿的指数电路 如果电阻R2、R3和Rt选择适当，可在工作温度范围内抵消VT随温度的变化。故此电路不仅与温度无关，还扩大了输入信号幅度。 图10.2.5 对数式乘/除法电路假假设根据根据对数运算的性数运算的性质，得，得 图中中T1T1和和A1A1、T2T2和和A2A2、T3T3和和A3A3组成成3 3个个对数运算数运算电路；路；T4T4和和A4A4组成反成反对数运算数运算电路；路；T1T1、T2T2、T3T3和和T4T4的的发射射结回回路路实现加减运算。加减运
20、算。10.2.3 10.2.3 对数式乘数式乘/ /除法除法电路路 因此，乘除运算可因此，乘除运算可转化化为对数、加减和反数、加减和反对数数运算。运算。 典型典型电路如路如图5.4.15.4.1所示。所示。由由电路，得路，得T1T1、T2T2、T3T3和和T4T4的的发射射结回路的回路的电压方程方程为当全部当全部输入入电压大于大于0 0时，全部二极管截止，那么，全部二极管截止，那么当当 时，晶体管的晶体管的电压方程是方程是图10.2.5 对数式乘/除法电路即所以图10.2.5 对数式乘/除法电路 输出出电压vovo与与输入入电压vxvx、vyvy之之积成正比，与成正比，与输入入电压vzvz成成
21、反比。反比。并且并且vovo与与ISIS和和VTVT无关，即克服了温度无关，即克服了温度变化的影响。化的影响。 留意，留意，该电路要求路要求全部全部输入入电压大于零才大于零才能正常工作，因而是一能正常工作，因而是一象限乘除运算象限乘除运算电路。路。 当当输入入误接，即接，即输入入小于零小于零时，二极管，二极管导通，通，限制运放的限制运放的输出出电压，以，以避免反向避免反向击穿三极管的穿三极管的发射射结。 电容作相位容作相位补偿，以消，以消除自激振除自激振荡。 将双极性将双极性输入信号入信号转换为单极性极性输出信号的出信号的电路称路称为整流整流电路。例如，路。例如，输入入输出关系是出关系是的的电
22、路称路称为半波整流半波整流电路；路；输入入输出关系是出关系是的的电路称路称为全波整流全波整流电路，亦称路，亦称为绝对值电路。路。10.3精密整流电路精密整流电路 整流整流电路利用二极管的路利用二极管的单向向导电性性实现。 对于小信号，如幅于小信号，如幅值小于小于1V1V，二极管的，二极管的导通通压降硅管降硅管约为0.7V0.7V将将产生不能容忍的生不能容忍的误差。而将二极管接入运放的反差。而将二极管接入运放的反馈通路构成精密整流通路构成精密整流则可克服可克服这个缺点。个缺点。图10.3.1 精密半波整流电路D1D2R2R1AvIvOvO1(a) 电路vOvIo(b) 传输特性 当当vI0vI0
23、vO10，二极管，二极管D1D1截止、截止、D2D2导通。通。D2D2和和R2R2对运放引入运放引入负反反馈，反向，反向输入端是虚地，故入端是虚地，故vO=-(R2/R1)vIvO=-(R2/R1)vI。 电路的路的传输特特性如性如图10.3.110.3.1b b所示。所示。10.3.1 10.3.1 精密半波整流精密半波整流电路路 电路如路如图10.3.1(a)10.3.1(a)所示。所示。输入信号通入信号通过电阻接入运放的反阻接入运放的反相端，相端，2 2个二极管接入运放的反个二极管接入运放的反馈通路。通路。 当当vI0vI0时，运放，运放输出出vO10vO10，二极管，二极管D1D1导通
24、、通、D2D2截止。截止。D1D1对运放引入运放引入负反反馈，反向，反向输入端是虚地，故入端是虚地，故vO=0vO=0。 因此，因此，电路将双极性路将双极性输入信号入信号转换为单极性极性输出信号，出信号，即即图10.3.2 精密半波整流电路D1D2R2R1A1vIvOvO1(a) 电路RP2 R3R4R5A2 图10.3.210.3.2中，运放中，运放A1A1、D1D1、D2D2、R1R1和和R2R2组成精密半波整流成精密半波整流电路，运放路，运放A2A2及其外及其外围元件元件组成反相加法器。成反相加法器。反相加法器反相加法器输出出为vO1是精密半波整流电路的输出。所以是精密半波整流电路的输出
25、。所以 选择R4=R3/2R4=R3/2，R1=R2R1=R2，那么，那么代入代入10.3.210.3.2式，式， 10.3.210.3.2精密全波整流精密全波整流电路路（10.3.210.3.2）vOvIo(b) 传输特性 输出出电压与与输入入电压的的绝对值成正比，将双极性成正比，将双极性输入信号入信号转换为单极性极性输出信号。出信号。图10.3.2 精密半波整流电路D1D2R2R1A1vIvOvO1(a) 电路RP2 R3R4R5A2电路的路的传输特性如特性如图10.3.2(b)10.3.2(b)所示。所示。(b) 输入输出波形vO (0)=0vOvIotv图10.4.1 基本峰值检测电路
26、DAvIvO(a) 电路CvO1 获取取输入信号最大入信号最大值的的电路既是峰路既是峰值检测电路或最大路或最大值电路。路。上式中，上式中，vO1vO1是运放是运放输出出电压，AvdAvd是运放的开是运放的开环电压增益，增益，VonVon是是二极管的二极管的导通通压降。所以降。所以 当当vIvOvIvOvIvO时，vO1vO1为正，正，D D导通，通，电容充容充电。输出出电压为电容存容存储检测到的到的输入入电压最大最大值，作，作为电路的路的输出。出。 设电容容电压初始初始值为0 0，输入入输出波形如出波形如图10.4.110.4.1b b）。）。 同同时，运放，运放输入入电阻很大，阻很大，电容容
27、电压保持不保持不变。图10.4.2 实用峰值检测电路D1A1vIvOCvCA2D2R 基本峰基本峰值检测电路的缺点是响路的缺点是响应速度慢。因速度慢。因为在二极管在二极管截止期截止期间，运放，运放负饱和。当和。当vIvOvIvO时，运放必，运放必须先退出先退出负饱和，和，然后，运放的然后，运放的输出出电压由由负电源源电压vO1-VEEvO1-VEE上升至使二上升至使二极管极管导通通vO1 = Von+vIvO1 = Von+vI）。）。 当当vIvO时，时，A1的输出电压使的输出电压使D1截止、截止、D2导通，电容充电。导通，电容充电。等效电路如图等效电路如图10.4.3(a)所示。电阻所示。
28、电阻R使运放使运放A1为负反馈，输出电为负反馈，输出电压为压为解决解决办法是，限制运放法是，限制运放进入入饱和状和状态和和选择输出出电压转换速率大速率大的运放。的运放。 如如图10.4.210.4.2所示。运放所示。运放A2A2连接成接成电压跟随器，即跟随器，即vO= vCvO= vC。D1A1vIvOCvCA2D2RVon（avI vO时的等效电路 当当vIvOvIvO时，A1A1的的输出出电压使使D1D1导通、通、D2D2截止，等效截止，等效电路如路如图10.4.3(b)10.4.3(b)所示。所示。电阻阻R R和二极管和二极管D1D1使运放使运放A1A1为负反反馈，电容放容放电的等效的等
29、效电阻很大，阻很大，电容容电压保持不保持不变。 除了响除了响应速度快以外，速度快以外，图10.4.210.4.2电路路还实现了了负载隔离。隔离。 在在电容容电压初始初始值为0 0时，输入入输出波形与出波形与图10.4.110.4.1b b一一样。D1A1vIvOCvCA2D2Von（bvI vnvpvn，开关，开关S S与正与正饱和和输出出电压VOsat+VOsat+相相连； 如果如果vpvnvpVRvIVR时，运放，运放输出高出高电平平VOHVOH； 当当vIVRvIVR时，运放，运放输出低出低电平平VOLVOL。即。即vOvI(c) 同相传输特性VOHVOLoVT =VR输入入电压下降越下
30、降越过阈值电压VTVT时，输出出电压由由VOHVOH负跳跳变到到VOLVOL。传输特性如特性如图10.5.1 (c)10.5.1 (c)所示。所示。阈值电压或门限电压阈值电压或门限电压VT。在图。在图a中，中，VT=VR。阈值电压或门阈值电压或门限电压限电压VT：输入入电压上升越上升越过阈值电压VTVT时，输出出电压由由VOLVOL正跳正跳变到到VOHVOH； 当当VR=0VR=0时，VT=0VT=0，输出出电压在在输入入电压过零零时跳跳变，所以，所以称称为过零比零比较器。器。传输特性反映了特性反映了电路的功能。路的功能。传输特性具有特性具有3 3个要素：个要素： 1. 1.输出高出高电平平V
31、OHVOH和和输出低出低电平平VOLVOL：图10.5.110.5.1电路的高低路的高低电平与运放的平与运放的饱和和电压有关；有关； 2. 2.输入入阈值电压VTVT：使运放同相端：使运放同相端电位位vpvp和反相端和反相端电位位vnvn相等的相等的输入入电压既是既是阈值电压； 3. 3.输出出电压跳跳变方向：判断方向：判断输入入电压上升越上升越过阈值电压时输出出电压的跳的跳变方向，即可确定方向，即可确定传输特性。特性。 输入入电压接入运放的同相端，接入运放的同相端，则输入入电压上升越上升越过阈值电压VTVT时，输出出电压产生正跳生正跳变同相比同相比较器）。器）。 输入入电压接入运放的反相端，
32、接入运放的反相端，则输入入电压上升越上升越过阈值电压VTVT时，输出出电压产生生负跳跳变反相比反相比较器）。器）。集成：图10.5.3反相过零比较器vIvOARD1D2 当当vI0vI0时，运放，运放输出出电压上升至上升至Von+VZ1Von+VZ1时，D2D2正向正向导通、通、D1D1击穿穿稳压，引入，引入负反反馈，输出出电压为Von+VZ1Von+VZ1，运放不能，运放不能进入正入正饱和；和；反相反相过零比零比较器器 如如图10.5.310.5.3所示，所示，图中增加了中增加了稳压二极管二极管D1D1和和D2D2组成的限幅成的限幅电路。路。 在在稳压管的管的稳定定电压满足足Von+VZ1V
33、Osat+Von+VZ1VOsat+和和Von+VZ2|VOsat-Von+VZ20vI0时，运放，运放输出出电压下降至下降至-(Von+VZ2)-(Von+VZ2)时，D1D1正向正向导通、通、D2D2击穿穿稳压，引入，引入负反反馈，输出出电压为-(Von+VZ2)-(Von+VZ2)，运放不能，运放不能进入入负饱和。即和。即 因因为运放退出运放退出饱和状和状态需要需要较长时间，所以限制运放，所以限制运放进入入饱和状和状态可以提高可以提高电路的响路的响应速度。速度。图10.5.4反相过零比较器的输入输出波形vIVOHovOtVOLot 例如，当输入为正弦波时，同相过零比较器输出电压为方波，如
34、图10.5.4所示。如果运放如果运放饱和，和，则需增加运放退出需增加运放退出饱和的和的时间。例如例如图10.5.3 10.5.3 的运放是的运放是LM741LM741，其，其SR=0.5V/SSR=0.5V/S；对顶稳压管的管的稳定定电压为10V10V，那么，那么因此，通用运放因此，通用运放组成的比成的比较器响器响应速速度很慢。度很慢。波形波形变换在在过零附近，零附近，输出出电压上升或下降的上升或下降的时间( (响响应时间) )近似近似为运放输出电压运放输出电压的转换速率的转换速率10.5.2 10.5.2 集成电压比较器集成电压比较器T1T1、T2T2、T3T3和和T4T4组成复合共射极差分
35、放大成复合共射极差分放大电路，路，T5T5和和T6T6是是有源有源负载，I1I1是差放的是差放的电流源；由于流源；由于T1T1和和T4T4的静的静态电流流仅为10A10A，它，它们的的输入入电阻阻rberbe可达可达100k100k以上，使整个以上，使整个电路的路的输入入电阻很阻很大，大，输入入电流近似流近似为零虚断）。零虚断）。T3T3和和电流源流源I2I2是共射极放大是共射极放大电路。路。T8T8和外接上拉和外接上拉电阻阻R R组成反相器，成反相器，T8T8工作在开关状工作在开关状态，即，即饱和和导通或者截止。通或者截止。LM193/293/393LM193/293/393的的电源源电压范
36、范围宽，（，（VCC-VSSVCC-VSS在在236V236V之之间。电源源电压不影响不影响2 2个个电流源的流源的电流大小，工作流大小，工作稳定。定。VSSVSS通常通常接地，也可以接接地，也可以接负电源。源。LM193/293/393LM193/293/393的响的响应时间可达可达0.3S0.3S。为了提高比了提高比较器的响器的响应速度，可采用速度，可采用专用的集成用的集成电压比比较器。器。 图10.5.510.5.5是集成是集成电压比比较器器LM193/293/393LM193/293/393的的电路原理路原理图、管脚管脚图和和连接成反相接成反相电压比比较器。器。图10.5.5 集成电压
37、比较器LM193/293/393电路原理图、管脚图和反相电压比较器VSSvIvOVRIN+IN-VSSVCCLM393R 10kVSST2T1T5T3T6T4T7T8D3D1D4D2I1I2 T1 T1、T2T2、T3T3和和T4T4组成复合共射极差分放大成复合共射极差分放大电路，路，T5T5和和T6T6是是有源有源负载，I1I1是差放的是差放的电流源；流源；图10.5.5 集成电压比较器LM193/293/393电路原理图、管脚图和反相电压比较器VSSvIvOVRIN+IN-VSSVCCLM393R 10kVSST2T1T5T3T6T4T7T8D3D1D4D2I1I2 LM193/293/3
38、93 LM193/293/393的的电源源电压范范围宽，（，（VCC-VSSVCC-VSS在在236V236V之之间。电源源电压不影响不影响2 2个个电流源的流源的电流大小，工作流大小，工作稳定。定。VSSVSS通通常接地，也可以接常接地，也可以接负电源。源。LM193/293/393LM193/293/393的响的响应时间可达可达0.3S0.3S。 由于由于T1T1和和T4T4的静的静态电流流仅为10A10A，它，它们的的输入入电阻阻rberbe可可达达100k100k以上，使整个以上，使整个电路的路的输入入电阻很大，阻很大，输入入电流近似流近似为零零虚断）。虚断）。（T3T3） T7 T7
39、和和电流源流源I2I2是共射极放大是共射极放大电路。路。 T8 T8和外接上拉和外接上拉电阻阻R R组成反相器，成反相器，T8T8工作在开关状工作在开关状态，即，即饱和和导通或者截止。通或者截止。图10.5.5 集成电压比较器LM193/293/393电路原理图、管脚图和反相电压比较器VSSvIvOVRIN+IN-VSSVCCLM393R 10kVSST2T1T5T3T6T4T7T8D3D1D4D2I1I2 LM193/293/393 LM193/293/393的的电源源电压范范围宽，（，（VCC-VSSVCC-VSS在在236V236V之之间。电源源电压不影响不影响2 2个个电流源的流源的电
40、流大小，工作流大小，工作稳定。定。 VSS VSS通常接地，也可以接通常接地，也可以接负电源。源。 LM193/293/393 LM193/293/393的响的响应时间可达可达0.3S0.3S。 具有选通输入的集成电压比较器可以选择工作态和禁止态。具有选通输入的集成电压比较器可以选择工作态和禁止态。工作态是指电路按电压传输特性工作。禁止态指电路不再按电压工作态是指电路按电压传输特性工作。禁止态指电路不再按电压传输特性工作，从输出端看进去相当于开路，即处于高阻状态。传输特性工作，从输出端看进去相当于开路，即处于高阻状态。集成电压比较器的分类：集成电压比较器的分类：1.按一个器件在同一个封装内上所
41、含有电压比较器的个数，按一个器件在同一个封装内上所含有电压比较器的个数，可分为单、双和四电压比较器；可分为单、双和四电压比较器；2.按功能，可分为通用型、高速型、低功耗型、低电压型和高精按功能，可分为通用型、高速型、低功耗型、低电压型和高精度型电压比较器；度型电压比较器；3.按输出方式，可分为普通、集电极或漏极开路输出或互补按输出方式，可分为普通、集电极或漏极开路输出或互补输出三种情况。输出三种情况。 集电极或漏极开路输出电路必须在输出端接一个电阻至电集电极或漏极开路输出电路必须在输出端接一个电阻至电源。互补输出电路有两个输出端，若一个为高电平，则另一个必为源。互补输出电路有两个输出端，若一个为高电平，则另一个必为低电平。低电平。4.具有选通输入和无选通输入的集成电压比较器。具有选通输入和无选通输入的集成电压比较器。集成集成电压比比较器的特点：器的特点：1.1.比通用集成运放的开比通用集成运放的开环增益低，失增益低，失调电压大，共模抑制比小；大，共模抑制比小；2.2.响响应速度快，速度快，传输延延迟时间短，而且不需外加限幅短，而且不需外加限幅电路就可直路就可直接接驱动TTLTTL、CMOSCMOS和和ECLECL等集成数字等集成数字电路；路；3.3.有些芯片有些芯片带负载能力很能力很强，还可直接可直接驱动继电器和指示灯。器和指示灯。10.5.3 10.5.3 迟滞比滞比较器器
