模块十四放大器的非线性应用.ppt

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人民邮电出版社
2022 - 2023
#2022
主要内容
重点
单值电压比较器的工作原理及电压传输特性
迟滞电压比较器的工作原理及电压传输特性
单值电压比较器的工作原理及电压传输特性
迟滞电压比较器的工作原理及电压传输特性
知识模块十四 放大器的非线性应用
一、单值电压比较器
1．过零电压比较器
图14-1（a）为一种电压比较器，ui 为待比较的输入电压。同相输入端电压为零，即参考电压
UREF =0，由于集成运放工作在开环状态，所以当 ui ＞0时，运放输出为负的最大值，即
UOL=-UOmax ，当ui ＜0时，运放输出为正的最大值，即UOH=UOmax 。从图14-1（a）中
可见，运放的状态在ui =0时翻转,因此，该电路称为过零电压比较器。

（a）电路图 （b）电压传输特性
图14-1 过零电压比较器
若以输入电压为横坐标，输出电压为纵坐标，可画出输出电压随输入电压变化的关系曲线，
称之为传输特性。过零比较器的传输特性如图14-1（b）所示。
2．非零电压比较器
如果将参考电压UREF 接在运算放大器的反相输入端，待比较的输入电压
ui接到同相输入端，构成如图14-2所示的同相输入单限电压比较器。图中
输出端所接稳压管用以限定输出电压高低电平幅度，R为稳压管限流电阻。
当ui ＞UREF  时，输出为高电平，UOH=UZ当 ui ＜UREF 时，输出为低
电平UOH=-UZ ， 从图中可见，由于 ui 从同相端输入且只有一个门限，故
称为同相输入单限电压比较器；反之，当ui 由反相端输入，UREF 改接到
同相端，则称为反相输入单限电压比较器。
（a）电路 (b)传输特性
图14-2 同相输入单限电压比较器
为-6V，；当输入电压大于2V时，输出为低电平。
【】设计一个电压比较器，UREF=2V，要求如下：输出低电平约
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端，同相输入端加2V的参考电压。又因输出低电平约为-6V，输出高电平
，故可采用具有限幅作用的硅稳压管接在输出端，它的稳定电压
为6V。当输出高电平时，稳压管作普通二极管使用，其导通电压约为
7V，；当输出低电平时，稳压管稳定电压为6V，故输
出电压为-6V。综上所述，满足设计要求的电路如图14-3所示。
图14-3
【解】因输入电压大于2V时，输出为低电平。故输入信号应加在反相输入
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二、迟滞电压比较器
单门限比较电路结构简单，但抗干扰能力差，例如当输入信号受干扰在门
限电压附近变化时，则输出电压就会反复从一个电平转换到另一个电平，
若用这样的信号去控制用电器，则会使之频繁动作，造成错误控制。为
了提高电路抗干扰能力，可以取两个门限电压的电压比较器即迟滞电压比
较器。迟滞电压比较器电路如图14-4所示。

（a）电路图 (b)电压传输特性
图14-4 迟滞电压比较器
由图(a)可知

式中：uo=±UZ，与前面的电路相比，参考电压UREF是变化的。设输入电压ui很
小，电路输出高电位UOH=+ UZ，此时参考电位为

　　
输入电压ui增加时，只要小于参考电压u+，输出电压uo保持UOH=+ UZ不变；当输
入电压增加到大于参考电压u+时，输出电压由高电位UOH跃变到低电位UOL=-
UZ，此时参考电压也跃变为

当电路输出UOL=- UZ后，如输入电压ui减小时，只要大于参考电压，输出电压uo
保持UOL=- UZ不变；当输入电压减小到小于参考电压时，输出电压由低电位UOL
跃变到高电位UOH=+ UZ，此时参考电压也跃变。以后的过程周而复始。
当输出为+UZ时，　　　　　　　 ，称为上限阈值电压；当输出为-
UZ时，　　　　　　　 ，称为下限阈值电压 。 两个阈值的差称为回差
电压，即 ，调节R2、R3的比值，可改变回差电压值。回差电
压大，抗干扰能力强，延时增加。实用中，就是通过调整回差电压来改变
电路某些性能的。

【】电路如图14-5（a）所示，试求上、下限阈值电压，并画出电压
传输特性。
　　　　　
（a）电路图 　　　　　　（b）电压传输特性
图14-5
【解】由电路可知，当反相输入端电压低于同相输入端电压时，输出电压
被双向稳压管箝位于在高电平6V。此时，同相输入端电压即为上限阈值电
压
当 V时，输出电压由高电平6V跳变为被双向稳压管箝位的低电平 V。
此时，同相输入端电压跳变为下限阈值电压
故当反相输入端电压 V时，输出电压由低电平 -6V跳变为高电平6V。
电压传输特性如图（b）所示。
图14-6 比较器的应用原理图
比较器的应用
比较器主要用在测量电路、自动控制、越限报警、波形变化及对输入波形
进行整形，对输入波形进行整形可以将不规则的输入波形整形为方波输出,
其原理图如图14-6所示:
正弦波变换为矩形波 (b) 有干扰正弦波变换为方波
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