第八章 功率放大电路 华成英

如图（a）所示，试求解图（b）～（e）个电路的
电压传输特性。
讨论三：已知各电压比较器的电压传输特性如图所 示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压为 5sint(V)，画出各电路输出电压的波形。
反相输入 滞回比较器
同相输入 单限比较器
窗口 比较器
你能分别 组成具有图 示电压传输 特性的电压 比较器电路 吗？
电压比较器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， 在测量和控制中有着相当广泛的应用。
8.2.1 概述
1、电压比较器的功能及特点 ①比较电压的大小，广泛用于各种报警电路。 ②输入电压是连续的模拟信号； ③输出电压表示比较的结果，只有高电平和低
电平两种情况。
使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压UT (UTH)。
2、一般单限比较器
R2 R1 uN U REF uI R1 R2 R1 R2 令uN uP 0, 得
R2 U T U REF R1
U O U Z
1) 若要改变UT的大小和极性，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？
2、电压比较器的描述方法 : ①电压传输特性：电压比较器的输出电压uO与 输入电压uI的函数关系，即： uO＝f(uI) ②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、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
1 Uf 1 jC Uo R 1 1 j RC 在频率从0～∞ jC 中必有一个频率f0， 1 o。 arctan( RC ) φF＝0 2 1 ( RC )
RC串并联选频网络的频率响应
Uf F Uo R R∥ 1 j C 1 j C 1 j C
况，称为两种状态；因而采用电压比较器。 2) 反馈网络：自控，在输出为某一状态时孕育
翻转成另一状态的条件。应引入反馈。
3) 延迟环节：使得两个状态均维持一定的时间，
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uO的跃变方向。
8.2.3、滞回比较器
单限比较器中，uI在UT附近的任何微小变化，都将
引起uO的跃变，不管这种变化来源于输入信号还是外
集成运放的净输入电压最大值变为±UD。
③输出限幅过零比较器
为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。 1）开环型 UOH＝＋ UZ1＋ UD2 UOL＝－( UZ2 ＋ UD1)
不可缺少！
UOH＝ UZ UOL＝－ UD
UOH＝ － UOL＝ UZ
2)闭环型
uO＝± UZ
特点： i) 保护输入端，净输入电压为零。 ii) 集成运放工作在线性区，输入电压过零时， 内部晶体管不需在饱和区和截止区间切换，提 高了输出电压的变化速度。
2. 起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到
仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。
很多种频率
频率逐渐变 为单一
振幅越来越大
电路如何从起振到稳幅？
AF 1
Xo
稳定的 振幅
Xo
F
A
A F
非线性环节 的必要性！
A F
o
Xf (Xi )
3. 正弦波振荡电路的组成
1）放大电路：放大作用 2）正反馈网络：满足相位条件 3）选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡 4）非线性环节（稳幅环节）：稳幅
几种集成比较器的主要参数
型号 AD790(单) LM119(双) LM193(双) 工作电源/V 2~36V或 ±1~±18V +5V或 ±15V 2~36V或 ± 1~±18V 正电源 负电源 响应时 电流/mA 电流/mA 间/ns 10 8 2.5 5 3 45 80 300 输出方式 TTL/CMOS OC，发射 极浮动 OC 类型 通用 通用 通用
讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。
uI
A
UREF
uo
8.3 非正弦波发生电路
矩形波 三角波 锯齿波
尖顶波
阶梯波
矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波 形。
8.3.1、矩形波发生电路 输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时定
义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。
一、基本组成部分
1) 开关电路：输出只有高电平和低电平两种情
讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性？
1、若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修 改电路？ 在R1的接地端变成接 f (U REF ) R1 U T U Z R1 R2 f (U REF ) 某一参考电压UREF。
2、若要电压传输特性曲线上
下移动，则应如何修改电路？ 改变输出限幅电路，即稳
1、过零比较器 ①基本过零比较器
1）UT＝0 2）UOH＝+UOM， UOL＝-UOM 3）uI > 0 时 uO ＝-UOM， uI < 0 时 uO ＝+UOM。 只需将输入端和接地端互换就可改变输出电压的 跃变方向。
②输入限幅过零比较器 集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集
成运放的输入端，需加输入端限幅电路。
8.2.5、集成电压比较器 因电压比较器的输出只有高、低电平两种信号， 故可作为模数电路的接口电路。和集成运放比，集 成电压比较器的开环增益低，失调电压大，KCMR
小；但其响应速度快，传输延迟时间短，而且一般
不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和 ECL等集成数字电路；有些芯片带负载能力很强， 还可直接驱动继电器和指示灯。
8.1.2 RC 正弦波振荡电路
1、RC串并联选频网络
①低频段
f 0，U f 0， F 90
Uf R j RC 1 Uo R 1 j RC jC RC 900 arctan( RC ) 1 ( RC ) 2
②高频段
f ， f 0， F 90 U
8.1.1 正弦波振荡的条件和电路的组成
无外加信号，输出一定频率、一定幅值的信号。 与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡 电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。
在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈： X o X i' X o
由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最 终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。
压管的稳压值。
3、若要改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃 变方向，则应如何修改电路？ 改变输入信号的作用点，即同相端还是反相端。
8.2.4、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。
从其传输特性看，中间如同开了一个窗口，因 此得名。
工作原理： ①当uI>URH时，uO1=UOM，uO2=－UOM，D1导
第八章 波形的发生和信号的转换
8.1 正弦波振荡电路
8.2 电压比较器 8.3 非正弦波发生电路 8.4 利用集成运放实现的信号转换电路
§8.1 正弦波振荡电路
8.1.1 正弦波振荡的条件和电路的组成
8.1.2 RC正弦波振荡电路 *8.1.3 LC正弦波振荡电路
*8.1.4 石英晶体正弦波振荡电路
部干扰。因此单限比较器灵敏但抗干扰能力差。 滞回比较器具有滞回特
性，即惯性。它有两个阈
值电压，uI的变化方向不同， 阈值电压也不同，但uI单调 变化时uO只跃变一次。
1、阈值电压
U OL U Z U OH U Z
u N uI R1 uP uO R1 R2
回差电压 令uP＝ uN
集成运放工作在非线性区 的特点: 1）净输入电流为0 2）uP> uN时，uO＝＋UOM； uP< uN时，uO＝－UOM。
8.2.2 单限比较器
单限比较器只有一个阈值电压，uI逐渐增大或减 小过程中，当通过UT时，uO产生跃变，从高电平 UOH跃变为低电平UOL，或者从UOL跃变为UOH 。 电压传输特性： 分类： 过零比较器和 一般比较器。
R1 UT U Z R1 R2
U U T1 U T2
2、工作原理及电压传输特性 正反馈还是负反馈？作用？
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。
分类：
按内部比较器的数目分，有单、双和四电压比较 器；按功能分，有通用型、高速型、低功耗型、低 电压型和高精度型电压比较器；按输出方式分，有 普通、OC(或OD) 输出或互补输出三种。OC(或OD) 输出使用时需加上拉电阻。互补输出有两个输出端， 同一时刻，当一个输出为高电平，则另一个输出端 必为低电平。 还有的电压比较器具有选通端，用来控制电路是 处于工作状态还是禁止状态。工作时，处于高或低 电平状态，禁止时处于高阻状态，是一种三态比较 器。
＋R ∥
F
1 1 3 j( RC ) j( 0 ) f0 f
当 f=f0时，不但φ=0，且 F 最大，为1/3，即在 RC正弦波振荡电路发生正弦波振荡时，所对 应的反馈系数。
§8.2 电压比较器
8.2.1 概述 8.2.2 单限比较器 8.2.3 滞回比较器 8.2.4 窗口比较器 8.2.5 集成电压比较器
通，D2截止； uO= UZ。