模电电压比较器弛张振荡器及模拟开关
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则 随 着 ui 的 变 化 ， 输 出 矩 形 波 的脉宽也随之变化，从而实现
脉宽调制。
例3.1.1 电路和输入信号如图，试分别画出uo1和uo2的波形。
R2
R1 10k
10F
10k 12V
-
A1
+
R
uo1 3k
+
12V
A2
uo
ui
+ -
C
解：
R
50k
-12V
-
U r 2V
-12V
隔直
三、迟滞比较器——正反馈比较器——
uo
uo
U ຫໍສະໝຸດ BaiduH uo
0
ui +
U rH
UrL 0
ui
U
UrL 0
ui
U rH
U oL
回差电压：
U
UTH
U TL
2R1 R1 R2
U CC
2)
R2
同相输入迟滞比较器电路如图
ui 0
uo 0
ui
R1
+
A
-
uo
uo U oL U EE
当 ui 极性变正且同相端电压U+=U-=0时，输出状态才可
第三章 电压比较器、弛张振荡器及模 拟开关
本章重点介绍电压比较器、弛张振荡器，简单介绍模拟 开关。
3.1 电压比较器 3.2 弛张振荡器 3.3 单片集成专用电压比较器 3.4 模拟开关
3.1 电 压 比 较
电压比较器广泛用于“电压比较”、“电平鉴定”、 “波形整形”、“波形产生”、“脉冲调宽”、“判决电 路”以及“模/数变换”等。
-12V
12V
-
+ A2
uo2
-12V
ui 1.6V
t
0
-1.6V
10 k 10 k
解： 1、电路组态分析
ui
1.6V
t
0
A1组成反相比例放大器
-1.6V
A2组成反相输入迟滞比较器
uo1 UTH=6V
8V
t
uo1 5 ui 8sin t
0
UTL=-6V
-8V
U TH
10k 10k 10k
U
CC
电压比较器的传输特性
电压比较器一般是开环工作，其增益很大。
电压比较器的输入输出关系：
uo
uoL uoH
ui ur ui ur
电压比较器的输出要么为 高电平“1”，要么为低 电平“0”，因此电压比 较器可作为模/数转换器。
电压比较器的性能指标
1、 高电平(UoH)和低电平(UoL)
uoH UCC
状 态记 忆 单元
定 时单 元
弛张振荡器框图
一、单运放弛张振荡器
单运放将状态记忆电路和定时电路集中在一起，如图所示
R
uo(t) uc(t)
UCC
-
+ A1
UoH
uo
R2 R1+R2
UoH
uc(t) t2
t
uC = C
-UEE
R1
R2 R1+R2
UoH
R2
0
R2 R1+R2
UoL
UoL
T/2 t1 T T2 T1
1、
uo
ui ur
干扰
t 0
t
0
uo
错误跳变
t 0
存在问题： 一是压摆率的限制，导致高频脉冲的边缘不够陡峭 二是抗干扰能力差
2、迟滞比较器电路及传输特性
在简单比较器中引入正反馈，构成所谓“迟滞比较器”。
1)
电源供电电压UCC 和 -UEE
ui 0
uo 0
uo U oH U CC
ui
R
-
A
uo
+
U r1
Uf1
R1 R1 R2
U oH
R1 R1 R2
U CC
uf R1
R2
当ui由负逐渐向正变化，且ui=Uf=Ur1时，输出由高电平转换 为低电平。称uo 从高到低所对应的 ui 转换电平为上门限电平UTH
U TH
U r1
R1 R1 R2
U oH
R1 R1 R2
U CC
此后 ui 继续增大， uo 一直维持在低电平。此时参考电压为：
6V
uo2
U TL
10k 10k 10k
U
EE
6V
0
t
3.2 弛 张 振 荡
弛张振荡器是方波-三角波产生器，对于方波信号，其状 态有时维持不变，有时发生突跳。为区别正弦振荡器而称之为 弛张振荡器。
电路特点：正反馈电路，由两部分组成：一部分为状态记 忆电路，一部分为定时电路，用来控制状态转换的时间。
单运放弛张振荡器及其波形
单运放弛张振荡器特性分析
假定输出为高电平，且电容出示电压为 uc(0)=0，则电容按 指数规律充电，并趋向UoH，此时U+为：
U
F正U oH
R2 R1 R2
U oH
R2 R1 R2
U CC
比较器参考 电压
当uC上升到该电平值时，即U-=U+，则输出状态要发生翻转，
换速度与器件压摆率SR有关， SR越大，输出状态转换所 需的时间就越短，比较器的转换速度越高。
二、电压比较器的开环应用––简单比较器
1.
2.
这种电路可做为零电平检 测器。该电路也可用于“整 形”，将不规则的输入波形 整形成规则的矩形波。
若参考信号ur为三角波，而输入 信 号 ui 为 缓 变 信 号 ， 如 经 传 感 器变换的温度、压力等信号，
迟滞比较器的特点： 1、具有很强的抗干扰能力 2、正反馈加速了状态转换，改善了输出波形的边缘 3、具有两个状态，且具有记忆功能 迟滞比较器又称为施密特触发器或者双稳态电路。
例3.1.2 电路如图(a)，输入波形如图(b)，试画出uo1和uo2 的波形。
ui
R1
1k
R2
5 k 12V
-
3k
+ A1
uo1
电路特点：开环或者引入正反馈，总体放大器工作于“非 线性”状态，“虚短路”和“虚地”概念不适用。 一、电压比较器的基本特性
功能：电压比较器的功能是比较两个输入电压的大小， 据此决定输出是高电平还是低电平。
输出：比较器输出只有两个状态， “1”或是“0” 。
电压比较器的符号及传输特性
电压比较器的符号
能由负UOL 向正UOH 发生跳变。
即：
R2 R1 R2
Ui
R1 R1 R2
Uo
0
R2 R1 R2
U TH
R1 R1 R2
Uo
0
U TH
R1 R2
U OL
R1 R2
U EE
U oH uo
UrL 0
ui
U rH
U oL
同相输入迟滞比较器传输特性
同理：
U TL
R1 R2
U OH
R1 R2
U CC
U r2
Uf1
R1 R1 R2
U oL
R1 R1 R2
U EE
由于参考电位的变化，若输入一直为正，则输出不再发
生变化，只有当输入比参考电位更负，输出才发生跳变，由
低电平变为高电平。此时对应的参考电位为下门限电平UTL。
U TL
Ur2
R1 R1 R2
U EE
综上所述，迟滞比较器的传输特性如图
uoL U EE
专用比较器的输出电平：
uoH 3.4 V 2、
uoL 0.4 V
uidm ax
U CC Aud
uidm in
U EE Aud
uid (uidmin, uidmax) uo (UoL , UoH ) （不灵敏区）
3.转换速度：比较器的输出状态产生转换所需的时间
一般要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。转
脉宽调制。
例3.1.1 电路和输入信号如图，试分别画出uo1和uo2的波形。
R2
R1 10k
10F
10k 12V
-
A1
+
R
uo1 3k
+
12V
A2
uo
ui
+ -
C
解：
R
50k
-12V
-
U r 2V
-12V
隔直
三、迟滞比较器——正反馈比较器——
uo
uo
U ຫໍສະໝຸດ BaiduH uo
0
ui +
U rH
UrL 0
ui
U
UrL 0
ui
U rH
U oL
回差电压：
U
UTH
U TL
2R1 R1 R2
U CC
2)
R2
同相输入迟滞比较器电路如图
ui 0
uo 0
ui
R1
+
A
-
uo
uo U oL U EE
当 ui 极性变正且同相端电压U+=U-=0时，输出状态才可
第三章 电压比较器、弛张振荡器及模 拟开关
本章重点介绍电压比较器、弛张振荡器，简单介绍模拟 开关。
3.1 电压比较器 3.2 弛张振荡器 3.3 单片集成专用电压比较器 3.4 模拟开关
3.1 电 压 比 较
电压比较器广泛用于“电压比较”、“电平鉴定”、 “波形整形”、“波形产生”、“脉冲调宽”、“判决电 路”以及“模/数变换”等。
-12V
12V
-
+ A2
uo2
-12V
ui 1.6V
t
0
-1.6V
10 k 10 k
解： 1、电路组态分析
ui
1.6V
t
0
A1组成反相比例放大器
-1.6V
A2组成反相输入迟滞比较器
uo1 UTH=6V
8V
t
uo1 5 ui 8sin t
0
UTL=-6V
-8V
U TH
10k 10k 10k
U
CC
电压比较器的传输特性
电压比较器一般是开环工作，其增益很大。
电压比较器的输入输出关系：
uo
uoL uoH
ui ur ui ur
电压比较器的输出要么为 高电平“1”，要么为低 电平“0”，因此电压比 较器可作为模/数转换器。
电压比较器的性能指标
1、 高电平(UoH)和低电平(UoL)
uoH UCC
状 态记 忆 单元
定 时单 元
弛张振荡器框图
一、单运放弛张振荡器
单运放将状态记忆电路和定时电路集中在一起，如图所示
R
uo(t) uc(t)
UCC
-
+ A1
UoH
uo
R2 R1+R2
UoH
uc(t) t2
t
uC = C
-UEE
R1
R2 R1+R2
UoH
R2
0
R2 R1+R2
UoL
UoL
T/2 t1 T T2 T1
1、
uo
ui ur
干扰
t 0
t
0
uo
错误跳变
t 0
存在问题： 一是压摆率的限制，导致高频脉冲的边缘不够陡峭 二是抗干扰能力差
2、迟滞比较器电路及传输特性
在简单比较器中引入正反馈，构成所谓“迟滞比较器”。
1)
电源供电电压UCC 和 -UEE
ui 0
uo 0
uo U oH U CC
ui
R
-
A
uo
+
U r1
Uf1
R1 R1 R2
U oH
R1 R1 R2
U CC
uf R1
R2
当ui由负逐渐向正变化，且ui=Uf=Ur1时，输出由高电平转换 为低电平。称uo 从高到低所对应的 ui 转换电平为上门限电平UTH
U TH
U r1
R1 R1 R2
U oH
R1 R1 R2
U CC
此后 ui 继续增大， uo 一直维持在低电平。此时参考电压为：
6V
uo2
U TL
10k 10k 10k
U
EE
6V
0
t
3.2 弛 张 振 荡
弛张振荡器是方波-三角波产生器，对于方波信号，其状 态有时维持不变，有时发生突跳。为区别正弦振荡器而称之为 弛张振荡器。
电路特点：正反馈电路，由两部分组成：一部分为状态记 忆电路，一部分为定时电路，用来控制状态转换的时间。
单运放弛张振荡器及其波形
单运放弛张振荡器特性分析
假定输出为高电平，且电容出示电压为 uc(0)=0，则电容按 指数规律充电，并趋向UoH，此时U+为：
U
F正U oH
R2 R1 R2
U oH
R2 R1 R2
U CC
比较器参考 电压
当uC上升到该电平值时，即U-=U+，则输出状态要发生翻转，
换速度与器件压摆率SR有关， SR越大，输出状态转换所 需的时间就越短，比较器的转换速度越高。
二、电压比较器的开环应用––简单比较器
1.
2.
这种电路可做为零电平检 测器。该电路也可用于“整 形”，将不规则的输入波形 整形成规则的矩形波。
若参考信号ur为三角波，而输入 信 号 ui 为 缓 变 信 号 ， 如 经 传 感 器变换的温度、压力等信号，
迟滞比较器的特点： 1、具有很强的抗干扰能力 2、正反馈加速了状态转换，改善了输出波形的边缘 3、具有两个状态，且具有记忆功能 迟滞比较器又称为施密特触发器或者双稳态电路。
例3.1.2 电路如图(a)，输入波形如图(b)，试画出uo1和uo2 的波形。
ui
R1
1k
R2
5 k 12V
-
3k
+ A1
uo1
电路特点：开环或者引入正反馈，总体放大器工作于“非 线性”状态，“虚短路”和“虚地”概念不适用。 一、电压比较器的基本特性
功能：电压比较器的功能是比较两个输入电压的大小， 据此决定输出是高电平还是低电平。
输出：比较器输出只有两个状态， “1”或是“0” 。
电压比较器的符号及传输特性
电压比较器的符号
能由负UOL 向正UOH 发生跳变。
即：
R2 R1 R2
Ui
R1 R1 R2
Uo
0
R2 R1 R2
U TH
R1 R1 R2
Uo
0
U TH
R1 R2
U OL
R1 R2
U EE
U oH uo
UrL 0
ui
U rH
U oL
同相输入迟滞比较器传输特性
同理：
U TL
R1 R2
U OH
R1 R2
U CC
U r2
Uf1
R1 R1 R2
U oL
R1 R1 R2
U EE
由于参考电位的变化，若输入一直为正，则输出不再发
生变化，只有当输入比参考电位更负，输出才发生跳变，由
低电平变为高电平。此时对应的参考电位为下门限电平UTL。
U TL
Ur2
R1 R1 R2
U EE
综上所述，迟滞比较器的传输特性如图
uoL U EE
专用比较器的输出电平：
uoH 3.4 V 2、
uoL 0.4 V
uidm ax
U CC Aud
uidm in
U EE Aud
uid (uidmin, uidmax) uo (UoL , UoH ) （不灵敏区）
3.转换速度：比较器的输出状态产生转换所需的时间
一般要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。转