第三章常用集成电路简介

当uI<URH时，uO2=－ uO1= UOM，D2 导通，D1截止；uO= UZ 。
当URL<uI< URH时， uO1= uO2= －
UOM，D1、D2均截止； uO= 0。
集成比较器
某型号集成比较器的等效电路
⑧ ③
VCC
⑦
③


① ⑦
③ ②

⑦ ①
②
VEE
②
④ ① 特点： 1. 无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平； 2. 可直接驱动集成数字电路； 3. 响应速度快； 4. 可具有选通端； 5. 电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。
讨论二
已知某型号集成电压比较器内部等效电路如图（a）所示，试求解图 （b）～（e）各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5sinωt (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
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？
例
电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和图 c所示输入信号下的输出电 压波形。
解： （1）门限电压
VREF 0
VO 10V
VT VT
RV R1VREF 2 OH 5V R1 R2 R1 R2 RV R1VREF 2 OL 5V R1 R2 R1 R2
OUT CV
1
GND
5 单稳态触发器
VCC 0.1uF R 10u F
8
7 6 V1 2
VCC
RST
4
DSCHG THR TRG NE55 5
OUT CV
3 5
Vo
GND
C1
1
0.01
6 延时电路
VCC 0.1uF 10u F
8
C 7 6 2
VCC
RST
4
DSCHG THR TRG NE55 5
R2VREF R1 vI 0
门限电压
R2 VT ( vI ) VREF R1
uN
R2 R1 U REF uI R1 R2 R1 R2
UT R2 U REF R1
令u N uP 0, 得
U O U Z
作用于反相输入端
（1）若要UT< 0，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？


第三节 时基电路 NE555

一、NE55 单片时基电路的逻辑方框图及基本特性
555时基电路输入输出端的基本逻辑功能





1）触发端由高电平（大于VCC/3)变低电平（小于 VCC/3）时，无论输出端和阀值端（大于或小于2VCC/3) 原来为何种电平，输出端输出高电平。 2）阀值端由低电平（小于2VCC/3)变为高电平（大于 2VCC/3)，如果触发端为低电平（小于VCC/3)，则输出 端维持高电平。如果触发端为高电平（大于VCC/3)，则 输出端输出低电平。 3）触发端由低电平（小于VCC/3)变高电平（大于 VCC/3）时，输出维持不变。 4）阀值端由高电平（大于2VCC/3)变为低电平（小于 2VCC/3)，输出维持不变。 5）“5”端外接电压源时，触发端和阀值端的基准电平 将受“5”端外接电源控制。
特点： 开环，虚短和虚断不成立 增益A0大于105
+VCC vI + A -VEE vO
VEE vO VCC
（1）过零比较器
运算放大器工作在非线性状态下
可以认为 vI >0 时， vOmax = +VCC
（过零比较器）
vI <0 时， vOmax = -VEE
+VCC vI + A -VEE
vI
+ VREF
A -VEE
vO
T 2 3 4
VREF O
vI
t
O VOL
VREF
vO VOH
输入为正负对称的正弦波时，输 出波形如图所示。
O VOL
t
（门限电压为VREF）
vI为峰值6V的三角波，设 ±VCC＝±12V，运放为理想器件。 (a) VREF＝0时
(b) VREF＝2V时
v O (e) O t
vL (f) O
t
单门限比较器的抗干扰能力
vI Vth =VREF O t
应为高电平
错误电平
vO VOH
O
t
VOL
滞回比较器
1. 阈值电压
U OL U Z U OH U Z
u N uI R1 uP uO , 令u N uP，得 R1 R2
R1 UT U Z R1 R2
第三章 常用集成电路简介
本章重点介绍： 运算放大器与电压比较器 时基电路 波形发生器 光电耦合器与V/F变换
第一节 运算放大器
一、关于“理想”运算放大器的基本概念 1 开环电压增益无穷大（输入电压为零）； 2 开环输入电阻无穷大（输入电流为零）； 3 开环输出电阻为零（理想电压源即输出电压与负载无关）； 4 共模抑制比无穷大（输入电压为零时输出压为零）； 5 频带宽度无穷大（相移为零）； 6 输入失调电压为零（同相端电压等于反向端电压时输出电压为 零） 7 温漂为零（输出与温度无关） 8 时漂为零（输出与时间无关）
例一：反向比例放大器（电压并联负反馈） 同相端接地，共模输入电压为零，可不考虑运放的共模抑制比 放大倍数越大，稳定性越差 问题：1 计算输入电阻，2 计算输出电阻
例二：同相比例放大器（电压串联负反馈） 输入电阻大，输出电阻小。共模信号等于输入信号，对运放 共模抑制比要求高
第二节 电压比较器
一、常用电压比较器：LM339 、LM311等 二、 电压比较器的基本组成： 1、 输入级采用差分输入结构，输入阻抗高。 2、 中间放大级放大输入误差信号 3、 输出级仅输出电平信号，通常采用图腾柱结 构或OC输出方式 三、运算放大器与电压比较器的区别
（2）传输特性 （3）输出电压波形
通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论： （1）用于电压比较器的运放，通常工作在开环或正反馈状态和非线性区，其输出 电压只有高电平VOH和低电平VOL两种情况。
（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。
（3）电压传输特性的关键要素 输出电压的高电平VOH和低电平VOL 门限电压 输出电压的跳变方向
GND
1
0.01
充电时间常数： (R2+R1)C 放电时间常数： R2C t2=0.692 (R2+R1)C t1=0.692R2C T=t1+t2=0.692(2R1+R2)
2 占空比可调的方波信号发生器
VCC 0.1uF R1 U1 10uF
8 VCC
R DA R2
7 6 2
RST
4
DSCHG THR TRG NE555
OUT CV
3 5
Vo
GND
1
0.01
DB
C
t1=0.693R1C t2=0.693R2C T=0.693(R1+R2)
3 对称度可调三角波发生器（一）
D1 VCC 0.1uF 10uF D3
R1
Q2 Vo
R3
8 4
R3 Q1 R5 3 5 D4 0.01 D2 R Q3 R4 R2 C3
VCC
7 6 2
OUT CV
3 5
GND
R
1
0.01
例
电路如图所示，当输入信号如图c所示的正弦波时，定性画出
及vL的波形。 vO 、vO
vI
+ vID + – – A
vI T
vO
C
v O
R D
vL
RL
(c) O

2
3
4
t
(a)
vO VOH (d) O VOL t
解： （1）A 构成过零比较器 （2）RC 为微分电路， RC<<T/2 （3）D 削波（限幅、检波）
(c) VREF＝－4V时
例
图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其门限电压(阈值电压)VT， 画出其电压传输特性。设运放输出的高、低电平分别为VOH和VOL。
解： 利用叠加原理可得
vp
R2 R1 VREF vI R1 R2 R1 R2
理想情况下，输出电压发生跳变时对应的vP ＝vN＝0，即
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？ 2. 若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？ 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？
改变输出 限幅电路
3、传输特性
VT VT
R2VOH R1VREF R1 R2 R1 R2 R2VOL R1VREF R1 R2 R1 R2
vI
vO
输入为正负对称的正弦波时，输出 为方波。
T 2
电压传输特性
O
vO VOH
3
4
t
vO
vI VOL
O
VOH O VOL t
（1）UT＝0 （2）UOH＝＋ UOM， UOL＝－ UOM （3）uI > 0 时 uO ＝－UOM; uI < 0 时 uO ＝＋ UOM
集成运放的净输入 电压最大值为±UD
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。
输出限幅电路 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。
UOH＝＋ UZ1＋ UD2 UOL＝－( UZ2 ＋ UD1) 不可缺少！
UOH＝ UZ UOL＝－ UD
UOH＝ － UOL＝ UZ
输出限幅电路
uO＝± UZ （1）保护输入端 （2）加速集成运放状态的转换
双极型器件： 555 单时基电路 556 双时基电路 CMOS型器件： 7555 单时基电路 7556 双时基电路

二、时基电路应用实例

1 多谐振荡器
VCC 0.1uF 10uF
8
7 R2 6 2 C
VCC
RST
R1
4
DSCHG THR TRG NE555
OUT CV
3 5
Vo
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输出电压的跃变方向。
+VCC
（2）门限电压不为零的比较器
（门限电压为VREF） 电压传输特性
vI
vO VOH
令vP＝vN所求出的vI就是门限电压 vI等于门限电压时输出电压发生跳变 跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式
窗口比较器
U OM
当uI>URH时，uO1=－ uO2= UOM，D1 导通，D2截止； uO= UZ。
uI U RH uI U RL
U OM U OM
U OM
四. 几种常用的电压比较器
（1）单限比较器：只有一个阈值电压 （2）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电 压只跃变一次。回差电压 U U T1 U T2
（3）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。
单门限电压比较器
2. 工作原理及电压传输特性
UT
R1 U Z U O U Z R1 R2
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。
窗口 比较器
讨论四：求解图示各电路的电压传输特性。
uI
A
UREF
uO
小结

1）比较器输入电压VIN允许变化范围：VCC≥VIN≥VEE, 2) 图腾柱输出的电压比较器高电平为VCC,低电平为VEE, 3) 集电极开路输出的电压比较器高电平等于外接电源电压， 低电平为零电平， 4）多集电极开路电压比较器可共用一个集电极电阻，实现 “线与”功能， 5） 集电极开路电压比较器输出端外接集电极电阻越小，输 出电平开关速度越快。
DSCHG THR TRG NE555
RST
OUT CV
1
GND
4 对称度可调三角波发生器（二）
D1 VCC 0.1uF 10u F D3 R3
8 4
R1
Q2 Vo
源自文库
R6 Q1
VCC
RST
R5 3 5 Q3 D4 0.01 D2 D5 R4 R2
C3
7 6 2
DSCHG THR TRG NE55 5
NE555使用注意事项
1）内置比较器输入端偏置电流约1微安， 触发端和阀值端的外设电路应考虑这一偏 置电流的影响。 2）放电管VT的灌电流应限制在5mA以内。 3）输出端的拉电流和灌电流均不得超过 200mA。 4）“5”端外接控制电压应比VCC低至少两 倍节电压（1.5V） 。

时基电路产品型号说明：