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1、西電模電電壓比較器11 一一. 一階一階RC有源濾波器有源濾波器 二二. 二階二階RC有源濾波器有源濾波器 2.正饋型有限增益放大器的有源二階低通濾波電路正饋型有限增益放大器的有源二階低通濾波電路 3.無限增益放大器的多環(huán)負饋型二階帶通濾波電路無限增益放大器的多環(huán)負饋型二階帶通濾波電路 4. 二階帶阻濾波器二階帶阻濾波器 . 全通和帶通相加器組成的帶阻濾波器全通和帶通相加器組成的帶阻濾波器 三三. 一階全通（移相）濾波器一階全通（移相）濾波器 四四. 基于雙積分環(huán)的二階有源濾波器（狀態(tài)變量濾波器）基于雙積分環(huán)的二階有源濾波器（狀態(tài)變量濾波器） RC有源濾波器小結有源濾波器小結. 雙雙T網(wǎng)絡組成

2、的帶阻濾波器網(wǎng)絡組成的帶阻濾波器 1. 二階二階RC濾波器的組成結構濾波器的組成結構西電模電電壓比較器12一一. 由由LC諧振回路構成的帶通和帶阻濾波器諧振回路構成的帶通和帶阻濾波器2.4.6 模擬電感實現(xiàn)的濾波電路模擬電感實現(xiàn)的濾波電路0222001|( )11(|)usssLQsCRCAssRsLssssCRCLCQ1ooCQRCRLLC其中其中 可見，第一個電路具有帶通特性?？梢?，第一個電路具有帶通特性。西電模電電壓比較器132220222001( )111usLsCAsRsLsCssLCRssssLLCQ11ooLLQRRCLC其中其中 可見，該電路具有帶阻特性?？梢?，該電路具有帶阻特

3、性。西電模電電壓比較器1442531ZZZZZIUZiii取取135241ZZZZRZj C2iaZjR CjL2aLR C摸擬無耗等效電感摸擬無耗等效電感二二. 模擬電感。模擬電感。1. 無耗接地電感無耗接地電感Z3Z5UiZ4Z5UiUiZiUi西電模電電壓比較器15CRRRRuoKR6uiC6La由模擬電感構成的帶通濾波器由模擬電感構成的帶通濾波器 西電模電電壓比較器1621121212111()()RiCRiiiiiiiCiiaUIj CRUZIR IIj CR I RIRUIRj CR RRURjULU1212aRRRLCR R其中其中可見，該電路等效一有耗電感?？梢?，該電路等效一有

4、耗電感。1. 有耗接地電感。有耗接地電感。西電模電電壓比較器17由模擬電感構成的帶阻濾波器由模擬電感構成的帶阻濾波器 12RRR選擇選擇即可實現(xiàn)由模擬電感構成的二階帶阻濾波器即可實現(xiàn)由模擬電感構成的二階帶阻濾波器 ()0OOiUAU在在 處處11oaL C西電模電電壓比較器18第第3章章 電壓比較器電壓比較器、馳張振蕩器馳張振蕩器 及模擬開關及模擬開關3.1 電壓比較器電壓比較器3.2 馳張振蕩器馳張振蕩器3.3 模擬開關模擬開關西電模電電壓比較器19 電壓比較器的功能是電壓比較器的功能是對兩個輸入電壓的大小進行比較，對兩個輸入電壓的大小進行比較，并根據(jù)比較結果輸出高、低兩個電平。并根據(jù)比較結

5、果輸出高、低兩個電平。3.1 電壓比較器電壓比較器 電壓電壓比較器有專用的集成芯片可供使用，也可用集成比較器有專用的集成芯片可供使用，也可用集成運放組成，這里只討論后者。運放組成，這里只討論后者。 由于比較器輸出只有兩個狀態(tài)，因此，由于比較器輸出只有兩個狀態(tài)，因此，用作比較器的用作比較器的運放將運放將工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。工作在開環(huán)或正反饋的非線性狀態(tài)。比較器比較器在信號變換、檢測和波形產(chǎn)生電路中有廣泛應用。在信號變換、檢測和波形產(chǎn)生電路中有廣泛應用。 此外由于高電平相當于邏輯此外由于高電平相當于邏輯“1”，低電平相當邏輯，低電平相當邏輯“0”，所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接

6、口電路，所以比較器可作為摸擬與數(shù)字電路之間的接口電路。西電模電電壓比較器110電壓比較器的基本特性電壓比較器的基本特性 1. 輸出輸出 高電平高電平(UoH)和低電平和低電平(UoL) 用運放構成的比較器，其輸出的高電平用運放構成的比較器，其輸出的高電平UoH和低電平和低電平UoL可分別接近于正電源電壓可分別接近于正電源電壓(UCC)和負電源電壓和負電源電壓(-UCC)。電壓比較器的電路符號電壓比較器的電路符號西電模電電壓比較器111 理想的電壓比較器，在高、理想的電壓比較器，在高、低電平轉換的門限低電平轉換的門限UT處具有處具有階躍的傳輸特性。階躍的傳輸特性。 實際運放的實際運放的Aud不為

7、無窮大。在不為無窮大。在UT附近存在著一個比附近存在著一個比較的不靈敏區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)輸出既非較的不靈敏區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)輸出既非UoH，也非，也非UoL，故，故無法對輸入電平大小進行判別。無法對輸入電平大小進行判別。2. 鑒別靈敏度鑒別靈敏度udA 這就要求運放：這就要求運放： 顯然，顯然，Aud越大，則這個不靈敏區(qū)就越小，稱比較器越大，則這個不靈敏區(qū)就越小，稱比較器的鑒別靈敏度越高。的鑒別靈敏度越高。 西電模電電壓比較器112轉換時間轉換時間 3.轉換速度轉換速度 作為比較器的另一個重要特性就是轉換速度，即比作為比較器的另一個重要特性就是轉換速度，即比較器輸出狀態(tài)發(fā)生轉換所需要的時間。較器輸出狀

8、態(tài)發(fā)生轉換所需要的時間。 通常要求轉換時間盡可能短，以便實現(xiàn)高速比較。通常要求轉換時間盡可能短，以便實現(xiàn)高速比較。為此可對比較器施加正反饋，以提高轉換速度。為此可對比較器施加正反饋，以提高轉換速度。西電模電電壓比較器113非線性應用的條件：非線性應用的條件：運放開環(huán)或施加正反饋。運放開環(huán)或施加正反饋。理想集成運放非線性應用時的特點理想集成運放非線性應用時的特點非線性應用特點：非線性應用特點：0oCCoLoCCoHiiuuuUUuuuUU 此時，兩輸入端此時，兩輸入端“虛短路虛短路”的概念不再適用。的概念不再適用。 i-i+西電模電電壓比較器114 一一. 反相電壓比較器反相電壓比較器 電路如圖

9、所示，電路如圖所示， 輸入信號輸入信號ui加加在反相端，參考電壓在反相端，參考電壓ur 加在同相端。加在同相端。3.3.1 簡單電壓比較器簡單電壓比較器 ui ur ， uo=UOL其傳輸特性其傳輸特性 uo= f ( ui )當該電路的參考電壓為零時，則為反相過零比較器。當該電路的參考電壓為零時，則為反相過零比較器。 0UoH西電模電電壓比較器1152. 同相電壓比較器同相電壓比較器 ui ur ， uo=UOH其傳輸特性其傳輸特性 uo= f ( ui )當參考電壓為零時，則為同相過零比較器。當參考電壓為零時，則為同相過零比較器。 電路如圖所示，電路如圖所示， 輸入輸入 信號信號ui加在同

10、相端，參考加在同相端，參考 電壓電壓ur 加在反相端。加在反相端。 0西電模電電壓比較器116例例1. 若若 ui=5sint V ur =2V, UCC =12V。 試畫出反相和同相比試畫出反相和同相比較器的輸出波形。較器的輸出波形。反相比較器反相比較器同相比較器同相比較器西電模電電壓比較器117 例例2.將不規(guī)則的輸入波將不規(guī)則的輸入波形整形成規(guī)則的矩形波。形整形成規(guī)則的矩形波。 例例3.若若ur為三角波，而為三角波，而ui為緩為緩變信號，實現(xiàn)脈寬調(diào)制。變信號，實現(xiàn)脈寬調(diào)制。 反相比較器反相比較器反相過零比較器反相過零比較器西電模電電壓比較器118簡單比較器應用中存在的問題簡單比較器應用中

11、存在的問題 . 輸出電壓轉換時間受運放的限制，使高頻脈沖的邊緣輸出電壓轉換時間受運放的限制，使高頻脈沖的邊緣不夠陡峭；不夠陡峭；. 抗干擾能力差。在比較門限處，輸出將產(chǎn)生多次跳變?？垢蓴_能力差。在比較門限處，輸出將產(chǎn)生多次跳變。3.3.2. 遲滯比較器遲滯比較器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器西電模電電壓比較器119 為了解決以上兩個問題，在比較器中引入為了解決以上兩個問題，在比較器中引入正反饋正反饋，構成所謂構成所謂“遲滯比較器遲滯比較器”。 這種比較器具有很強的抗干擾能力，同時由于正反這種比較器具有很強的抗干擾能力，同時由于正反饋加速了狀態(tài)轉換，從而改善了輸出波形的邊緣。饋加速了狀態(tài)轉換，從而改善

12、了輸出波形的邊緣。 一一. .反相遲滯比較器反相遲滯比較器 反相遲滯比較器電路如反相遲滯比較器電路如圖所示。圖所示。 R1和和R2將輸出電壓將輸出電壓uo反饋到運放的同相端，構反饋到運放的同相端，構成正反饋。為簡單計，成正反饋。為簡單計，R1端端所接的參考電平為地電位。所接的參考電平為地電位。下面來分析該電路的傳輸特性下面來分析該電路的傳輸特性西電模電電壓比較器120112foHRUUURR當輸出一旦變?yōu)榈碗娖剑瑒t同相端也同時跳變?yōu)楫斴敵鲆坏┳優(yōu)榈碗娖?，則同相端也同時跳變?yōu)?當當ui很負使很負使u 以后，以后，uo將維持在低電平。將維持在低電平。UUU西電模電電壓比較器121112oLRUUU

13、RR 反之，反之，ui由大逐漸變小時，由于同相端電位變?yōu)橛纱笾饾u變小時，由于同相端電位變?yōu)?因而因而ui必須小到必須小到 時，輸出才由低電平跳變?yōu)楦唠娖?。時，輸出才由低電平跳變?yōu)楦唠娖健４藭r的輸入電壓稱為此時的輸入電壓稱為下門限電壓下門限電壓，記為，記為UTL。 UTL= UU對應的傳輸特性曲線如圖所示。對應的傳輸特性曲線如圖所示。 UTHUTL112THoHRUURR電壓的傳輸特性電壓的傳輸特性112TLoLRUURR西電模電電壓比較器122 由于其傳輸特性很像磁由于其傳輸特性很像磁性材料的磁滯回線，所以稱性材料的磁滯回線，所以稱之為遲滯比較器或滯回比較之為遲滯比較器或滯回比較器。器。 11

14、1212()2THTLoHoLCCRRUUUUUURRRR 遲滯比較器的上、下門限電遲滯比較器的上、下門限電壓之差稱之為壓之差稱之為回差回差，用，用U表示，即表示，即 回差回差U的大小，將決定比較器的抗干擾能力，的大小，將決定比較器的抗干擾能力， U越越大，則抗干擾能力越強。但同時使比較器的鑒別靈敏度降大，則抗干擾能力越強。但同時使比較器的鑒別靈敏度降低。因為輸入電壓低。因為輸入電壓ui的峰峰值必須大于回差，否則，輸出的峰峰值必須大于回差，否則，輸出電平不可能轉換。電平不可能轉換。西電模電電壓比較器123例例4. 若若 ui=5sint V ， R1 =10k， R2 =50k ，UCC =1

15、2V。 試畫出反相試畫出反相遲滯遲滯比較器的輸出波形。比較器的輸出波形。1012210 50THUV10( 12)210 50TLUV 解解西電模電電壓比較器124有干擾下的遲滯比較器輸出波形有干擾下的遲滯比較器輸出波形西電模電電壓比較器125 二二. 同相遲滯比較器同相遲滯比較器電路如圖所示，當電路如圖所示，當ui很負很負使使u+ u=0 時，時，uo為低電為低電平平UoL。 此時，同相端電位此時，同相端電位u u+ +為為211212ioLRRUuURRRR 當當ui由負增大到使由負增大到使U+=0時，輸出將由低電平跳變?yōu)闀r，輸出將由低電平跳變?yōu)楦唠娖?。此時的高電平。此時的ui即為即為上門

16、限電壓上門限電壓UTH。輸出一旦變?yōu)楦唠娖剑瑒t同相端也同時跳變?yōu)檩敵鲆坏┳優(yōu)楦唠娖?，則同相端也同時跳變?yōu)閁TH=012THoLRUUR 由上式解得由上式解得西電模電電壓比較器126211212ioHRRUuURRRR 反之，反之，ui由正減小到使由正減小到使 時，輸出將由高電平跳時，輸出將由高電平跳變?yōu)榈碗娖?。此時的變?yōu)榈碗娖?。此時的ui即為即為下門限電壓下門限電壓UTL。0U 對應的傳輸特性如圖所示。對應的傳輸特性如圖所示。UTL=012TLoHRUUR 由上式解得由上式解得12THoLRUUR 西電模電電壓比較器127作業(yè)：作業(yè)： p95 3-1，3-2， 3-3 若若 ui=6sint

17、v，ur=5v，R1 =20k， R2 =50k ，UCC =12V。 試畫出傳輸特性，并畫出輸出電壓波形。試畫出傳輸特性，并畫出輸出電壓波形。西電模電電壓比較器128一一. 簡單電壓比較器簡單電壓比較器西電模電電壓比較器129二二. 遲滯比較器遲滯比較器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器西電模電電壓比較器130 振蕩器（又稱波形產(chǎn)生器）是一種沒有輸入信號，振蕩器（又稱波形產(chǎn)生器）是一種沒有輸入信號，在加電之后能自動產(chǎn)生一定形狀、一定幅度和一定頻率在加電之后能自動產(chǎn)生一定形狀、一定幅度和一定頻率波形的電路。根據(jù)產(chǎn)生波形的形狀不同，振蕩器可分為波形的電路。根據(jù)產(chǎn)生波形的形狀不同，振蕩器可分為后者主要產(chǎn)生方

18、波、三角波和鋸齒波等非正弦波。張弛后者主要產(chǎn)生方波、三角波和鋸齒波等非正弦波。張弛振蕩電路的類型非常多，本節(jié)只討論用集成運放構成的振蕩電路的類型非常多，本節(jié)只討論用集成運放構成的張弛振蕩電路。張弛振蕩電路。75 張弛振蕩器張弛振蕩器西電模電電壓比較器131一一. 方波振蕩器方波振蕩器 方波振蕩器是由運放構成反相遲滯比較器，再加一條方波振蕩器是由運放構成反相遲滯比較器，再加一條RC充放電支路構成，如圖示。其上、下門限分別為：充放電支路構成，如圖示。其上、下門限分別為：212()TLZDRUUURR212()THZDRUUURR西電模電電壓比較器132 1. 振蕩器原理振蕩器原理 加電后若加電后若

19、uo=UoH，UoH通過通過R向向C充電，充電，ui增大增大，達到達到UTH時，時，uo跳變?yōu)榈碗娖健Ｌ優(yōu)榈碗娖健?uo=UoL后，后，C反向充電，反向充電，ui減小減小，降到降到UTL時，時，uo又又跳變?yōu)楦唠娖教優(yōu)楦唠娖酱撕笾貜鸵陨线^程，周而復始產(chǎn)生振蕩。此后重復以上過程，周而復始產(chǎn)生振蕩。+西電模電電壓比較器133振蕩器電路中電容器端和輸出的電壓波形振蕩器電路中電容器端和輸出的電壓波形下面來計算振蕩頻率下面來計算振蕩頻率f0西電模電電壓比較器13411( )(0 )ln( )()CCCCuuTuuT 121ln2ln(1)oHTLoHTHUUTUURRCR 首先計算周期首先計算周期T

20、。T=T1+T2， T1=T2，T=2T1。根據(jù)三要素法：。根據(jù)三要素法：0121111222ln(1)fRTTRCR則振蕩頻率則振蕩頻率21221120( )CTLoHCoHCTHoHRUUURRUURu TUURRRC （ ）（ ）其中其中西電模電電壓比較器135 可見，只可見，只要調(diào)節(jié)電位要調(diào)節(jié)電位器動臂的位置，使充、器動臂的位置，使充、放電時常數(shù)不等，則占放電時常數(shù)不等，則占空比可調(diào)。但振蕩周期空比可調(diào)。但振蕩周期（頻率）保持不變。（頻率）保持不變。 為了表征方波高、低電平的對稱性，引入?yún)?shù)占為了表征方波高、低電平的對稱性，引入?yún)?shù)占空比空比D，D定義為高電平時間定義為高電平時間T1與

21、周期與周期T的比值，即的比值，即1112DTTTTT顯然，上述電路由于顯然，上述電路由于T1=T2，T=2T1， 所以所以D=0.5 如果要求占空比可調(diào)如果要求占空比可調(diào):西電模電電壓比較器136如動臂向上移動時：如動臂向上移動時：T1T2，D0.5西電模電電壓比較器137二二. 三三角波角波-方波振蕩器方波振蕩器電路組成原理電路組成原理西電模電電壓比較器138反相比較器構成的電路反相比較器構成的電路ui西電模電電壓比較器1392. 同相比較器電路構成的電路同相比較器電路構成的電路西電模電電壓比較器14012()THZDRUUUR12()TLZDRUUUR 3. 振蕩頻率振蕩頻率f0 122(

22、)THTLCZDRUUUUUR122022121124R RCRTfRTTR RCZDCUUiR1222TTTT 在在T2時間內(nèi)，時間內(nèi)，uC的變化量的變化量2201TZDCCUUUi dtTCRC西電模電電壓比較器141三三. 鋸齒波產(chǎn)生器鋸齒波產(chǎn)生器西電模電電壓比較器14210k5.5k12V1k14k12VLM3181N4732A1N4732A10k/78%10 0k/71%1k1000pLM31812V12VRW1RW2 圖760 占空比可調(diào)的弛張振蕩器西電模電電壓比較器143四四. 壓控張弛振蕩器壓控張弛振蕩器 放放大大器器 為保證振蕩的相位關為保證振蕩的相位關系，系，uo1=UoH

23、時，時， Au=1， 而而uo1=UoL時，時， Au=+1。西電模電電壓比較器144 uo1輸出的調(diào)頻方波波形輸出的調(diào)頻方波波形 控制信號控制信號uS的波形的波形EQUS西電模電電壓比較器14576 模擬開關模擬開關 模擬開關是電子系統(tǒng)中常用的基本單元電路，用來模擬開關是電子系統(tǒng)中常用的基本單元電路，用來控制信號的通斷?？刂菩盘柕耐〝?。 一個理想的模擬開關，應接通時相當于短路，關斷一個理想的模擬開關，應接通時相當于短路，關斷時相當于開路，工作速度要快，各開關間的隔離度要好。時相當于開路，工作速度要快，各開關間的隔離度要好。模擬開關可由雙極型晶體管構成，也可以用模擬開關可由雙極型晶體管構成，也

24、可以用MOS場效應場效應管構成管構成 CMOS模擬開關具有電路簡單、功耗小、導通電阻小、模擬開關具有電路簡單、功耗小、導通電阻小、關斷電阻大等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。關斷電阻大等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。 西電模電電壓比較器146一一. CMOS傳輸門傳輸門西電模電電壓比較器147UDDuiV7V1uouGV3V4V5V6V2uG 二二. CMOS模擬開關電路模擬開關電路西電模電電壓比較器148(a)(b)IN/OUTIN/OUTIN/OUTIN/OUTC1C2C3C4OUT/INOUT/INOUT/INOUT/INS1S2S3S41411321211109834567S1S2S4S3C2C3U

25、DDC1C4地 CC4046四雙向模擬開關四雙向模擬開關西電模電電壓比較器149uiuoRR1RfRf1Rf2Rf3Rf4S1S2S3S4UC1UC2UC3UC4CC40661. 增益控制增益控制三三. MOS模擬開關的應用舉例模擬開關的應用舉例西電模電電壓比較器1500uit(a)(b)0uCit2TT0uot模擬開關uiuoUCi 2. 脈沖調(diào)制電路脈沖調(diào)制電路西電模電電壓比較器1513. 模擬開關用于多路信號數(shù)據(jù)采集模擬開關用于多路信號數(shù)據(jù)采集 西電模電電壓比較器15277 集成運算放大器選擇指南集成運算放大器選擇指南 本章已經(jīng)介紹了集成運算放大器在線性和非線性方本章已經(jīng)介紹了集成運算放

26、大器在線性和非線性方面的應用。為便于說明電路的工作原理和電路性能指標面的應用。為便于說明電路的工作原理和電路性能指標的計算，分析中我們都假設運放具有理想的特性。但這的計算，分析中我們都假設運放具有理想的特性。但這并不意味著在實際中可以不加選擇地隨便拿一個運放即并不意味著在實際中可以不加選擇地隨便拿一個運放即可使用，而不去關心運放的具體性能指標。可使用，而不去關心運放的具體性能指標。 實際上，器件的許多非理想因素會影響電路的性能，實際上，器件的許多非理想因素會影響電路的性能，所以，我們必須根據(jù)電路和信號的需要來精心地選擇器所以，我們必須根據(jù)電路和信號的需要來精心地選擇器件的型號。件的型號。 西電

27、模電電壓比較器153 有關運放非理想特性帶來運算誤差的定量分析，請有關運放非理想特性帶來運算誤差的定量分析，請讀者參考本書附錄讀者參考本書附錄C，在此僅介紹一般的選擇原則。，在此僅介紹一般的選擇原則。 (1).如果沒有特殊要求，選用通用型運算放大器如果沒有特殊要求，選用通用型運算放大器(如如LM741、LM324等等)。 (2).如系統(tǒng)要求精密，溫漂小，噪聲干擾低，則選如系統(tǒng)要求精密，溫漂小，噪聲干擾低，則選擇高精度、低漂移、低噪聲的集成運放。擇高精度、低漂移、低噪聲的集成運放。 (3).如系統(tǒng)要求運放輸入阻抗高，輸入偏流小，如系統(tǒng)要求運放輸入阻抗高，輸入偏流小，則選擇高輸入阻抗運算放大器。則

28、選擇高輸入阻抗運算放大器。 (4).若系統(tǒng)對功耗有嚴格要求，則選擇低功耗運放。若系統(tǒng)對功耗有嚴格要求，則選擇低功耗運放。 (5).若系統(tǒng)工作頻率高，則選擇寬帶、高速集成運若系統(tǒng)工作頻率高，則選擇寬帶、高速集成運放或比較器。放或比較器。 西電模電電壓比較器1542MIuo(a)1kuo(b)光電流I200nAui1kfi5MHz2kuoui1kfi1kHz(c) 例例1. 三個運算放大器分別構成三個電路，如圖所示，三個運算放大器分別構成三個電路，如圖所示，表表72給出了三個運算放大器的主要參數(shù)，請針對三個給出了三個運算放大器的主要參數(shù)，請針對三個電路分別選擇合適的器件型號。電路分別選擇合適的器件

29、型號。西電模電電壓比較器155 表表7272三個運算放大器的主要參數(shù)三個運算放大器的主要參數(shù) 2MIuo(a)1kuo(b)光電流I200nAui1kfi5MHz2kuoui1kfi1kHz(c) F3140 F318 F007西電模電電壓比較器156 例例2. 電壓比較器電壓比較器LM311構成的整形電路如圖示。構成的整形電路如圖示。LM311電平轉換時間為電平轉換時間為200ns。若分別輸入頻率為。若分別輸入頻率為fi1=1kHz，fi2=1MHz，fi3=5MHz的正弦信號，試問輸出的正弦信號，試問輸出波形將有何變化。波形將有何變化。 fi3=5MHzfi1=1kHzfi2=1MHz解解西電模電電壓比較器157作業(yè)：作業(yè)：p243 7-21， 7-22， 7-23， 7-24。