第五章-58集成运放的模拟运算电路 585对数与反对数运算 1.对数 o≈-lrl" RI R v受限制! 2.指数 思考:乘法与除法运算 图&&13 第五章 59电压比较器 591基本概念 1.功能 比较两电压相对大小,决定输出为高电平或低电 平 2.组成: ●运放 开环、无相位补偿 集成电压比较器 2
1 1 清华大学电子工程系李冬梅 5.8.5 对数与反对数运算 i R R' R - + vO i C 图 5.8.11 vI T ES I O T RI v v ≈ −V ln BE VT v C ES i I e / ≈ vO受限制 ! 第五章- 5.8 集成运放的模拟运算电路 2. 指数 T - + vO i F 图 5.8.13 vI R 思考: 乘法与除法运算 1. 对数 2 清华大学电子工程系李冬梅 5.9.1 基本概念 1．功能 比较两电压相对大小，决定输出为高电平或低电 平。 + - vO vI VREF (a) 2. 组成： z运放 z集成电压比较器 开环、无相位补偿 5.9 电压比较器 第五章
第五章59电压比较器 591基本概念(续一) 原理 理想情况下: VD =O, IB=0 V<y v=V REF 闻值电压Ⅴm 比较器的输出从一个电平 跳到另一个电平所对应的 输入电压值 第五章59申压比较器 59.1基本概念(续二) 4.灵敏度和响应时间 OI(oH- V (1)灵敏度 使输出电压变化的最小输入0vrv 电压变化量△v ●标志着比较器对输入信号电 压的分辨能力 相关参数:开环电压增益、 失调、温漂 OI(VoH-Vou) (2)响应时间 使输出电压变化的最小时间Atso 衡量电路工作速度的指标 2
2 3 清华大学电子工程系李冬梅 3. 原理 理想情况下： AVD＝∞，IIB＝0 vP > vN vO = VOH vP < vN vO = VOL vI vO VOH O VOL VREF (a) (b) z 阈值电压VTH： 比较器的输出从一个电平 跳到另一个电平所对应的 输入电压值。 第五章- 5.9 电压比较器 5.9.1 基本概念 （续一） + - vO vI VREF (a) 4 清华大学电子工程系李冬梅 z 使输出电压变化的最小输入 电压变化量ΔVI z 标志着比较器对输入信号电 压的分辨能力 z 相关参数: 开环电压增益、 失调、温漂 4．灵敏度和响应时间 （1）灵敏度 0.1(VOH-VOL) vI VI1 VI2 vO VOH O 0.1(VOH-VOL) VOL ∆V1 第五章- 5.9 电压比较器 (2) 响应时间 5.9.1 基本概念 （续二） z 使输出电压变化的最小时间Δt z 衡量电路工作速度的指标 0.1(VOH-VOL) V t I2 vO VOH O 0.1(VOH-VOL) VOL Δt
第五章59电压比较器 591基本概念(续三 减小输出幅度 5.输出限幅 REF (1)意义 Bz ± 提高响应速度 (2)限幅电路 C2 输入过压保护措施 R REFO 线性工作 R, 降低截止深度 R 第五章59申压比较器 592比较器的特点及分析方法 1.单片集成比较器的特点 (1)工作在开环或正反馈状态 (2)要求的主要指标为灵敏度、响应速度 (3)非线性 (4)根据具体情况提供输出电压 2.比较器的分析方法 抓住阑值点。(此时两输入端之间的电压可视为零)
3 5 清华大学电子工程系李冬梅 5．输出限幅 （1）意义 提高响应速度。 （2）限幅电路 + - vO vI VREF vO' R DZ1 DZ2 ±VZ + - vO VREF R1 R2 vI DZ (VZ) 第五章- 5.9 电压比较器 5.9.1 基本概念 （续三） 6．输入过压保护措施 + - vO VREF R1 R2 vI O I VREF v R r v = − + 1 减小输出幅度 减小输出幅度 线性工作 线性工作 降低截止深度 降低截止深度 6 清华大学电子工程系李冬梅 1．单片集成比较器的特点 （1）工作在开环或正反馈状态 （2）要求的主要指标为灵敏度、响应速度 （3）非线性 （4）根据具体情况提供输出电压 2．比较器的分析方法 z 抓住阈值点。（此时两输入端之间的电压可视为零） 第五章- 5.9 电压比较器 5.9.2 比较器的特点及分析方法
第五章59电压比较器 593比较器的应用举例 过零比较器 应用:波形变换。 (正弦或三角波→方波) 2.窗口比较器 REFI T D,IR VREFI VREF2 双向过压保护电路 7 第五章59593比较器的应用举例 3滞回比较器(施密特触发器 分析:正反馈 R F= R2 R2+R3 REF 临界点: D R R R2+RR2+Rv=±(VD+Vz)士 R v R2+R3 REF R2+R3 R2 REF R2+R3 R,+ R3 R3 I R2 h2 R,+ r3 REF R,十 R 3
4 7 清华大学电子工程系李冬梅 + - vO vI VREF1 + - VREF2 C1 C2 vO1 vO2 D1 D2 R 1. 过零比较器 + - vI vO (a) 应用：波形变换。 （正弦或三角波→方波） 2．窗口比较器 + - vO + - C1 C2 D1 D2 R4 R3 T D3 +5V -5V v1 R1 R2 DZ 6V VREF1 > VREF2 双向过压保护电路 第五章- 5.9 电压比较器 5.9.3 比较器的应用举例 8 清华大学电子工程系李冬梅 3. 滞回比较器（施密特触发器） + - vO vI VREF vO' DZ1 DZ2 R1 R2 R3 R4 vN vP 分析: 2 3 2 R R R Fv + = 正反馈 P N 临界点: v = v P REF Ov R R R V R R R v 2 3 2 2 3 3 + + + = O D VZ VZ v = ±(v + ) ≈ ± P REF VZ R R R V R R R v 2 3 2 2 3 3 + ± + = th REF VZ R R R V R R R V 2 3 2 2 3 3 1 + + + = th REF VZ R R R V R R R V 2 3 2 2 3 3 2 + − + = VZ -VZ Vth2 Vth1 vO vI 0 第五章- 5.9-5.9.3 比较器的应用举例
第五章-59593比较器的应用举例 D ·滞回特性ⅤTm、Vrm2 =2FVz(回差电压 VR将特性左右移动,不影响回差电压 正反馈加速比较器的翻转 应用:整形 ■优点:抗干扰能力强 翻转速度快 第五章59申压比较器 (+-6V) 595例题分析 习题59.5vp=V R R2+R3 15K vo=卩、土V=νn±6= ±6 v vo=±9 h1=(+9)=3 5
5 9 清华大学电子工程系李冬梅 + - vO vI VREF vO' DZ1 DZ2 R1 R2 R3 R4 vN vP z 滞回特性VTH1、VTH2 z ΔVTH＝VTH1－VTH2＝2FVVZ （回差电压） z VREF将特性左右移动，不影响回差电压 z 正反馈加速比较器的翻转 应用：整形 优点：抗干扰能力强 翻转速度快 VZ -VZ Vth2 Vth1 vO vI 0 第五章- 5.9-5.9.3 比较器的应用举例 t Vth1 Vth2 vI 0 10 清华大学电子工程系李冬梅 5.9.5 例题分析 习题5.9.5 第五章- 5.9 电压比较器 + - vO 15K 10K R1 R2 v I DZ (+－6V 30K ) R3 P O O v v R R R v 3 1 2 3 2 = + = 6 3 1 vO = vN ±VZ = vP ± 6 = vO ± ( 9) 3 3 1 Vth1 = ⋅ + = vO = ±9V ( 9) 3 3 1 Vth2 = ⋅ − = − vO v 0 I 9 -9 -3 3 P N v = v
第五章基本要求 1.掌握OPA的主要指标(含义); 2.了解BJT、 CMOS OPA的组成结构,典型电路 及二者异同之处; 3.掌握OPA线性、非线性两种应用的条件、特 点,会用两点结论分析应用电路 4.掌握模拟运算电路(电路形式、分析方法、函 数关系、特点) 5.掌握比较器传输特性的分析方法,会画传输特 性,重点是施密特触发器。 第七章 第7章脉冲波形的产生与处理电路 万脉冲波形的基础知识 1.脉冲波形 狭义的说持续时间极短的电压或电流波形 广义上讲不具有连续正弦形状的波形 如: 方波:「L「L矩形波:』L尖顶波:人人 锯齿波:八钟形波:∧八梯形波:11 阶梯波: 特点:时间的函数;幅值变化有突变点。 6
6 11 清华大学电子工程系李冬梅 第五章 基本要求 第五章 基本要求 1．掌握OPA的主要指标（含义）； 2．了解BJT、CMOS OPA的组成结构，典型电路 及二者异同之处； 3．掌握OPA线性、非线性两种应用的条件、特 点，会用两点结论分析应用电路。 4．掌握模拟运算电路（电路形式、分析方法、函 数关系、特点）； 5．掌握比较器传输特性的分析方法，会画传输特 性，重点是施密特触发器。 12 清华大学电子工程系李冬梅 第7章 脉冲波形的产生与处理电路 7.1 脉冲波形的基础知识 1. 脉冲波形 狭义的说 持续时间极短的电压或电流波形 广义上讲 不具有连续正弦形状的波形 如: 特点: 时间的函数; 幅值变化有突变点。 方波: 矩形波: 尖顶波: 锯齿波: 钟形波: 梯形波: 阶梯波: 第七章
第七章脉冲波形的产生与处理电路 7.1脉冲波形的基础知识(续一) 2.主要参数 0.9Vm 0.sVm O1v 脉冲幅度:Vmn 上升时间:t顶部降落:△Vm 平均脉宽:tw 下降时间:t脉冲休止期:T7 重复周期:T 占空比:D 第七章脉冲波形的产生与处理电路· 7.1脉冲波形的基础知识(续二) 3放大电路频域响应与时域响应关系 上升沿、下降沿 高频分量 上限截止频率 平顶部分 低频分量 下限截止频率 t=t2-t1≈22RC 0.1 t,f≈0.35 o(t2)=H1-e =0.9m f 2TRO
7 13 清华大学电子工程系李冬梅 2. 主要参数 0.9Vm 0.1Vm Vm ∆Vm tW 0.5Vm tr tf T 脉冲幅度: Vm 平均脉宽: tW 重复周期: T 上升时间: tr 下降时间: tf 占空比: D 顶部降落: ∆Vm 脉冲休止期: T-TW 第七章 脉冲波形的产生与处理电路 7.1 脉冲波形的基础知识（续一） 14 清华大学电子工程系李冬梅 7.1 脉冲波形的基础知识（续二） 3. 放大电路频域响应与时域响应关系 平顶部分 下限截止频率 上升沿、下降沿 高频分量 低频分量 上限截止频率 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = − − RC t O m v V 1 e tr = t2 − t1 ≈ 2.2RC tr fH ≈ 0.35 m RC t v O (t ) V m 1 e 0.1V 1 1 = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = − − m RC t v O (t ) V m 1 e 0.9V 2 2 = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = − − RC fH 2π 1 = R C + _ vI + _ vO 第七章 脉冲波形的产生与处理电路
