模電知識總結

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1、第一部分 半導體的基本知識 二極管、三極管的結構、特性及主要參數(shù)；掌握飽和、放大、截止的基本概念和條件。 1、 導體導電和本征半導體導電的區(qū)別： 導體導電只有一種載流子：自由電子導電 半導體導電有兩種載流子：自由電子和空穴均參與導電 自由電子和空穴成對出現(xiàn)，數(shù)目相等，所帶電荷極性不同，故運動方向相反。 2、 本征半導體的導電性很差，但與環(huán)境溫度密切相關。 3、 雜質(zhì)半導體 （1）N型半導體——摻入五價元素 （2）P型半導體——摻入三價元素 4、 PN結——P型半導體和N型半導體的交界面 反向電壓超過一定值時

2、，就會反向擊穿，稱之為反向擊穿電壓 在交界面處兩種載流子的濃度差很大；空間電荷區(qū)又稱為耗盡層 5、 PN結的單向?qū)щ娦浴饧与妷? 正向偏置 反向偏置 6、 二極管的結構、特性及主要參數(shù) （1）P區(qū)引出的電極——陽極；N區(qū)引出的電極——陰極 溫度升高時，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線下移。二極管的特性對溫度很敏感。 其中，Is為反向電流，Uon為開啟電壓，硅的開啟電壓——0.5V，導通電壓為0.6~0.8V，反向飽和電流<0.1μA，

3、鍺的開啟電壓——0.1V，導通電壓為0.1~0.3V，反向飽和電流幾十μA。 （2）主要參數(shù) 1）最大整流電流I：最大正向平均電流 2）最高反向工作電流U：允許外加的最大反向電流，通常為擊穿電壓U的一半 3）反向電流I：二極管未擊穿時的反向電流，其值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶茫瑢囟仍矫舾? 4）最高工作頻率f：二極管工作的上限頻率，超過此值二極管不能很好的體現(xiàn)單向?qū)щ娦? 7、穩(wěn)壓二極管 在反向擊穿時在一定的電流范圍內(nèi)（或在一定的功率耗

4、損范圍內(nèi)），端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，廣泛應用于穩(wěn)壓電源和限幅電路中。 （1） 穩(wěn)壓管的伏安特性 （2）主要參數(shù) 1）穩(wěn)定電壓U：規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓 2）穩(wěn)定電流I：穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)定狀態(tài)時的參考電流。電流低于此值時穩(wěn)壓效果變壞，甚至根本不穩(wěn)壓，只要不超過穩(wěn)壓管的額定功率，電流越大穩(wěn)壓效果越好。 【附加】限流電阻：由于穩(wěn)壓管的反向電流小于I時不穩(wěn)定，大于最大穩(wěn)定電流時會因超過額定功率而燒壞，故要串聯(lián)一個限流電阻保證穩(wěn)壓管正常

5、工作。 3）額定功率P：等于穩(wěn)定電壓U與最大穩(wěn)定電流I的乘積。超過此值時穩(wěn)壓管會因為結溫度過高而損壞。 4）動態(tài)電阻r：在穩(wěn)壓區(qū)，端電壓變化量與電流變化量之比。r越小，說明電流變化時穩(wěn)定電壓的變化越小，穩(wěn)壓特性越好。 5）溫度系數(shù)α：表示電流不變時，溫度每變化1℃穩(wěn)壓值的變化量，即α=△U/△T。 U<4V時，α為負值，即溫度升高時穩(wěn)定電壓值下降； U>7V時，α為正值，即溫度升高時穩(wěn)定電壓值上升； 4

6、管——晶體管的結構、特性及主要參數(shù) 主要以NPN型硅管為例講解放大作用、特性 曲線和主要參數(shù) 放大是對模擬信號最基本的處理。晶體管是放大電路的核心元件，它能控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的任何微小變化不失真地放大輸出，放大的對象是變化量。 Ie：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度高，基區(qū)雜質(zhì)濃度低，大量自由電子越過發(fā)射結到達基區(qū)。 Ib：基區(qū)很薄，雜質(zhì)濃度低 Ic：集電結外加反向電壓且結面積較大，基區(qū)的非平衡少子越過集電結到達集電區(qū)，形成漂移電流?？梢?，在Vcc的作用下，漂移運動形成集電極電流Ic。 P區(qū)很薄且雜質(zhì)濃

7、度很低，發(fā)射區(qū)-上層的N區(qū)雜質(zhì)濃度很高，集電區(qū)-下層的N區(qū)面積很大——上述三個區(qū)域的特點與晶體管的外特性緊密相關。 （2）特性曲線 （3）主要參數(shù) 1)直流參數(shù) ①共射直流電流系數(shù)β ②共基直流電流放大系數(shù)α ③極間反向電流——硅管的溫度穩(wěn)定性比鍺管的好 發(fā)射極開路時集電結的反向飽和電流——Icbo 基極開路時集電極與發(fā)射極間的穿透電流——Iceo 2）交流參數(shù) ①共射交流電

8、流系數(shù)β ②共基交流電流放大系數(shù)α ③特征頻率fT——使β下降到1的信號頻率稱為特征頻率 3）極限參數(shù)——為使晶體管安全工作對它的電壓、電流和功率耗損的限制 ①最大集電極耗散功率P——是一個確定的值 決定于晶體管的溫升。P=iu=常數(shù) ②最大集電極電流I 使β明顯減小的i即為I ③極間反向擊穿電壓

9、 第二部分 基本放大電路及多級放大電路 晶體管放大電路的組成和工作原理。掌握圖解分析法和等效模型分析法。掌握放大電路的三種組態(tài)及性能特點。電路的三種耦合方式及特點，動態(tài)和靜態(tài)的分析方法。 1、 放大的概念 放大的前提是不失真，即只有在不失真的情況下放大才有意義。晶體管和場效應管是放大電路的核心元件。 任何穩(wěn)態(tài)信號都可以分解為若干頻率正弦信號的疊加，所以放大電路以正弦波為測試信號。 2、 基本共射放大電路的工作原理 （1）設置靜態(tài)工作點的必要性 1）靜態(tài)工作點——I 、I 、U 2）原因 不設置靜態(tài)工作點會使輸出電壓嚴重失真，輸

10、出電壓也毫無變化。 Q點不僅會影響電路是否會產(chǎn)生是真，還會影響著放大電路幾乎所有的動態(tài)系數(shù)。 （2） 工作原理及波形分析 所以選擇合適的靜態(tài)工作點才不會使輸出波形產(chǎn)生非線性失真。基本共射放大電路的電壓放大作用是利用晶體管的電流放大作用，并依靠Rc將電流的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化來實現(xiàn)。 3、 放大電路的組成原則 （1）組成原則 1） 必須根據(jù)所用放大管的類型提供直流電源，以便設置合適的靜態(tài)工作點并做為輸出的能源。 2）電阻取值適當，與電源配合，使放大管有合適的靜態(tài)工作電流。 3）輸

11、入信號必須能夠作用于放大管的輸入回路。 4）當負載接入時，必須保證放大管輸出回路的動態(tài)電流能夠作用于負載，從而使負載獲得比輸入信號大得多的信號電流或信號電壓。 （2）常見的兩種共射放大電路 1）直接耦合共射放大電路 電路中信號源與放大電路，放大電路與負載電阻均直接相連，故稱其為“直接耦合”。 2）阻容耦合共射放大電路 由于C1用于連接信號源與放大電路，電容C2用于連接放大電路與負載，在電子電路中起連接作用的電容就稱為耦合阻容。 4、 放大電路的分析方法——求靜態(tài)工作

12、點和各項動態(tài)參數(shù) （1）直流通路與交流通路 直流通路——研究靜態(tài)工作點：電容視為開路；電感線圈視為短路；信號源視為短路，但要保留其內(nèi)阻。 交流通路——研究動態(tài)參數(shù)：容量大的電容（如耦合電容）視為短路；無內(nèi)阻的直流電源（如+Vcc）視為短路。 （2）圖解法——多分析Q點位置、最大不失真電壓和失真情況 （3）等效電路法 1）晶體管的直流模型及靜態(tài)工作點的估算法 直流模型 2）晶體管共射h參數(shù)等效模型——只能用

13、于放大電路動態(tài)小信號參數(shù)的分析 共射h參數(shù)等效模型 （4）靜態(tài)工作點穩(wěn)定的必要性 1）影響Q點不穩(wěn)定的因素中溫度對晶體管參數(shù)的影響最大。 2）穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施——利用負反饋或溫度補償 5、晶體管單管放大電路的三種基本接法及性能特點 接法的判斷：輸入電壓和輸出電壓的公共端 組態(tài) 性能 共射組態(tài) 共集組態(tài) 共基組態(tài) . Ai 大 大 小 . Au 大 小 小 Ri 中 rbe 大 rbe+(1+β)Re’ 小 rbe/(1+β) R

14、o 中 rce 小 (rbe+Rs’)/(1+β) 大 (1+β)rce 頻率響應 差 較好 好 6、 多級放大電路的耦合方式、特點，動態(tài)和靜態(tài)分析方法 （1）三種：直接耦合、阻容耦合、變壓耦合 1）直接耦合 前一級的輸出端直接連接到后一級的輸入端。 直接耦合多級放大電路常采用的是NPN和PNP型管混合使用的方法，在圖（d）中，為使T2工作在放大區(qū)，T2管的集電極電位應該低于T1管的集電極電位。 優(yōu)點：具有良好的低頻特性，可以放大變化緩慢的信號；沒有大容量的電容，便于集成。 缺點：靜態(tài)工作點相互影響，帶來一定困難；有零點漂移現(xiàn)

15、象。 【附加】零點漂移：輸入電壓為零時而輸出電壓不為零且有緩慢變化。，溫度是主要原因，故又稱其為溫度漂移。 2）阻容耦合 前一級的輸出端通過電容連接到后一級的輸入端 T1：共射T2：共集 優(yōu)點：各級靜態(tài)工作點相互獨立；適合于信號頻率較高的電路。 缺點：低頻性能差，不能放大變化緩慢的信號，不易于集成。 3）變壓器耦合 將前一級的輸出端通過變壓器接入到后一級的輸入端或負載電阻上。 優(yōu)點：各級靜態(tài)工

16、作點相互獨立，可實現(xiàn)阻抗變換。 缺點：低頻性能差，不能放大變化緩慢的信號，不易于集成。 （2）多級放大電路的動態(tài)分析 上式即為多級放大電路的電壓放大倍數(shù) 輸入電阻為第一級的輸入電阻：Ri=Ri1 輸出電阻為最后一級的輸出電阻：Ro=Ron 【注意】 當共集放大電路做為第一級時，它的輸入電阻與其負載，即第二級的輸入電阻有關；當共集放大電路作為最后一級時，它的輸出電阻與其信號源內(nèi)阻，即倒數(shù)第二級的輸出電阻有關。 當多級放

17、大電路的輸出波形產(chǎn)生失真時，首先確定是哪一級失真，再判斷是飽和失真還是截止失真。 第三部分 反饋和反饋放大電路 反饋的基本概念：正、負反饋；電壓、電流、串聯(lián)、并聯(lián)負反饋；掌握反饋類型和極性判斷，引入負反饋對放大性能的影響。估算深度負反饋電路的輸出、輸入間的關系。 第四部分 運算電路 比例、加減、微積分線性運算電路。應熟練掌握其工作原理和輸出、輸入間的關系的分析。一般了解對數(shù)、指數(shù)運算電路的工作原理及一階、二階有源濾波器的電路組成、頻率特性。 1、理想運放的兩個工作區(qū)

18、其工作區(qū)域只有兩個：線性區(qū)和非線性區(qū) 下面介紹的各電路中，集成運放均工作在線性區(qū)。 （1）理想運放的性能指標 1）開環(huán)差模增益（放大倍數(shù)）Aod=∞； 2）差模輸入電阻Rid=∞； 3）輸出電阻Ro=0； 4）共模抑制比KCMR=∞； 5）上限截止頻率fH=∞； 6）失調(diào)電壓UOI、失調(diào)電流IOI和它們的溫漂dUOI/dT(℃)、dIOI/dT(℃)均為零，且無 任何內(nèi)部噪聲。 （2）理想運放在線性工作區(qū)

19、 1）特點： ①虛短路：兩個輸入端電位無窮接近但又不是真正短路。 由；Aod=∞；uO為有限值可得到，即。 ②虛斷路：兩個輸入端的電流趨于零但又不是真正斷路 因為凈輸入電壓為零，又因為理想運放的輸入電阻為無窮大，所以兩個輸入端的輸入電流也均為零，即 2）集成運放工作在線性區(qū)的電路特征 對理想運放，由于Aod=∞，因而若輸入端之間加無窮小電壓，則輸出電壓將超出其線性范圍，因而電路中引入了負反饋，才得以保證了集成運放工作在線

20、性區(qū)，集成運放工作在線性區(qū)的特征就是電路引入了負反饋——可以用是否引入了負反饋來判斷電路是否工作在線性區(qū)。 （3）理想運放的非線性工作區(qū) 若集成運放不是處于開環(huán)狀態(tài)（即沒有引入反饋），就只是引入了正反饋，則表明集成運放工作在非線性區(qū)。 對理想運放，由于差模增益無窮大， 只要同相輸入端和反相輸入端之間 有無窮小的差值電壓，輸出電壓就 將達到正的最大值或負的最大值， 即uo與輸入電壓（up-uN）不再是 線性關系，其電壓傳輸特性如圖 有兩個特點： 1） 輸出電壓只有兩種可能：UOM 或

21、-UOM。 2）——虛斷 2、基本運算電路 在運算電路中，以輸入電壓作為自變量，以輸出電壓作為函數(shù)；當輸入電壓變化時，輸出電壓將按一定的數(shù)學規(guī)律變化，即輸出電壓反映輸入電壓某種運算的結果。因此，集成運放必須工作在線性區(qū)，在深度負反饋條件下，利用反饋網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)各種數(shù)學運算。 介紹比例、加減、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)等基本運算電路。 在運算電路中，無論輸入電壓，還是輸出電壓，均是對“地”而言。 （1）比例運算電路

22、 1）反相比例運算電路 ①基本電路 引入電壓并聯(lián)負反饋；R’為補償電阻，以保證集成運放輸入級差分放大電路的對稱性；其值為uI=0（即將輸入端接地）時反相輸入端總等效電阻，即R’=R/Rf。 “虛地”— 。 得到輸出電壓和輸入電壓的關系： 負號表明：uI與uO是反相。 因為電路引入了深度電壓負反饋，且 1+AF=∞，所以輸出電阻Ro=0，電路帶 負載

23、后運算關系不變。 因為輸入端和地之間看進去的等效電阻等于輸入端和虛地之間看進去的等效電阻，所以電路的輸入電阻Ri=R。 為得到更大的輸出電壓從而獲得較大的比例系數(shù)，引入T形網(wǎng)絡反相比例運算電路。 ②T形網(wǎng)絡反相比例運算電路 電阻R2、R3、R4構成英文字母T。 節(jié)點N的電流方程： 節(jié)點M的電位及R3和R4的電流，輸出電壓及整理式為：

24、 因為R3的引入是反饋系數(shù)減小，所以為保證足夠的反饋深度，應選用開環(huán)增益更大的集成電路。 2）同相比例運算電路 輸入端和接地端互換，電路 引入電壓串聯(lián)負反饋，故可認 為輸入電阻無窮大，輸出電阻 為零。 根據(jù)“虛短”和“虛斷”的概 念，得到： 輸出電壓為：

25、 得到uI與uO同相。 雖然此電路有高輸入電阻、低輸出電阻的優(yōu)點，但因為集成運放有共模輸入，所以為了提高運算精度，應當選用高共模抑制比的集成運放。 3）電壓跟隨器 若將電壓的全部全部反饋到反相輸入端，如圖： 得到uO=uI=uN=uP。 在理想運放的條件下，輸出電阻為零，所以可以認為 電路的輸出為恒壓源，帶負載后運算關系不變。 （2）加減運算電路

26、 實現(xiàn)多個輸入信號按各自不同的比例求或求差的電路。 若所有輸入信號均作用于集成運放的同一輸入端，則實現(xiàn)加法運算；若一部分輸入信號作用于集成運放的同相輸入端，而另一部分作用于反相輸入端，則實現(xiàn)減法運算。 1）求和運算電路 ①反相求和運算電路——所有輸入信號均作用于集成運放的反相輸入端 根據(jù)“虛短”和“虛斷”原則，uP=uN=0，得到節(jié)點N電流為： 整理得到uo的表達式： 利用疊加原理，首先分別

27、求出各輸入電壓單獨作用時的輸出電壓，然后將它們相加，便得到所有信號共同作用時輸出電壓與輸入電壓的運算關系。 uI1單獨作用時得到： 由于R2和R3的一端是“地”，一端是“虛地”，故它們的電流之和為零。因此電路實現(xiàn)的是反相比例運算。分別得到R2和R3單獨作用時的輸出： 于是得到總的輸出電壓為： ②同相求和運算電路——所有輸入信號均作用于集成運

28、放的同相輸入端 也可以利用疊加原理求解同相比例運算電路： 2）加減運算電路 有上述可得，輸出電壓與同相輸入端信號極性相同，與反向輸入端信號極性相反，因而可將輸入信號同時作用于兩個輸入端時來實現(xiàn)加減運算。 利用疊加原理求解，可以分解為下面兩個圖：

29、 解得： 相加的總的輸出電壓為： 若電路只有兩個輸入，則電路實現(xiàn)了對輸入差模信號的比例運算： 在使用單個集成運放構成加減運算電路時有兩個缺點： 一是：電阻的選取和調(diào)整不方便；二是：對于每個信號源，輸入電阻均較小。 因此，必要時可采用兩級電路： 第一級為同相比

30、例運算電路，因而 第二級為加減運算電路，用疊加原理得到 從電路的組成可以看出，無論對uI1還是對于uI2，均可認為輸入電阻為無窮大。 3）積分運算電路與微分運算電路 這兩個運算互為逆運算，在自控系統(tǒng)中，常用積分電路和微分電路作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；此外，它們還廣泛應用于波形的產(chǎn)生和變換以及儀表儀器之中。以集成運放作為放大電路，利用電阻和電容作為反饋網(wǎng)絡，可以

31、實現(xiàn)這兩種運算電路。 ①積分運算電路 由于集成運放的同相輸入端通過R’接地，uP=uN=0，為“虛地”。 電路中，電容C中電流等于R中電流： iC=iR=uI/R 輸出電壓與電容上電壓的關系為： uO=-uC 而電容上電壓等于起電流的積分，故 在求解t1

32、到t2時間段的積分值時： 在使用中，為了防止低頻信號增益過大，常在電容上并聯(lián)一個電阻加以限制，如上圖虛線所示。 故可以畫出當輸入電壓為階躍信號、方波和正弦波時，輸出電壓的波形： ②微分運算電路 ⅰ、基本微分運算電路 根據(jù)“虛斷”和“虛短”原則， uP=uN=0，為 “虛地”，電容兩端電壓uC=uI。因而

33、， 輸出電壓 ⅱ、實用微分運算電路 ⅲ、逆函數(shù)型微分運算電路 為將積分運算電路作為反饋回路，則可得到微分運算電路。為了保證電路引入的是負反饋，使A2的輸出電壓uO2與輸入電壓uI極性相反，uI應加在A1的同

34、相輸入端。 由i1=i2，即得 根據(jù)積分運算電路的運算關系可知 從而得到輸出電壓的表達式為 4）對數(shù)與指數(shù)運算電路，乘法與除法運算電路 3、有源濾波電路 第五部分 波形發(fā)生電路 了解產(chǎn)生自激振蕩的條件。掌握電壓比較器，用電壓比較器組成的非正弦發(fā)

35、生電路。 1、自激振蕩的條件 負反饋電路中，倘若在低頻或高頻段中存在f0，使電路產(chǎn)生的附加相移為，而且當，則電路將產(chǎn)生自激振蕩。 2、正弦波振蕩電路 在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。 （1）產(chǎn)生正弦波振蕩的條件 在正弦波振蕩電路中， 一要反饋信號能夠取代輸入信號，則必須要在電路中引入正反饋； 二要有外加的選頻網(wǎng)絡，用以確定振蕩頻率。 當輸入量為零時，反饋量等于凈輸入量。如果電路只對頻率為fo的正弦波產(chǎn)生正反饋過程，則輸出信號

36、 由上式可推出Xo越來越大。由于晶體管的非線性特性，當Xo的幅值增大到一定程度時，放大倍數(shù)的數(shù)值將減小，因此，Xo不會無限制地增大，當Xo增大到一定數(shù)值時，電路達到動態(tài)平衡。這時，輸出量通過反饋網(wǎng)絡產(chǎn)生反饋量作為放大電路的輸入量，而輸入量又通過放大電路維持著輸出量，寫成表達式為 也就是說正弦波振蕩的平衡條件為 寫成模與

37、相角的形式為 ——幅值平衡條件 ——相位平衡條件 為了使輸出量在合閘后能夠有一個從小到大直至平衡在一定幅值的過程，電路的起振條件為 電路把除頻率f=fo以外的輸出量均逐漸衰減為零，因此輸出量為f=fo的正弦波。 （2）正弦波振蕩電路的組成及分類 ①放大電路 ②選頻網(wǎng)絡 ③正反饋電路 ④穩(wěn)幅環(huán)節(jié)（可無，用晶體管的非線性來起到穩(wěn)幅作用） 根據(jù)選頻網(wǎng)絡可以分為RC正弦波振蕩電路，LC正弦波振蕩電路和石英

38、晶體正弦波振蕩電路三種類型。 （3）是否能產(chǎn)生正弦波振蕩的判斷方法和步驟 ①電路中是否包含上述四個組成部分 ②判斷放大電路是否能夠正常工作，即是否有合適的靜態(tài)工作點且動態(tài)信號是否能夠輸入、輸出和放大。 ③利用瞬間極性判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件 ④判斷電路是否滿足正弦波振蕩的幅值條件，即是否滿足起振條件。 【注意】只有在相位條件滿足的情況下，判斷是否滿足幅值條件才有意義。 （4）RC正弦波振蕩電路——只介紹RC橋式正弦波振蕩電路（文氏橋振蕩電路） 1）RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡

39、 其中R1=R2=R，C1=C2=C，輸入電壓為，輸出電壓為。 當信號頻率足夠低時，，因而網(wǎng)絡簡化圖如（b）所示。超前于，當頻率趨于零時，相位超前趨于+90，且趨于零。 當信號頻率足夠高時，，因而網(wǎng)絡簡化圖如（c）所示。滯后于，當頻率趨于零時，相位滯后趨于—90，且趨于零。 可以想象，當頻率信號從零逐漸變化到無窮大時，的相位將從+90逐漸變化到—90。因此，對于RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡，必定存在一個頻率fo，當f=fo時，與 同相。

40、 求出RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的頻率特性和fo： 當f=fo時 2）RC橋式正弦波振蕩電路 因為當f=fo時，，所以。為了滿足起振條件，放大電路的電壓放大倍數(shù)應略大于3。 此電路中，放大電路為負反饋即一個同相比例運算電路，正反饋網(wǎng)絡的反饋電壓是同相比例運算電路的輸入電壓，因而要把同相比例運算電路作為整體看成電壓放大電路，它的比例系數(shù)是電壓放大倍數(shù)，其起振條件和幅值平衡條件為

41、 （5）LC正弦波振蕩電路 1）LC諧振回路的頻率特性 常見的選頻網(wǎng)絡多采用LC并聯(lián)網(wǎng)絡 圖（a）中，無損耗，諧振頻率為 圖（b）中，有損耗 2）變壓器反饋式振蕩電路 3）電感反饋式振蕩電路 4）電容反饋式振蕩電路 3、電壓比較器——組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路 （1）電壓比較器的電壓

42、傳輸特性 輸入電壓uI是模擬信號，而輸出電壓uo只有兩種可能：高電平UOH或低電平UOL。 使uo從UOH躍變?yōu)閁OL，或者從UOL躍變?yōu)閁OH的輸入電壓uI稱為閾值電壓UT。 （2）集成運放的非線性工作區(qū) 在電壓比較器電路中，集成運放不是處于開環(huán)狀態(tài)（即沒有引入反饋），就是只引入了正反饋。 uPuN （3）電壓比較器的分類 1）單限比較器 電路只有一個閾值電壓。 ①過零比較器 其閾值電壓UT=0V。

43、 為了限制集成運放的差模輸入電壓，保護其輸入級，可加二極管限幅電路。而在實用電路中，為了滿足負載的需要，常在集成運放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的UOH和UOL。 R為限流電阻，兩只穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓均小于集成運放的最大輸出電壓UOM，且正向?qū)妷壕鶠閁D，當uI<0時，由于集成運放的輸出電壓uo’=+UOM，故DZ1工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，DZ2處于導通狀態(tài)，uo=UOH=+（UZ1+UD），反之，uo=UOL=-（UZ2+UD）。若要求UZ1= UZ2，則可以采用兩只特性相同而

44、又制作在一起的穩(wěn)壓管，穩(wěn)定電壓標為，當uI<0時，uo=UOH=+UZ，當uI>0時，uo=UOL=-UZ。 限幅電路的穩(wěn)壓管還可以跨接在集成運放的輸出端和反相輸入端之間： 假設穩(wěn)壓管截止，則集成運放必然工作在開環(huán)狀態(tài)，輸出電壓不是+UOM就是-UOM。這樣，必然導致穩(wěn)壓管擊穿而工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，DZ構成負反饋電路，是反相輸入端“虛地”，限流電阻上的電流等于穩(wěn)壓管的電流，輸出電壓 uo= 這種電路的優(yōu)點：一，集成運放的凈輸入電壓和凈輸入電流均近似于零，從而保護了輸入級

45、；二，集成運放沒有工作到非線性區(qū)，因而輸入電壓過零時，其內(nèi)部的晶體管不需要從截止區(qū)逐漸進入飽和區(qū)，或從飽和區(qū)逐漸進入截止區(qū)，所以提高了輸出電壓的變化速度。 ②一般單限比較器 根據(jù)疊加原理，集成運放反相輸入端的電位 ，UREF為外加參考電壓 令uP=uN=0，則閾值電壓 由上式可知：只要改變參考電壓的大小和極性，以及兩個電阻的阻值，就可以改變

46、閾值電壓的大小和極性；若要改變uI過UT時uo的躍變方向，則將同相輸入端和反相輸入端所接電路互換。 綜上所述，分析電壓傳輸特性三個要素的方法是： ⅰ、通過集成運放輸出端所接的限幅電路來確定電壓比較器的輸出低電平和輸出高電平 ⅱ、寫出集成運放同相輸入端和反相輸入端的電位uP、uN的表達式，令uP=uN，解得的輸入電壓就是閾值電壓。 ⅲ、uo在uI過UT時的躍變方向決定于uI作用于集成運放的那個輸入端。 例子：在圖8.2.6所示電路中，，在圖8.2.7中，R1=R2=5kΩ，基

47、準電壓UREF=2V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓；它們的輸入電壓均為（a）所示的三角波，試畫出圖8.2.6所示電路的輸出電壓uo1和圖8.2.7所示電路輸出電壓uo2 2）滯回比較器 電路有兩個閾值電壓，與單限比較器的相同之處在于：當輸入電壓單一方向變化時，輸出電壓只躍變一次。 單限比較器很靈敏，在閾值電壓附近只要有微小變化就會引起輸出電壓的躍變，即抗干擾能力很差。而滯回比較器具有滯回性，即具有慣性，因而有一定的抗干擾能力。 滯回比較器電

48、路中引入了正反饋： 很容易看出，uI=uN，， 令uP=uN，求出的uI就是閾值電壓UT，因此得到 滯回比較器中引入了正反饋，加快了uo的下降。 若將電阻R1的接地端接參考電壓UREF，如圖所示： 其中， 令uP=uN，求出的uI就是閾值電壓，因此得到

49、 改變參考電壓的大小和極性，滯回比較器的電壓傳輸特性將產(chǎn)生水平方向的移動；改變穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓可是電壓傳輸特性產(chǎn)生垂直方向的移動。 3）窗口比較器—雙限比較器 電路有兩個閾值電壓，與前兩種比較器的區(qū)別在于：當輸入電壓單一方向變化時，輸出電壓躍變兩次。 外加參考電壓URH>URL，電阻R1、R2和穩(wěn)壓管Dz構成限幅電路。 【總結】通過以上三個比較器的分析，可得到如下結論： ①在電壓比較器中，集成運放多

50、工作在非線性區(qū)，輸出電壓只有高電平和低電平兩種可能情況 ②一般用電壓傳輸特性來描述輸入電壓和輸出電壓的函數(shù)關系。 ③電壓傳輸特性的三個要素是輸出電壓的高、低電平，閾值電壓和輸出電壓的躍變方向。 取決于限幅電路 即up=uN時求出的uI 取決于輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端 【附加】 電壓比較器可將模擬信號轉(zhuǎn)化為為二值信號，即只有高電平和低電平兩種狀態(tài)的離散信號，因此電壓比較器可作為模擬電路和數(shù)字電路的接口電路。 4）集成電壓比較器 4、三種常用的非正弦波發(fā)生電路及波形變換電路

51、 （1）矩形波發(fā)生電路——是其它非正弦波發(fā)生電路的基礎 當方波電壓加載積分運算電路的輸入端，輸出獲得三角波電壓；而如果改變積分電路正向積分和反向積分的時間常數(shù)，使某一方向的積分常數(shù)趨于零，輸出獲得鋸齒波電壓。 ①電路組成及工作原理 只用兩種狀態(tài)：高電平和低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因為產(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換，所以電路必須引入負反饋；因為輸出狀態(tài)應按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。如圖：

52、 RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充放電過程實現(xiàn)狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。 ②波形分析及主要參數(shù) 電路中電容正向充電和反向充電的時間常數(shù)均為R3C，而且充電的總幅值也相等，因而一個周期內(nèi)uo=+Uz的時間和uo=-Uz的時間相等，uo為對稱的方波，所以該電路為方波發(fā)生器。 圖中，矩形波的寬度Tk與周期T之比稱為占空比，因此uo是占空比的1/2的矩形波。 由uc（t）=[uc（0）-uc(∞)]exp(-t/τ)+uc(∞) 可知t趨于無窮大時，uc趨于+Uz，利用一階RC電路的三要素法可列出方程 +UT=（Uz+ UT）（1- exp(-t/τ)）+（- UT） 又

53、τ=R3C，t=T/2，+-UT=+-R1/（R1+R2）Uz 得到振蕩周期 振蕩頻率 f=1/T ③占空比可調(diào)電路 可以想象要改變輸出電壓的占空比，就必須使電容正向和反向充電時間常數(shù)不同，即充電回路的參數(shù)不同，利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑щ娏髁鹘?jīng)不同的回路。 上式表明改變電位器的滑動端可以改變占空比，但不能改變周期。 （2）三角波發(fā)生電路 ①電路組成 在實際應用中，一般不采用上述波形，而是

54、將方波發(fā)生電路中的RC充、放電回路用積分運算電路來取代，滯回比較器和積分電路的輸出互為另一個電路的輸入。 ②工作原理 三角波-方波發(fā)生電路的波形圖 ③振蕩頻率 （3）鋸齒波發(fā)生電路 產(chǎn)生電路中的積分電路正向積分和反向積分的時間常數(shù)相差很大，那么輸出電壓uo上升和下降的斜率相差就會很大，這樣就得到了鋸齒波。利用二極管的單向?qū)щ娦允畮追蛛娐穬蓚€方向的積分通路不同，就可以得到鋸齒波。 （4）波形變換電路 來年各個組成部分的輸出互為另一部分的輸入，因此產(chǎn)生了自激振蕩。實際上，利用基本電路就可以實現(xiàn)波形的變換。 ①三角波變鋸齒波電路 ②三角波變正弦波電路 ⅰ濾波法 ⅱ折線法