信号检测与处理电路.pptx

模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学7.2.1 测量放大器测量放大器常用于常用于热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量以及热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量以及其它具有较大共模干扰的直流缓变微弱信号的检测。其它具有较大共模干扰的直流缓变微弱信号的检测。7.2 信号检测系统中的放大电路信号检测系统中的放大电路b.共模抑制比高共模抑制比高a.输入抗阻高输入抗阻高主要特点主要特点第第1页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学1.三运放测量放大器三运放测量放大器b.电阻电阻R3、R4、R5、R6要精密配合（要精密配合（R3=R5、R4=R6）。）。a.运放运放A1、A2的特性一致性。的特性一致性。对电路要求对电路要求(1)原理图原理图A1A2A3+_b1b2+_i+第第2页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学由图可知由图可知(2)电路分析电路分析A1A2A3+_b1b2+_i+第第3页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学A1A2A3+_b1b2+_i+第第4页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学放大器具有很高的抑制共模信号的能力放大器具有很高的抑制共模信号的能力令令输出输出uO与共模信号与共模信号uIc无关无关第第5页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学2.单片集成测量放大器单片集成测量放大器AD521工作原理与工作原理与三运放测量放大器类似三运放测量放大器类似性能指标性能指标(2)输入阻抗输入阻抗3 109 。(3)增益带宽大于增益带宽大于2 MHz。(4)电压放大倍数电压放大倍数0.110,000。(5)电源电压电源电压(518)V。(6)过载能力较强，动态特性好。过载能力较强，动态特性好。(1)共模抑制比共模抑制比120 dB。第第6页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(1)引脚说明引脚说明1234567891011131214OUTOFF SETVINRG+INSENSEREFRSCOMPOFF SETRSV+RG第第7页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(2)基本连接方式图基本连接方式图123456781011121314AD521+第第8页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学7.2.2 隔离放大器隔离放大器特点特点信号传递的主要方式信号传递的主要方式1.电磁耦合电磁耦合2.光电耦合光电耦合输入回路与输出回路之间是电绝缘的输入回路与输出回路之间是电绝缘的第第9页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学二极管二极管 二极管型二极管型二极管二极管 三极管型三极管型1.光电耦合隔离放大器光电耦合隔离放大器光敏二极管光敏二极管IoIiIiIo发发光光二二极极管管发光二极管发光二极管光光敏敏三三极极管管第第10页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学b.采用负反馈技术。采用负反馈技术。光电耦合器的特点光电耦合器的特点a.耦合器中的发光和光敏元件都是非线性器件耦合器中的发光和光敏元件都是非线性器件b.非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真克服非线性失真通常采取的措施克服非线性失真通常采取的措施a.给非线性器件施加合适的直流偏置，在小范围内给非线性器件施加合适的直流偏置，在小范围内线性传输信息。线性传输信息。第第11页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学一种典型的光电耦合隔离放大器一种典型的光电耦合隔离放大器 CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1第第12页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学 CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1电压并联负反馈电压并联负反馈第第13页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学 CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈第第14页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学 CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1串联负反馈的判断串联负反馈的判断电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈第第15页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学工作原理工作原理O1、O2特性相同特性相同R1=R4+RWR1=R4+RW CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1第第16页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学uCE2uCE1=uCE2uCE1O1、O2特性相同特性相同R1=R4+RWR1=R4+RW CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1第第17页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学uO=uCE1uI=uCE2uO=uIuCE2uCE1=uCE2uCE1 CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1第第18页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学实现信号隔离实现信号隔离实现信号传输实现信号传输两地独立两地独立两地独立两地独立输入、输出级之输入、输出级之间是电气绝缘的间是电气绝缘的uO=uI CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1第第19页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学放大器原理图放大器原理图2.变压器隔离放大器变压器隔离放大器+-1A调制器调制器隔隔 离离电电 源源解调器解调器振荡器振荡器+-2A输入屏蔽输入屏蔽输出屏蔽输出屏蔽uOuI第第20页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学+-1A调制器调制器隔隔 离离电电 源源解调器解调器振荡器振荡器+-2A输入屏蔽输入屏蔽输出屏蔽输出屏蔽uOuI调调 制制给输入侧提供能量给输入侧提供能量两侧电源独立两侧电源独立解解 制制输入、输出侧输入、输出侧间电气绝缘间电气绝缘第第21页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学变压器隔离放大器变压器隔离放大器AD277原理图和引脚原理图和引脚+-1A调制器调制器隔隔 离离电电 源源解调器解调器振荡器振荡器+-2A输入屏蔽输入屏蔽输出屏蔽输出屏蔽16151114101213(+VCC)126873495(+15V)(-15V)(VEE)第第22页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学传传感感器器放放大大器器滤滤波波器器增增益益调调整整采采样样保保持持A/D 转转换换器器计计算算机机系系统统总总线线控制电路控制电路提取测量信号提取测量信号放大测量信号放大测量信号抑制干扰信号抑制干扰信号去除无去除无用信号用信号信号加工信号加工处理系统处理系统第第23页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学7.3.1 滤波器的基础知识滤波器的基础知识功能功能:允许信号中某一部分频率的分量通过。允许信号中某一部分频率的分量通过。通带通带:能够通过信号的频率范围。能够通过信号的频率范围。阻带阻带:不能够通过信号的频率范围。不能够通过信号的频率范围。截止频率截止频率:通带和阻带之间的分界频率。通带和阻带之间的分界频率。7.3 有源滤波器有源滤波器第第24页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学滤波器的分类滤波器的分类a.根据处理的信号不同分为根据处理的信号不同分为 b.根据使用的滤波元件不同分为根据使用的滤波元件不同分为数字滤波器数字滤波器模拟滤波器模拟滤波器RC型型LC型型RLC型型第第25页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学c.根据工作频率不同分为根据工作频率不同分为低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器全通滤波器全通滤波器第第26页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学fA0理想滤波器的幅频特性理想滤波器的幅频特性低低通通fA0通通带带高高通通带带阻阻带带通通通通带带通通带带通通带带通通带带Af0fA0第第27页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学0fA0.707实际低通滤波器的幅频特性实际低通滤波器的幅频特性实际特性实际特性理想理想特性特性阻带阻带过渡带过渡带通带通带第第28页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学d.根据滤波器的阶数分根据滤波器的阶数分 一阶滤波器一阶滤波器二阶滤波器二阶滤波器高阶滤波器高阶滤波器e.根据采用的元器件不同分根据采用的元器件不同分无源滤波器无源滤波器有源滤波器有源滤波器滤器的阶数越高，性能越好。滤器的阶数越高，性能越好。第第29页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学组成组成:由电阻、电容、电感等无源器件组成。由电阻、电容、电感等无源器件组成。体积和重量比较大，电感还会引起电磁干扰。体积和重量比较大，电感还会引起电磁干扰。(a)无源滤波器无源滤波器电路简单电路简单高频性能好高频性能好工作可靠工作可靠优点优点通带信号有能量损耗通带信号有能量损耗负载效应比较明显负载效应比较明显缺点缺点CRRL无源高通滤波器无源高通滤波器第第30页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(b)有源滤波器有源滤波器电路体积小、重量轻。电路体积小、重量轻。通带内的信号可以放大。通带内的信号可以放大。精度高、性能稳定、易于调试。精度高、性能稳定、易于调试。负载效应小。负载效应小。组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成。组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成。优点优点可以多级相连，用低阶来构成高阶滤波器。可以多级相连，用低阶来构成高阶滤波器。第第31页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学通带范围小。通带范围小。需要直流电源。需要直流电源。适用于低频、低压、小功率等场合。适用于低频、低压、小功率等场合。缺点缺点第第32页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学1.一阶低通有源滤波器一阶低通有源滤波器7.3.2 低通有源滤波器低通有源滤波器(1)电路组成电路组成(2)电路分析电路分析 a.电路的传递函数电路的传递函数+_+第第33页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学式中式中Z1(s)Z2(s)故故+_+第第34页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学令令滤波器的通带增益滤波器的通带增益 +_+第第35页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学b.滤波器的频率特性滤波器的频率特性令令 s=j，得，得滤波器的频率特性滤波器的频率特性第第36页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学式中式中即即因电路的频率特性与因电路的频率特性与f 的一次的一次方有关方有关故称之为一阶故称之为一阶RC有源滤波器有源滤波器第第37页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学c.滤波器的幅频特性滤波器的幅频特性由由得得d.相频特性相频特性第第38页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学讨论幅频和相频特性讨论幅频和相频特性(a)(b)(c)c、fc分别称为滤波器的截止角频率、截止频率。分别称为滤波器的截止角频率、截止频率。滤波器具有低通的特性。滤波器具有低通的特性。第第39页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学3dB020lg|A(j)|/dB幅频特性曲线幅频特性曲线20dB/十倍频十倍频幅频特性曲线幅频特性曲线由由第第40页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(3)一阶滤波器特点一阶滤波器特点 a.电路简单。电路简单。b.过渡带的衰减慢，衰减速率过渡带的衰减慢，衰减速率20dB/十倍频。十倍频。第第41页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学2.二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器(1)电路组成电路组成(2)电路分析电路分析a.电路的传递函数电路的传递函数无限增益多路反馈型二无限增益多路反馈型二阶有源低通滤波器阶有源低通滤波器12+_+_._+第第42页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学对节点对节点1、2列节点电压方程列节点电压方程节点节点1节点节点212+_+_._+第第43页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学由上两式得由上两式得其中其中电路的品质因数电路的品质因数滤波器的特征角频率滤波器的特征角频率第第44页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学式中式中为滤波器的通带增益为滤波器的通带增益b.滤波器的频率特性滤波器的频率特性令令 s=j，得，得滤波器的频率特性滤波器的频率特性第第45页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学c.滤波器的幅频特性滤波器的幅频特性由由得得d.滤波器的相频特性滤波器的相频特性第第46页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学e.幅频特性分析幅频特性分析当当 n n时，时，电路具有低通滤波器特性电路具有低通滤波器特性第第47页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学当当=n n时时由式由式知知或或第第48页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学幅频特性曲线幅频特性曲线10310Q=105210.7070.540第第49页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学这种滤波器称为切比雪夫（这种滤波器称为切比雪夫（Chebyshev）型滤波器）型滤波器a.特性有峰值。特性有峰值。10 310Q=105210.7070.540当当时时b.Q值越大，尖峰值越大，尖峰越高。越高。c.当当 时，电路时，电路将产生自激振荡。将产生自激振荡。d.过渡带衰减过渡带衰减速度较快。速度较快。第第50页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学c.Q值越小，幅频特性下降得越早。值越小，幅频特性下降得越早。a.特性无峰值。特性无峰值。b.通带有衰减。通带有衰减。当当时时10 310Q=105210.7070.540第第51页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学c.幅频特性最平坦幅频特性最平坦a.无峰值无峰值这这 种种 滤滤 波波 器器 称称 为为 最最 大大 平平 坦坦 或或 巴巴 特特 沃沃 斯斯（Butterworth）型滤波器。）型滤波器。当当时时10 310Q=105210.7070.540b.在在 n n的频域的频域下降量最小下降量最小第第52页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学巴特沃斯（巴特沃斯（Butterworth）型滤波器的幅频特性）型滤波器的幅频特性当当此时的特征角频率此时的特征角频率 n n才是截止角频率才是截止角频率 c c。10 3104040dB/十倍频十倍频第第53页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学1一阶高通有源滤波器一阶高通有源滤波器 7.3.3 高通有源滤波器高通有源滤波器(1)低通与高通电路的对偶关系低通与高通电路的对偶关系C换成换成RR换成换成C第第54页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学b.电路分析电路分析(2)一阶高通滤波器一阶高通滤波器a.电路组成电路组成(a)传递函数传递函数Z1(s)Z2(s)+_+_第第55页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学式中式中通带增益通带增益截止角频率截止角频率+_+_第第56页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学滤波器的频率特性滤波器的频率特性令令(b)频率特性频率特性由由得得滤波器的截止频率滤波器的截止频率第第57页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(c)滤波器的幅频特性滤波器的幅频特性由由得得幅频特性曲线幅频特性曲线o十倍频十倍频第第58页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学 2二阶高通有源滤波器二阶高通有源滤波器 (1)电路组成电路组成(2)电路分析电路分析压控电压源型电路压控电压源型电路二二阶高通有源滤波器阶高通有源滤波器 +_ +_+_A第第59页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学等效方框内的电路等效方框内的电路等效电路等效电路 A03 2 +_ +_+_A第第60页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学对节点对节点3、2列节点列节点电压方程电压方程 节点节点3节点节点2a.传递函数传递函数 A03 2 +第第61页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学由以上两式电路的传递函数为由以上两式电路的传递函数为 其中其中品质因数品质因数通带增益通带增益特征角频率特征角频率第第62页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学b.频率特性频率特性 令令由由得得c.幅频特性幅频特性第第63页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学幅频特性曲线幅频特性曲线103Q=105210.7070.5第第64页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学7.3.4 带通和带阻有源滤波器带通和带阻有源滤波器1 二阶带通有源滤波器二阶带通有源滤波器(1)电路组成电路组成(2)电路分析电路分析 32+_+A第第65页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学等效方框内的电路等效方框内的电路等效电路等效电路 32+_+A 32 _+A0第第66页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学对节点对节点3、2列节点电压方程列节点电压方程 节点节点3节点节点2 32 _+A0第第67页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学中心频率中心频率通带增益通带增益品质因数品质因数a.电路的传递函数电路的传递函数第第68页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学得滤波器的频率特性得滤波器的频率特性c.频幅特性频幅特性 b.频率特性频率特性将将s=j 代入式代入式第第69页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学幅频特性分析幅频特性分析当当 时，时，(a)当当 时，时，(b)当当 时，时，(c)电路具有带通特性电路具有带通特性称为中心角频率称为中心角频率第第70页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学知知 在截止频率上满足在截止频率上满足即即求解上式得求解上式得d.通频带通频带由由第第71页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学故故 滤波器的通频带宽滤波器的通频带宽Q值越大，通频带越窄，值越大，通频带越窄，滤波器滤波器的的选择性越强。选择性越强。第第72页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学Q=105210.502040/o o 10.1dBAjA/|)(|lg200带通滤波器带通滤波器的幅频特性的幅频特性第第73页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学2二阶带阻有源滤波器二阶带阻有源滤波器 (1)电路组成电路组成C2CR32RCR/24+_+_+_双双T选频网络选频网络第第74页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学列节点电压方程列节点电压方程节点节点2(2)电路分析电路分析a.传递函数传递函数节点节点3C2CR32RCR/24+_+_+_第第75页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学节点节点4式中式中 C2CR32RCR/24+_+_+_第第76页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学其中：其中：故故 传递函数传递函数第第77页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学得滤波器的频率特性得滤波器的频率特性将将s=j 代入式代入式b.频率特性频率特性第第78页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学c.滤波器的幅频特性滤波器的幅频特性幅频特性分析幅频特性分析当当 时，时，(a)当当 时，时，(b)当当 时，时，(c)电路具有带阻特性电路具有带阻特性为中心角频率为中心角频率第第79页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学解之得截止角频率解之得截止角频率 上限上限d.滤波器的阻带滤波器的阻带下限下限令令 第第80页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学故故 滤波器的阻带宽为滤波器的阻带宽为第第81页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学带通滤波器带通滤波器幅频特性幅频特性11000.1-50Q小小Q大大第第82页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学功能功能 用来比较输入电压相对大小用来比较输入电压相对大小输出端的信号状态输出端的信号状态 高电平和低电平高电平和低电平7.4 电压比较器电压比较器输入电压输入电压比较电压（基准电压或参考电平）比较电压（基准电压或参考电平）输入端的信号输入端的信号工工作作原原理理 输输入入电电压压偏偏离离参参考考电电压压时时，输输出出电电压压将将发发生生从从高高到到低低（或或从从低低到到高高）的的跃跃变变（称称之之为为比比较较器器翻转）。翻转）。第第83页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学7.4.1 单门限电压比较器单门限电压比较器1.零电平比较器零电平比较器 (2)电路特点电路特点b.，a.运放工作于开环状态运放工作于开环状态c.输出电压输出电压uO VCC(1)电路组成电路组成Rb2b1+_+_+第第84页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学a.当当 时，时，b.当当 时，时，(3)工作原理工作原理(4)传输特性传输特性O 与零电平（电位）进行比与零电平（电位）进行比较，故称为零电平比较器。较，故称为零电平比较器。Rb2b1+_+_+第第85页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学O理想特性理想特性实际特性实际特性不灵敏区不灵敏区第第86页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(5)电路存在的问题电路存在的问题a.输出电压基本由电源电压确定。输出电压基本由电源电压确定。b.输出电平易受电源波动、饱和深度的影响。输出电平易受电源波动、饱和深度的影响。c.输出电平不易改变。输出电平不易改变。Rb2b1+_+_+第第87页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学改进型的零电平比较器改进型的零电平比较器限流电阻限流电阻 双向限幅稳压管双向限幅稳压管输出电压输出电压 输入保护电路输入保护电路RDZ+_+_+_D1D2传输特性传输特性O第第88页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学2非零电平比较器非零电平比较器 电路简单电路简单灵敏度高灵敏度高抗干扰能力差抗干扰能力差单门限电压比较器的特点单门限电压比较器的特点O传输特性传输特性RDZ+_+_+_UR第第89页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学tOOt干扰干扰干扰干扰比较电压比较电压UR输入电压输入电压输出电压输出电压误动作误动作误动作误动作单门限比较器抗干扰性能差的波形图单门限比较器抗干扰性能差的波形图第第90页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学7.4.2 多门限电压比较器多门限电压比较器1迟滞比较器迟滞比较器1)反相输入迟滞比较器反相输入迟滞比较器Dz+_+_第第91页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学给电路提供双极性参考电平给电路提供双极性参考电平加速输出翻转过程加速输出翻转过程引入正反馈引入正反馈正反馈的作用正反馈的作用Dz+_+_第第92页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学反馈电压反馈电压输出电压输出电压a.工作原理工作原理Dz+_+_第第93页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学uOuI传输特性传输特性O如果如果 uI UR=KUZ时，时，只要只要 uIUR传输特性传输特性Dz+_+_第第95页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学uOuI传输特性传输特性O(c)当当uO=UZ时时如果如果 uI URDz+_+_第第96页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学uOuI传输特性传输特性O此时此时(d)当当uIUR=KUZ时时,只要只要 uI KUZ传输特性传输特性当当时时(a)Dz+_b1b2即即第第104页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学O只要只要Uo=UZuIKUZ传输特性传输特性当当时时(b)Dz+_b1b2第第105页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学O输出维持原状态输出维持原状态Uo=UZ|uI|KUZ传输特性传输特性当当 时时(c)Dz+_b1b2第第106页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学O输出维持原状态输出维持原状态Uo=UZ|uI|KUZ传输特性传输特性当当时时Dz+_b1b2第第107页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学O同相同相输入输入迟滞迟滞比较比较器器传传输特输特性性具有逆时针具有逆时针旋转的特性旋转的特性第第108页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学c.特性平移的迟滞比较器特性平移的迟滞比较器图中图中Dz+_b1b2第第109页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学即即令令得电路的翻转电平为得电路的翻转电平为Dz+_b1b2第第110页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学迟滞回环沿着坐迟滞回环沿着坐标横轴平移标横轴平移传输特性传输特性O第第111页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学2.窗口比较器窗口比较器(1)电路电路A1D1D2A2+T第第112页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学D1导通导通 D2截止截止A1输出高电平输出高电平 A2输出低电平输出低电平当当时时(a)输出电压输出电压2.工作原理工作原理（设（设）晶体管晶体管T饱和导通饱和导通A1D1D2A2+T第第113页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学A2输出高电平输出高电平当当时时(b)输出电压输出电压A1输出低电平输出低电平D1截止截止 D2导通导通晶体管晶体管T饱和导通饱和导通A1D1D2A2+T第第114页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学晶体管晶体管T截止截止A2输出低电平输出低电平当当时时(c)输出电压输出电压A1输出低电平输出低电平D1截止截止 D2截止截止A1D1D2A2+T第第115页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学工业控制系统，测量温度、压力、液面等的范围。工业控制系统，测量温度、压力、液面等的范围。窗口比较器的主要应用窗口比较器的主要应用O传输特性传输特性第第116页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学LM111系列的封装形式和引脚排列系列的封装形式和引脚排列7.4.3 集成电压比较器集成电压比较器+_12345678OUTGNDININ+BALBAL/S+VCCVCC第第117页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学LM111系列典型应用电路系列典型应用电路具有选通的接法具有选通的接法 RT123456785选通选通+5V+_3k C基本应用电路基本应用电路23456781 k3+第第118页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学电路电路2373K3K+LM111系列实现的施密特电路系列实现的施密特电路传输特性传输特性O第第119页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学例例1 在图示电路中，设各运放都具有理想特性。试求：在图示电路中，设各运放都具有理想特性。试求：(a)Au1=Uo3/Ui(b)电路的中频电压放大倍数电路的中频电压放大倍数Aum=Uo/Ui;练习题练习题A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k+_+_+10k 1010k 33k 3.33k 3.33k ;第第120页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(c)整个电路的上、下限截止频率整个电路的上、下限截止频率fH和和fL之值。之值。解解 由图可知，运放由图可知，运放A1A3构成三运放测量放大器，构成三运放测量放大器，运放运放A4构成一阶低通滤波器，电容器构成一阶低通滤波器，电容器C2 和负载和负载RL构构成高通滤波器。成高通滤波器。A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k+_+_+10k 1010k 33k 3.33k 3.33k 第第121页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(a)写出写出uO2与与ui的关系的关系 A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k+_+_+10k 1010k 33k 3.33k 3.33k 第第122页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(b)电路的中频电压放大倍数电路的中频电压放大倍数 所以，所以，Au1=Uo3/Ui=3A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k+_+_+10k 1010k 33k 3.33k 3.33k 第第123页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(c)整个电路的上、下限截止频率分别为整个电路的上、下限截止频率分别为A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k+_+_+10k 1010k 33k 3.33k 3.33k 第第124页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学例例2 在图示电路中，已知稳压管在图示电路中，已知稳压管DZ1、DZ2的击穿电的击穿电压分别为压分别为UZ1=3.4 V,UZ2=7.4 V,正向压降皆为正向压降皆为UD1=UD2=0.6 V，运放，运放A具有理想的特性。画出具有理想的特性。画出uI由由 6 V变变至至+6 V，再由，再由+6 V变至变至 6 V时电路的电压传时电路的电压传输特性曲线。输特性曲线。A+_第第125页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学解解(a)由图可知电路的输出电压极限值由图可知电路的输出电压极限值 A+_第第126页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(b)运运放反相输入端电压放反相输入端电压 同相输入端电压同相输入端电压 当输入电压当输入电压uI由由6V 向向+6V方向变化时，如果同相输入方向变化时，如果同相输入端的电压端的电压u+低于低于UR，输出电压，输出电压uO为为Uomin；A+_第第127页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学由由得得当当同同相相输输入入端端的的电电压压u+略略高高于于UR时时，比比较较器器翻翻转转，输输出出电电压压uO为为Uomax。UH=5.3 V 设此时的输入电压为设此时的输入电压为UHA+_第第128页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学当当uI由由+6V向向 6V 方向变方向变化时，如果化时，如果u+高于高于UR，输出电压输出电压uO为为Uomax；当当u+略略低低于于UR时时，比比较较器器再再次次翻翻转转，输输出出电电压压uO为为Uomin。设此时的输入电压为设此时的输入电压为UL由由得得A+_第第129页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学由此可画出电路的传输特性由此可画出电路的传输特性uOuIOUHULUominUomax传输特性传输特性A+_第第130页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学例例3 在图示电路中，设运算放大器在图示电路中，设运算放大器A具有理想的特性，具有理想的特性，其最大输出电压其最大输出电压稳稳压压管管 的的稳稳定定电电压压为为 ,试试画画出出电电路路的的电电压压传传输输特特性曲线。性曲线。A+_第第131页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学解解 由图可知，当稳压管由图可知，当稳压管DZ击穿后，由于其动态电击穿后，由于其动态电阻很小，电路引入深度负阻很小，电路引入深度负反馈。反馈。故运放的故运放的“虚短虚短”仍然成立。仍然成立。电路的输出电压电路的输出电压此时，电阻此时，电阻R3两端的电压为两端的电压为 A+_第第132页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学由由知知当当 时，输出高电时，输出高电平电压平电压 当当 时，输出低电平电压时，输出低电平电压 A+_第第133页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学由于运放的同相输入端电压由于运放的同相输入端电压 当当 时电路的低电平阈值电压为时电路的低电平阈值电压为 故当故当 时时电路的高电平阈值电压为电路的高电平阈值电压为 A+_第第134页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学即当即当 时，时，；当当 时，时，；由此可画出电压传输特性。由此可画出电压传输特性。UHULuOuIUOHUOLO电压传输特性电压传输特性A+_第第135页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学例例4 电路如图所示，已知集成运电路如图所示，已知集成运A1、A2 的性能理想。的性能理想。(1)写出写出 与与 、关系式关系式;(2)设设t=0 时，时，uO=12V，uC(0)=0V。当。当uI1=10V，uI2=0V时，那么经过多长时间时，那么经过多长时间uO翻转到翻转到12V;uI1+-A2DZ+-A1uI2R1R2R7R3R4R5R6100100k uO1 12VuO100100k 5050k 1010k 1 1k 1010k 2 2k C1m1mF第第136页页/共共143页页模拟电子技术基础模拟电子技术基础北方民族大学(4)画出画出 、与与 的波形。的波形。(3)从从uO翻转到翻转到12V的时刻起的时刻起uI1=10V,uI2=15V，又，又经过多长时间经过多长时间uO再次翻回再次翻回12V;uI1+-A2DZ+-A1