【模拟电子技术Analog Electronics Technology 26】—— 波形的发生和信号转换(1)正弦波震荡电路和电压比较电路的分析

1.正弦波震荡电路

正弦波震荡电路原理上与自激振荡产生的原理相同,正弦波震荡的平衡条件是:

  1. A F = 1 AF = 1 (起振的话是 A F > 1 AF > 1
  2. φ A + φ F = 2 n Π φ_A + φ_F = 2nΠ

1.1 文氏桥震荡电路

我们直接来看看电路图:

右图是文氏桥震荡电路中外部电路常见的另外一种解法,遇到时要敏感!
下面是文氏桥震荡电路的几个非常重要的参数计算公式(考试常考)

  1. 文氏桥震荡电路的振荡频率: f 0 = 1 2 Π R C f_0 = \frac{1}{2ΠRC} ,这个R就是和C并联的R,有时候我们会看到下面这样的题目:
    在这里插入图片描述
    下方还加上了一个可调电阻 R 2 R_2 ,那么我们就要注意:此时的振荡频率就会有范围了:
    最小的频率值即等于: f 0 ( m i n ) = 1 2 Π ( R 1 + R 2 ) C f_{0(min)} = \frac{1}{2Π(R_1 + R_2)C} ,最大的频率值即为: f 0 ( m a x ) = 1 2 Π R 1 C f_{0(max)} = \frac{1}{2ΠR_1C}

  2. f = f 0 f = f_0 时, A u = 1 + R f R 1 3 A_u = 1 + \frac{R_f}{R_1} ≥ 3 ,因此,我们要求 R f R_f 至少是 R 1 R_1 两倍,因此,上图中在 R f R_f 的支路上也有一个可调电阻 R w R_w ,因此 R w R_w' 的下限值就是2kΩ

2.电压比较电路

我们要注意:在电压比较器电路里面,绝大多数的集成运放不是工作在开环状态、就是只引入了正反馈。那么,既然是开环状态(即工作在非线性区),那么就会有以下的特征:

  1. u p u_p 不一定再等于 u N u_N 了!!!(这一点很重要)。如果我们假设集成运放在开环状态下的输出电压幅值为± U O M U_{OM} ,那么当 u P > u N u_P > u_N 时,输出 + U O M +U_{OM} u P < u N u_P < u_N 时,输出 U O M -U_{OM}
  2. i P i_P 依然等于 i N i_N 等于0
  3. U T U_T 的求法: U T = u I u P = u N U_T = u_I|_{u_P = u_N}

有了以上的预备知识之后,我们就可以开启电压比较器的学习辽!

2.1 单限比较器

所谓单限,就是指只有一个阈值电压 U T U_T ,当输入 u I u_I 到达这个 U T U_T 时,输出电压会有一个跳变:从 U O H U_{OH} 跳变到 U O L U_{OL} 、或者是从 U O L U_{OL} 跳变成 U O H U_{OH}

2.1.1 过零比较器

这就是最简单的比较器了,当 u I u_I <0,即 u N < u P u_N < u_P 时,输出 U O M U_{OM} ,反之。

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2.1.2 一般单限比较器

变化的地方主要是输入部分加了参考电压 U R E F U_{REF} ,还有输出部分的起限幅作用的稳压管。
至于 U T U_T 的求解: R 1 R 1 + R 2 u I + R 2 R 1 + R 2 U R E F = 0 \frac{R_1}{R_1+R_2}u_I + \frac{R_2}{R_1+R_2}U_{REF} = 0
U T = u I = R 2 R 1 U R E F U_T = u_I = -\frac{R_2}{R_1}U_{REF}

2.2 滞回比较器

先来计算 U T U_T
u P = R 1 R 1 + R 2 U o = ± R 1 R 1 + R 2 U Z u_P = \frac{R_1}{R_1+R_2}U_o = ±\frac{R_1}{R_1+R_2}U_Z
u P = u N u_P = u_N 可得: ± U T = ± R 1 R 1 + R 2 U Z ±U_T = ±\frac{R_1}{R_1+R_2}U_Z
然后,我们来看看电压传输特性曲线的走势:当 u I u_I 从无穷小的地方慢慢增大:那么一开始是有: u N < u P u_N < u_P 的,因此输出就是 + U Z +U_Z ,只有增大到 u I = + U T u_I = +U_T 时才会出现跳变

【如果我们想让整个传输特性曲线平移的话,只需要在同相输入端添加一个参考电压 U R E F U_{REF}

2.3 窗口比较器

在这里插入图片描述
这里我们约定 U R H > U R L U_{RH} > U_{RL} ,那么我们来分情况讨论:
(1)当 u I > U R H u_I > U_{RH} 时,那么它也一定大于 U R L U_{RL} ,因此 A 1 A_1 输出 + U O M +U_{OM} A 2 A_2 输出 U O M -U_{OM} ,因此, D 1 D_1 导通, D 2 D_2 截止,输出为 + U Z +U_Z
(2)当 u I < U R L u_I < U_{RL} 时,同理我们可以知道 D 2 D_2 导通、 D 1 D_1 截止,因此输出也是 + U Z +U_Z
(3)当 U R L < u I < U R H U_{RL} < u_I < U_{RH} 时,两支二极管都截止,因此输出为0

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