模擬集成電路的非線性應(yīng)用

1、第3章模擬集成電路的非線性應(yīng)用3.1對(duì)數(shù)器和指數(shù)器對(duì)數(shù)器和指數(shù)器是模擬集成電路中應(yīng)用比擬廣泛的電路之一。對(duì)數(shù)器和指數(shù)器可以完成對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算，可 以作對(duì)數(shù)函數(shù)發(fā)生器和指數(shù)函數(shù)發(fā)生器，可以進(jìn)行乘法和除法運(yùn)算，可以進(jìn)行平方和開方運(yùn)算，還可以對(duì)信 號(hào)進(jìn)行對(duì)數(shù)壓縮，如將線性坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)坐標(biāo)，線性掃頻轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)掃頻等。本節(jié)主要介紹對(duì)數(shù)器和指數(shù) 器。對(duì)數(shù)器對(duì)數(shù)器是實(shí)現(xiàn)輸出電壓與輸入電壓成對(duì)數(shù)關(guān)系的非線性模擬電路。PN結(jié)的伏安特性Aud半導(dǎo)體PN結(jié)的伏安特性為| =| (ekT d -1)d S上式中，Id_是PN結(jié)的正向?qū)娏鱅s是PN結(jié)的反向飽和電流，它隨溫度變化19q是電子電荷量，q = 1.60

2、2 10- Ck是玻爾茲曼常數(shù)，k = 1.38 W-23 J/ cCT是絕對(duì)溫度在常溫下，t = 25 oC時(shí),kT:-26mV，假設(shè)結(jié)電壓Ud > 100mV，那么上式近似為IdqU sekT二極管對(duì)數(shù)放大器lgUi在理想運(yùn)放的條件下,qU，由I-ISekT d ，得此對(duì)數(shù)器的輸出電壓為dS2.3kT55Ulg( -) - -U lg( '-)oq g(RIs) T u/r .kT式中， Ut =2.3 ，當(dāng) t= 25 oC 時(shí)，UT ： 59mV , URIs。q1為了利用PN結(jié)正向?qū)ㄌ匦缘闹笖?shù)伏安特性，要求輸入電壓必須為正，假設(shè)PN結(jié)反接，那么輸入電壓必須為負(fù)。在分析

3、上述關(guān)系式時(shí)，忽略了PN結(jié)的體電阻的影響。實(shí)際上，由于體電阻上的壓降而破壞了正常的對(duì)數(shù)運(yùn)算，所以要選用體電阻小的管子作變換元件。三極管對(duì)數(shù)放大器Uo(a)(b)在理想運(yùn)放的條件下,丄U sekTbe式中，Is是三極管be結(jié)的反向飽和電流，：是共基極電流放大系數(shù)。此對(duì)數(shù)器的輸出電壓為u。-Ube23T lg¥)q : Ris二極管對(duì)數(shù)器和三極管對(duì)數(shù)器明顯的缺點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性差，因?yàn)?數(shù)器具有實(shí)用性，可采用具有溫度補(bǔ)償?shù)膶?duì)數(shù)器。Ut、Is均是與溫度有關(guān)的量。為了使對(duì)U。=-(1R U此對(duì)數(shù)器的輸出電壓為Ra)kTR4 q因帶溫度補(bǔ)償?shù)膶?duì)數(shù)器現(xiàn)已做成了集成電路，溫度補(bǔ)償局部均集成在集成塊的內(nèi)

4、部，所以其工作原理在此不 再祥述。指數(shù)器指數(shù)器是實(shí)現(xiàn)輸出電壓與輸入電壓成指數(shù)關(guān)系的非線性模擬電路，由于輸入電壓也是輸出電壓的對(duì)數(shù)，因 此也稱為逆對(duì)數(shù)器。根本指數(shù)器R在理想運(yùn)放的條件下,U =I R，由obe，得此指數(shù)器的輸出電壓為Aub上 uU 亠 Rl 亠 RJekTe - -Rl ekT ioeSSkT式中，UT =2.3 ，當(dāng) t = 25 oC 時(shí)，UT : 59mV ，URIs 。 qT由圖可知，此指數(shù)器的輸入電壓必須為正，而輸出電壓只能為負(fù)，其傳輸特性位于第四象限內(nèi)。假設(shè)將指 數(shù)變換管換方向或采用 PNP管，那么傳輸特性將在第二象限。此指數(shù)器的缺點(diǎn)是：1Ut、Uk均與溫度有關(guān)，其溫

5、度穩(wěn)定性差，必須采用溫度補(bǔ)償措施才能實(shí)用。2U為單極性，且動(dòng)態(tài)范圍很小，限于be結(jié)的壓降，應(yīng)用范圍受到限制。3輸入信號(hào)內(nèi)阻對(duì)指數(shù)特性影響極大，不適于直接與有較大內(nèi)阻的信號(hào)源相接。具有溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)用指數(shù)器為了克服根本指數(shù)器的缺點(diǎn)，下面介紹具有溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)用指數(shù)器。如下圖，是具有溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)用精 密指數(shù)器。在圖中，設(shè)基準(zhǔn)電流Ir為10 3，VTi的基極加一個(gè)電壓 U2，它由熱敏電阻 Rt和電阻分壓器 Ri提供。VTi 和VT2是發(fā)射極相互連接的晶體管對(duì)。下面分析此指數(shù)器的工作原理。由于輸入電壓Ui和基準(zhǔn)電流Ir的作用，為提供了電壓 Ube1, VT1去鼓勵(lì)VT2。當(dāng)Ui= 0時(shí)，由于和VT2處于平

6、衡狀態(tài)，VT?的集電極電流 Ic2等于Ic1 Ir，而發(fā)射極U f電壓U1由集電極電流lc1lR工re確定。當(dāng)UiV 0時(shí)，VT 1基極電壓U2下降，而VT 1集電極電流Ic1=Ir不 R2變，由于A1的負(fù)反響作用，發(fā)射極電壓U1以同樣大小下降。因此 VT2b e之間的電壓Ube2變大，集電極電流Ic2按指數(shù)函數(shù)增大，Uo隨之增大。在上述過程中，電路中的幾個(gè)主要參數(shù)可分別用下面的式子來表示?？傻肰T2的集電極電流為在UiV 0時(shí)，Ube2可表示為Ic2 二1。Ic2qukT BE2 :I eoUbe2kT q設(shè)一R1Rt16.7kT I rrt宀RtR11丄Tin 上I Oui=Ioln上 I

7、 e okT R1 Rt ikT 6mv ，那么電流Ic2為q RTq Tui kT R1 -RT i = IReuIcIR10i所以輸出電壓為u =1 2只£ =1 R&x10Uio c2 5 R oRt，那么可由環(huán)境可知，輸出電壓 uo與輸入電壓ui之間保持指數(shù)關(guān)系。如果選用正溫度系數(shù)的熱敏電阻溫度引起的變化進(jìn)行補(bǔ)償。集成化的對(duì)數(shù)器和指數(shù)器對(duì)數(shù)器和指數(shù)器是由集成運(yùn)放、晶體管、電阻、電容等元件組成的，將這些元件組合在一塊基片上，加少 量的外接元件，就可構(gòu)成集成化對(duì)數(shù)器和指數(shù)器。美國(guó)ITN公司在偏置電流為 3pA、轉(zhuǎn)換速率為 6V/s、輸入電阻為10節(jié)的JFET型集成運(yùn)放 8

8、043的根底 上，生產(chǎn)了最早的集成化對(duì)數(shù)器和指數(shù)器8048和8049。這些電路主要用于乘法、除法、開方、平方等運(yùn)算及信號(hào)壓縮和放大電路中。同時(shí)，還可用于產(chǎn)生鋸齒波、階梯波的電路中。如下圖，是8048型集成化對(duì)數(shù)器。由于采用了 JFET型集成運(yùn)放，所以它具有輸入電阻高、噪聲低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。該電路的動(dòng)態(tài)范圍大于 60dB。為了擴(kuò)大應(yīng)用范圍，放大器的比例系數(shù)、基準(zhǔn)電壓、失調(diào)電壓等的調(diào)整均由外接電路實(shí)現(xiàn)。溫度補(bǔ)償 電路在集成塊的內(nèi)部，當(dāng)環(huán)境溫度為070oC時(shí)，無需外接元件進(jìn)行補(bǔ)償。3.2乘法器及其應(yīng)用乘法器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬量電壓或電流相乘作用的器件。乘法器廣泛用于根本模擬運(yùn)算、電子工程、通 訊技術(shù)、

9、信息處理、自動(dòng)控制、測(cè)量技術(shù)等領(lǐng)域。利用乘法器可以實(shí)現(xiàn)乘法、除法、開方、幕運(yùn)算，可以實(shí) 現(xiàn)均方值、有效值運(yùn)算，極坐標(biāo)和直角坐標(biāo)的變換，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制、解調(diào)、檢波、鑒頻、鑒相、倍頻、混頻、放大、壓控增益、波形產(chǎn)生、電機(jī)控制等許多功能。乘法器的根底知識(shí)乘法器乘法器具有兩個(gè)輸入端(通常稱為X輸入端和Y輸入端)和一個(gè)輸出端(通常稱為Z輸出端)。如下圖,是乘法器的符號(hào)。(a)(b)一個(gè)理想的乘法器，其輸出電壓Uo(t)與兩個(gè)輸入端的瞬時(shí)電壓ux(t)和Uy(t)的乘積成正比，輸出特性方程可表示為Uo(t) =KUx(t)Uy(t) 或 Z 二 KXY式中，K為增益系數(shù)或標(biāo)度因子，單位為 V-1, K可取正

10、值，也可取負(fù)值，其數(shù)值與乘法器的內(nèi)部電路參數(shù)有 關(guān)。乘法器的工作象限乘法器有四個(gè)工作區(qū)域，可由它的兩個(gè)輸入電壓的極性(正值或負(fù)值)來確定。輸入電壓可能有四種極性 組合，如圖3-2-2所示。假設(shè)X是水平軸，Y是垂直軸，在工作區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)輸入電壓決定了乘法器的輸出電 壓。當(dāng)X，Y都是正值，運(yùn)算在第一象限；當(dāng) X為正，Y為負(fù)，運(yùn)算在第四象限。兩個(gè)輸入端均只能適應(yīng)單一 極性的乘法器稱為“單象限乘法器。如果一個(gè)輸入端適應(yīng)正、負(fù)兩種極性，而另一輸入端只能適應(yīng)單一極性 的乘法器稱為“二象限乘法器。如果兩個(gè)輸入端均能適應(yīng)正、負(fù)極性的乘法器稱為“四象限乘法器。-Xmax : (- )*(+)=(-)(+)*(+

11、)=(+)(-)*(-)=(+)0 IVXmax(+)*(-) = (-)乘法器的根本性質(zhì)乘法器的靜態(tài)特性X = 0時(shí)，Y為任意值，那么輸出 Z = 0 ； Y = 0時(shí)，X為任意值，那么輸出 Z = 0。當(dāng)X等于某一常數(shù)時(shí)，輸出 Z與Y成正比，Z與Y的關(guān)系曲線稱為四象限輸出特性。其變化率與輸入X值的大小有關(guān)，反之亦然。當(dāng)輸入幅值相等時(shí)，即 X = Y或X = - Y,輸出與輸入的關(guān)系曲線稱為平方率輸出特性。乘法器的線性和非線性通常認(rèn)為乘法器是一種非線性器件。乘法器不能應(yīng)用線性系統(tǒng)中的疊加原理，但是乘法器在一定條件下，又是線性器件，例如：一個(gè)輸入電壓為恒定值時(shí)，即X =常數(shù)，Y = V1+V2

12、 ,那么有Z =KXY =K (V1 V2) =K y K V2式中，KJKX 。運(yùn)算結(jié)果是符合疊加原理的，當(dāng)X為一恒定的直流電壓，Y為一交流電壓時(shí)，乘法器將是一線性交流放大器。所以，理想乘法器屬于非線性器件還是線性器件取決于兩個(gè)輸入電壓的性質(zhì)，在這里“線性的含義僅僅是 非線性本質(zhì)的特殊情況。乘法器的工作原理模擬乘法器有多種方法能實(shí)現(xiàn)，有對(duì)數(shù)一指數(shù)相乘法、四分之一平方相乘法、三角波平均相乘法、時(shí)間分 割相乘法和變跨導(dǎo)相乘法等。每種乘法器電路各有其優(yōu)缺點(diǎn)，其中變跨導(dǎo)乘法器便于集成，內(nèi)部元件有較高 的溫度穩(wěn)定性和運(yùn)算精度，且運(yùn)算速度較高，它的-3dB頻率可達(dá)10MHz以上，因此獲得了廣泛應(yīng)用。下面

13、以變跨導(dǎo)乘法器為例，介紹乘法器的工作原理?？鐚?dǎo)型集成運(yùn)放簡(jiǎn)介跨導(dǎo)型集成運(yùn)放(Operational Transconductanee Amplifier縮寫為 OTA)與一般集成運(yùn)放的區(qū)別是，具有 一個(gè)以偏置電流注入形式出現(xiàn)的附加控制輸入端，這使OTA的特性及應(yīng)用更加靈活；這種器件的輸出不是一般集成運(yùn)放中輸出電阻趨于零的電壓源，而是具有極高輸出電阻的電流源表示。OTA的傳輸特性可表示為iogmUiRl式中，io是輸出電流，Ui是輸入電壓，gm是跨導(dǎo)或稱為 OTA的增益?？赏ㄟ^附加控制輸入端使gm在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)變化。 關(guān)等。OTA常用作可編程放大器，模擬相乘器、音頻處理中的積分器、采樣保持電

14、路中的電流開單片集成OTA電路CA3038乘法器的根本工作原理下面以單片集成OTA電路CA3038( F3038)為例，介紹乘法器的工作原理。CA3038采用8腳金屬圓殼封裝，如下圖，是CA3038的內(nèi)部電路圖。圖中，VTi、VT 2構(gòu)成差動(dòng)放大器，VT3、VT4為鏡像電流源。調(diào)整外接電阻Re或控制電壓Uc可改變控制電流lc。VT5、VT6和VT7、VT8及VT9VTi0均為鏡像電流源電路。 VT5、VT7為VTi、VT2的有源負(fù)載。VT6、VT 8、VT 9、VT10構(gòu)成單端輸出轉(zhuǎn)換電 路。由圖可知lc =丨4 二 il i2io =i8 -i10 二 jl T2根據(jù)差動(dòng)放大器傳輸特性，可得

15、(2=14也(巴U2)2Utu. -u2kTi =1 th( )式中，Ut，其中k為玻爾滋曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，q為電子電荷量，常溫時(shí)° c 2u tqT = 300K，Ut r= 26mV。模擬乘法器的應(yīng)用電路模擬乘法器是一種通用性很強(qiáng)的集成電子器件，它被廣泛應(yīng)用于模擬計(jì)算、電子工程、信號(hào)處理、通訊工程、電子測(cè)量、自動(dòng)控制等方面。下面簡(jiǎn)要介紹幾種乘法器的典型應(yīng)用電路。平衡調(diào)幅器模擬乘法器常用作調(diào)幅器。如下圖，是平衡調(diào)幅器的組成方框圖，通常由雙平衡模擬乘法器和帶通濾波器組成。乘積檢波器用模擬乘法器組成的檢波電路稱為乘積檢波器，主要用于抑制載波的雙邊帶或單邊帶信號(hào)的解調(diào)。 例如，輸入模

16、擬乘法器的是抑制載波的雙邊帶信號(hào)，即Ux(t)二Uxm cos 4 cos ct另一端輸入與載波同頻同相的高頻信號(hào)，即uY(t)=UY.costY 丿Ymc相乘后，為 uo(t) =Kuxuy =KUXmUYm COS8,KU XmUYm, KUXmUYmn xcos'tcos' Jt cos 2 t2 2 c經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，得到低頻電壓輸出為kux uyuo(t)=x； Ym A cosOt式中，K為乘法器的標(biāo)度因子，Af為帶通濾波器的傳輸系數(shù)。假設(shè)分析單邊帶信號(hào)的解調(diào)，所得結(jié)果類似。UsUq (t)3、3 二極管檢波器和絕對(duì)值變換器二極管的單向?qū)щ娦詮V泛應(yīng)用于整流

17、、檢波、限幅和箝位等技術(shù)中。但因它有一定的正向?qū)妷篣d、非線性特性以及溫度的影響等，限制了電路的靈敏度并引起電路非線性失真，特別是對(duì)低電平信號(hào)，非線性失 真表現(xiàn)得更為突出。假設(shè)將二極管按一定方式接到放大器反響環(huán)路中，那么上述特性可以大大改善，最方便的是 與集成運(yùn)放聯(lián)用能獲得良好的效果。本節(jié)主要介紹二極管檢波器、絕對(duì)值變換器和有效值檢波器電路。二極管檢波器理想二極管檢波器如下圖，是理想二極管檢波電路，此電路主要有集成運(yùn)放和二極管組成。F面分析理想二極管檢波電路的工作原理。當(dāng)ui > 0時(shí)，VD 1導(dǎo)通，VD2截止，這時(shí)uo0當(dāng)5 v 0時(shí)，VD i截止，VD2導(dǎo)通，這時(shí)uo >

18、0，集成運(yùn)放通過VD2和R2構(gòu)成閉環(huán)，輸出電壓為uoR1uiuo二Ud uo&uiR1 i由上述分析可畫出理想二極管檢波電路輸入輸出特性曲線，如下圖。 以正弦輸入電壓為例，可畫出輸入電壓、輸出電壓的波形圖，如下圖。tt實(shí)際二極管檢波特性實(shí)際上，集成運(yùn)放并非為理想運(yùn)放，必然存在檢波誤差。下面分析由 的指標(biāo)均看作為理想的。Ad和二極管結(jié)壓降引起的誤差，其它當(dāng)u . > u時(shí)，i1 > 0, VD1導(dǎo)通，VD2截止，這時(shí)，輸出電壓為uoRlR2 RL由于集成運(yùn)放的輸出電壓為u。=-Adu_ = u_UDu。UDRl當(dāng)u. v u時(shí)，u。R2R?ui得輸出電壓為_1 Ad$ Rli

19、1 v 0, VDi 截止,VD 2導(dǎo)通，這時(shí)，輸出電壓為(1R2Ri)u_Uo=uou +UoAduoUD空 u.(1_：)R1'1AdF 1AdF式中,為反響系數(shù),R1R1oR2從上面的分析中可以看出，當(dāng)輸入電壓過零時(shí)，運(yùn)放輸出電壓將從-Ud跳到+Ud，由于這個(gè)跳變，那么相應(yīng)要求輸入電壓有一個(gè)很小的輸入電壓變化，二 字，這就形成了線性檢波死區(qū)，它限制了最小輸入信號(hào)Ad的檢波能力。絕對(duì)值檢波電路絕對(duì)值檢波電路的輸出電壓正比于輸入電壓的絕對(duì)值，它實(shí)際是一種比擬理想的全波檢波電路，其電路構(gòu) 成有多種形式。下面分析幾種典型的絕對(duì)值檢波電路。反相型絕對(duì)值檢波電路u. v 0時(shí)，VD1導(dǎo)通，V

20、D2截止，由u_ = u . =0，得uA =0 , u.經(jīng)R2輸?shù)紸2的反相端，得輸出電壓為uoR2u. >0當(dāng)u. > 0時(shí)，VD1截止，VD2導(dǎo)通，ua=-R3 u.,那么輸出電壓為R1R2u.RR4R5uR2 'R R Rc (R RR R)L 535、2314 'uuR4R1 1R1R2R41當(dāng)滿足電阻匹配條件R3R2 =2R1R4，例如選取 R1 =R3R4 = 2時(shí),那么uo =|u,>0所以，不管輸入電壓ui的極性如何，u0總為正值，即R5R2Ui當(dāng)取 R5 二 R2 時(shí)，Uo 二 Ui反相型絕對(duì)值檢波電路的缺點(diǎn)是，輸入電阻較低。當(dāng)要求輸入電阻

21、較高時(shí)，可采用同相型絕對(duì)值檢波電路。 同相型絕對(duì)值檢波電路的工作原理與反相型絕對(duì)值檢波電路工作原理的分析方法類似，不再贅述。 增益可調(diào)的絕對(duì)值變換電路許多絕對(duì)值電路的增益是固定的。當(dāng)要求增益可調(diào)時(shí)，上述電路就要同時(shí)調(diào)兩個(gè)或兩個(gè)以上的電阻，以滿 足電阻匹配條件，這實(shí)際是相當(dāng)困難的。假設(shè)想實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)，在電路中只能調(diào)節(jié)一個(gè)元件。下面介紹這種絕 對(duì)值電路。增益可調(diào)的絕對(duì)值變換電路的工作原理。當(dāng)輸入電壓Ui > 0時(shí)，運(yùn)放Ai輸出電壓Uoi> 0,那么二極管VD2導(dǎo)通，VDi截止，Ai輸出端通過VD2和電 位器R構(gòu)成閉環(huán)。Ai的反相端輸入電壓將跟蹤輸入電壓，即u- = Ui，同時(shí)又是運(yùn)放

22、A2的反相輸入電壓。顯然，A2在uo和Ai的u-兩個(gè)電壓作用下，VD3導(dǎo)通，VD4截止。這時(shí)電路狀態(tài)如下圖。u由于A2反相端的電壓為地電位，那么 Ai給出的輸出電壓為u = i > 0° m電阻Ri為u°輸出電壓的負(fù)載。(1-m)RI_ mRVD2RiVD1AiVD3UonuRVD34(a)u°2uo(b)當(dāng)輸入電壓Ui v 0時(shí)，運(yùn)放Al輸出電壓UoiV 0,那么二極管VDi導(dǎo)通，VD2截止，Al輸出端通過VD i構(gòu)成 閉環(huán)。同樣，A1的反相端輸入電壓將跟蹤輸入電壓，即u- = ui，而A2在u-v0的作用下，VD4導(dǎo)通，VD3u截止。這時(shí)電路狀態(tài)如下圖。

23、假設(shè)滿足電阻匹配條件：Ri=R，那么輸出電壓為u =丄> 00 m從上述分析可以看出，此絕對(duì)值變換電路的增益取決于電位器R的電阻分壓系數(shù)1/m，調(diào)節(jié)電位器的分壓系數(shù)m，即可調(diào)節(jié)絕對(duì)值電路的增益。u +生從圖中，可以看出電位器(1-m) R上的電流i = ' m =(1 m)Ui(1 _m)R (1 _m)mR當(dāng)m >0或m >1時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)極大的電流，這是不允許的，為此需在電位器兩端各串入一個(gè)電阻。此絕對(duì) 值變換電路的增益調(diào)節(jié)范圍可以從幾到幾十倍。此電路具有較高的輸入阻抗。3.4限幅器限幅器的特點(diǎn)是，當(dāng)輸入信號(hào)電壓在某一范圍內(nèi)時(shí)，電路處于線性放大狀態(tài)，具有恒定的放大倍

24、數(shù)，輸出 電壓正比于輸入電壓。但當(dāng)輸入電壓超出該范圍后，輸出電壓將保持為某一固定值，不再跟隨輸入電壓變化。 這種非線性傳輸特性，通常采用集成運(yùn)放和二極管來實(shí)現(xiàn)。這類限幅器不僅能用于信號(hào)處理、信號(hào)運(yùn)算、波 形產(chǎn)生電路中，而且也廣泛用于過載保護(hù)電路中。二極管并聯(lián)式限幅器二極管并聯(lián)式限幅器的工作原理二極管并聯(lián)式限幅器的工作原理。當(dāng)Ui低于某一門限電壓，即VD截止時(shí)，ui v U im = (U ref U D )(V 0)R2這時(shí) Ua v (U ref U D )限幅器為反相器，其輸出電壓為UoR3UiR1R2 i當(dāng)Ui >U im，即VD導(dǎo)通時(shí)，Ua被箝位在(Uref +UD)電平上，這時(shí)

25、限幅器的輸出電壓不再隨Ui變化,其電壓為Uo=Uom(UrefUd)實(shí)際應(yīng)用的二極管并聯(lián)式限幅器由以上分析可知，二極管并聯(lián)式限幅器的門限電壓Um和輸出電壓 Uom與二極管的結(jié)壓降有關(guān)，因此它們的溫度穩(wěn)定性較差，必須采取溫度補(bǔ)償措施，才能實(shí)際應(yīng)用。如下圖，是實(shí)際應(yīng)用的二極管并聯(lián)式限幅器。R3此限幅器的門限電壓和輸出電壓分別為R1Ui =(U f +Ub1 _Ub2)(1 +)imrefbe1be2R2om=-(U ref Ubel Ube2)R3R2由以上兩式可知，由于兩個(gè)三極管結(jié)壓降互相抵消，所以實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償。在以上限幅電路的根底上，如果 將參考電壓改變方向，二極管改變方向，便可實(shí)現(xiàn)第二象限

26、內(nèi)的傳輸特性。如果在輸入端采用這兩種輸入限 幅方法，便可得到雙向限幅器。如下圖，是雙向限幅器的傳輸特性。uF面分析此二極管串聯(lián)式限幅器的工作原理。當(dāng) UA V Ud 時(shí)，VD 截止，I R1 二 I R2，即Ui -UaUaUrefRlR2所以Uid/Ua 呻RlAR2j ,uR2R2+ R"r2 ref當(dāng)輸入電壓低于某一門限電壓時(shí)，可得Ui VUimRlw £udr2ref這時(shí),Ua V Ud，二極管截止，其輸出電壓為Uo =0當(dāng)輸入電壓等于或高于輸入門限電壓時(shí)，VD導(dǎo)通，這時(shí)輸出電壓為RfRi(Ui -URfR2(-Uref-Ud)(Ui -Uim)RfR1此二極管串聯(lián)

27、式限幅器的缺點(diǎn)是：溫度穩(wěn)定性較差，尤其是當(dāng)Rl>>R2時(shí)，溫度穩(wěn)定性更差。在以上限幅電路的根底上，如果將參考電壓改變方向，二極管改變方向，便可實(shí)現(xiàn)第二象限內(nèi)的傳輸特性。如果在輸入 端采用這兩種輸入限幅方法，便可得到區(qū)間限幅器。如下圖，是二極管區(qū)間限幅器。如下圖，是區(qū)間限 幅器的傳輸特性曲線。Ui線性檢波限幅器UiUi U f1 refR R2 1當(dāng) r > 0,Ui v電Uref時(shí)，二極管R1refVD2導(dǎo)通,VD i截止，輸出電壓 u =0 oUi>電Uref時(shí)，二極管R1VD 2截止，VD 1導(dǎo)通，輸出電壓為UoR2R3=(u. u f)，i R refRo12由上

28、式可知，此限幅器的門限電壓為UimR23.5二極管函數(shù)變換器一個(gè)函數(shù)可以用一條曲線表示，而一條曲線可以用屢次折線來逼近，采用多個(gè)二極管限幅電路來實(shí)現(xiàn)多條 折線，就可以實(shí)現(xiàn)某種函數(shù)曲線的逼近。本節(jié)介紹的二極管函數(shù)變換器就是實(shí)現(xiàn)多折線逼近函數(shù)關(guān)系的電路。采用不同的限幅器，就可以實(shí)現(xiàn)不同特點(diǎn)的函數(shù)變換。串聯(lián)限幅型二極管函數(shù)變換器串聯(lián)限幅型二極管函數(shù)變換器是采用多個(gè)二極管串聯(lián)限幅電路組成，以并行方式輸入。由圖可得，各串聯(lián) 限幅電路的門限電壓分別為VD 1限幅電路：R1Uim1 =U1UDUDR5VD 3限幅電路：5m3 J35Ud UdR7VD 2限幅電路：R2丄Uim2U2Ud-UdR6VD4限幅電

29、路：r4Uim44U4Ud_UdR8假設(shè)U. 4 v Uim4im2 v Uim1 v Uim3，那么二極管函數(shù)變換器不冋門限電壓范圍內(nèi)的輸出電壓分別為當(dāng)UiU. 4時(shí),1im4只有二極管 VD2、VD4導(dǎo)通，那么輸出電壓為+邑UR4im41丄1丄1 丄Rfu - -Rf ui-Uim20 f i im2R0R2R4尺2當(dāng)Um4 V UjU m2時(shí)，只有二極管 VD 2導(dǎo)通，那么輸出電壓為u "f 丄 +丄M+hi20 f R0 R2 i R2當(dāng)U v ui v U 時(shí)，各二極管 VDiVD 4均截止，那么輸出電壓為 im2im1RfR0ui當(dāng)U ©"Ui v U

30、i 3時(shí)，只有二極管 VD 1導(dǎo)通，那么輸出電壓為 imiim3uo11Rf=-R (+)u U i 1 f ' DD 7Dim1R0R1R1當(dāng)UiEUim3時(shí)，只有二極管 VDi、VD3導(dǎo)通，那么輸出電壓為111Rf=Rf ( + +)u. + U . 1 f a a a | a im1 R0R1R3BRbim3可得如下圖的串聯(lián)限幅型二極管函數(shù)變換器的函數(shù)變換特性曲線。其中各輸出電壓關(guān)系式中 即為各折線的斜率。串聯(lián)限幅型二極管函數(shù)變換器的輸出電壓的變化率是隨輸入電壓增大而增大，如想獲得 輸出電壓的變化率是隨輸入電壓增大而減小的函數(shù)變換特性，可采用并聯(lián)限幅型二極管函數(shù)變換器。u,的系數(shù)

31、并聯(lián)限幅型二極管函數(shù)變換器3-5-3可得,VD 1限幅電路:Uim1U1 UDVD3限幅電路:Uim3cVD2限幅電路:U2 UDim2VD4 限幅電路：Uim4 - - U° Udd并聯(lián)限幅型二極管函數(shù)變換器是采用多個(gè)二極管并聯(lián)限幅電路組成，以并行方式輸入。由圖 各并聯(lián)限幅電路的門限電壓分別為假設(shè) Uim4 v Uim2 v Uim1 v Uim3 ，那么二極管函數(shù)變換器不同門限電壓范圍內(nèi)的輸出電壓分別為 當(dāng)uU im4時(shí)，只有二極管 VD2、VD4導(dǎo)通，那么輸出電壓為丄丄丄丄丄RlRfuo 花R)ui -R2Uim2 -瓦Uim4im4當(dāng)Uim4 V 5Uim2時(shí)，只有二極管 V

32、D 2導(dǎo)通，那么輸出電壓為1丄1丄1丄1Rfu =-Rf(一+一+一+一)ui -一Ui 20fIim2R0R1R3R4“2當(dāng) Uim2 V EV Uim1時(shí)，各二極管 VD1VD4均截止，那么輸出電壓為uo11111)u R R R R i 1234當(dāng) Umi ZV Um3 時(shí),只有二極管VD 1導(dǎo)通，那么輸出電壓為uo1= _Rf(RT r：111Rf一 +)uiui 1i im12R3R4R1當(dāng)UiEUim3時(shí)，只有二極管 VD1和VD3導(dǎo)通，那么輸出電壓為Uo _Rf (丄丄丄)Ui f RoR2R4 iR1Rf 瓦可得如下圖的并聯(lián)限幅型二極管函數(shù)變換器的函數(shù)變換特性曲線。其中各輸出電

33、壓關(guān)系式中 即為各折線的斜率。并聯(lián)限幅型二極管函數(shù)變換器輸出電壓的變化率是隨輸入電壓增大而減小。Ui的系數(shù)3.6 電壓比擬器及其應(yīng)用電壓比擬器的根本功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬電壓之間的電平比擬，它是以輸出邏輯電平的上下給出判斷結(jié)果的 一種電路。通常這兩個(gè)電壓中的一個(gè)是待比擬的模擬信號(hào)，另一個(gè)是門限電壓或參考電壓。它的輸出是比擬 結(jié)果的數(shù)字信號(hào)，即上下電平。所以電壓比擬器是一種模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間的接口電路。電壓比擬器的這種功能可以用開環(huán)狀態(tài)下工作的集成運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)，也可以用專門設(shè)計(jì)的集成電壓比擬器來 實(shí)現(xiàn)。前者可與放大電路統(tǒng)一，大大減小電路系統(tǒng)中使用的產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格，使用靈活，易于生產(chǎn)各種不同的 邏輯電

34、平，有利于大信號(hào)比擬，在低速高精度的電壓比擬時(shí)占有一定的優(yōu)勢(shì)。而專用集成電壓比擬器，輸出 狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度高，對(duì)一些高速比擬器轉(zhuǎn)換時(shí)間很短，僅為35ns,但它的輸出邏輯電平大小是固定的。在電路結(jié)構(gòu)上， 專用電壓比擬器除了線性的模擬電路局部之外， 還包含有實(shí)現(xiàn)要求輸出邏輯電平的數(shù)字電路局部， 它的輸出可以直接驅(qū)動(dòng) TTL、ECL、HTL、NMOS、PMOS 等數(shù)字集成電路。本節(jié)主要介紹單限比擬器、遲滯比擬器和窗口比擬器等。它們常用于越限報(bào)警、波形發(fā)生、波形變換、模 數(shù)變換、峰值檢波、噪聲頻譜分析、脈沖寬度調(diào)制和鑒別等方面。電壓比擬器的性能一般集成運(yùn)放在使用時(shí)， 往往是工作在閉環(huán)狀態(tài)， 而且多數(shù)應(yīng)用中

35、還要求集成運(yùn)放工作在負(fù)反響閉環(huán)狀態(tài)。 這是因?yàn)?，集成運(yùn)放的開環(huán)增益非常高，當(dāng)它處在開環(huán)狀態(tài)時(shí)，輸入端任何微小的電位變化，甚至漂移、噪 聲干擾都會(huì)導(dǎo)致其輸出飽和或截止，無法實(shí)現(xiàn)線性放大功能。但是，當(dāng)集成運(yùn)放用作電壓比擬器時(shí)，在其輸 入端的兩個(gè)比擬信號(hào)之間，只要它們?cè)陔娖缴嫌形⑿〉牟町?，輸出就?yīng)當(dāng)呈現(xiàn)高電平或低電平的邏輯狀態(tài)。 顯然，這時(shí)的集成運(yùn)放應(yīng)處在開環(huán)工作狀態(tài)。所以集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)時(shí)就能完成模擬信號(hào)電平相比擬 的功能。普通集成運(yùn)放的反響速度較慢，無選通輸出，且輸出電平也不易與邏輯電路接口，因此，在許多應(yīng) 用中不能滿足實(shí)際的需要。對(duì)于集成電壓比擬器的性能要求，輸入級(jí)與一般集成運(yùn)放的相同，

36、而輸出級(jí)卻與 數(shù)字電路的要求一致。為便于使用，許多專用集成電壓比擬器帶有可以控制輸出的選通端，當(dāng)需要比擬結(jié)果 時(shí)，輸出被選通，不需要比擬結(jié)果時(shí)，使輸出端為零電平或處于高阻狀態(tài)，使比擬器的輸出與外電路別離。集成電壓比擬器的電路結(jié)構(gòu)，在輸出級(jí)多為集電極開路0C方式或射極開路0E方式。其頻率特性也與集成運(yùn)放有明顯不同。電壓比擬器的頻帶較寬，沒有也無需相位補(bǔ)償，以便盡可能獲得高速翻轉(zhuǎn)，減小響應(yīng)時(shí) 間。集成電壓比擬器的品種繁多，性能各異。其中有高速型的，有低功耗型的，有單電源的，有可選通的和可 編程的等。電壓比擬器的主要性能指標(biāo)有鑒別靈敏度、響應(yīng)速度、帶載能力等。鑒別靈敏度又稱為分辨率或轉(zhuǎn)換精度，它是指

37、電壓比擬器的輸出狀態(tài)發(fā)生跳變所需要的輸入模擬信號(hào)電壓 的最小變化量。當(dāng)輸入電壓變化量小于該值時(shí)，比擬器的輸出就處在不定的邏輯電平狀態(tài)，即對(duì)輸入模擬電 壓的大小作邏輯判斷易產(chǎn)生錯(cuò)誤。這一最小變化量越小，比擬器的電平鑒別能力就越靈敏。響應(yīng)速度是反映比擬器從高電平轉(zhuǎn)換到低電平或從低電平跳變到高電平時(shí)所需時(shí)間的長(zhǎng)短兩者所需時(shí)間 一般不等 ，它是表征比擬器工作速度的重要特性參數(shù)。在高速工作系統(tǒng)中，要求采用高速比擬器。對(duì)于專用 電壓比擬器，一般用響應(yīng)時(shí)間 tR 來表示，它是指從輸入端加一跳變電壓時(shí)開始，比擬器的輸出從0.1 UOHUOL 跳變到0.9 Uoh Uol 所需的時(shí)間間隔大小。tR越小，工作速度

38、越高。對(duì)于集成運(yùn)放構(gòu)成的電壓比擬 器，其響應(yīng)速度通常由轉(zhuǎn)換速率 SR 表征。 SR 越大，工作速度就越快。實(shí)際使用時(shí)，響應(yīng)速度還與輸出狀態(tài) 有關(guān)，假設(shè)輸出電路進(jìn)入了深度飽和的工作狀態(tài)，由于退出深度飽和需要時(shí)間，故其響應(yīng)速度就要變慢。為此 可在輸出端加一箝位電路，把輸出電壓箝制在選定的邏輯電平上，以利于提高響應(yīng)速度。此外選用外接相位 補(bǔ)償?shù)募蛇\(yùn)放要比內(nèi)補(bǔ)償?shù)募蛇\(yùn)放作比擬器來得好，因?yàn)樽鞅葦M器使用時(shí)不必引入相位補(bǔ)償元件，從而 保證了集成運(yùn)放可以獲得更高的轉(zhuǎn)換速率SR,以提高響應(yīng)速度。電壓比擬器的輸出數(shù)字信號(hào)一般用以帶動(dòng)門電路，因此帶動(dòng)負(fù)載能力的大小也是評(píng)價(jià)電壓比擬器性能的一 項(xiàng)重要指標(biāo)。表征這

39、一指標(biāo)的主要參數(shù)是：輸出電阻R。、輸出高電平時(shí)的漏電流 IOR和輸出端吸入電流Isink ORo 和 IOR 越小， Isink 越大，那么帶動(dòng)負(fù)載的能力就越強(qiáng)。單限電壓比擬器根本電路和輸入輸出特性如圖a所示，是上行特性的根本電路，如圖b所示，是其輸入輸出特性。(a)UohUo0EmiUol(b)外加一個(gè)門限電位 Em，待比擬的模擬電壓5可與Em進(jìn)行比擬，由輸出電壓 Uo的上下來指示。當(dāng) Ui v Em 時(shí)，u。二UOL當(dāng) Ui > Em 時(shí)，u。二UOH這時(shí)Ui由小到大，越過門限電位 Em,比擬器的輸出電位從 Uol變?yōu)閁oh，這種特性稱為上行特性。 如圖a所示，是下行特性的根本電路，

40、如圖b所示，是其輸入輸出特性。o(a)1UoUoh0EmUol(b)當(dāng) Ui > Em 時(shí)，Uo 二Uol當(dāng) Ui v Em 時(shí)，Uo =Uoh這時(shí)Ui ,由小到大，越過門限電位Em,比擬器的輸出電位從Uoh變?yōu)閁ol，這種特性稱為下行特性。輸入箝位保護(hù)和輸出箝位單限比擬器如圖a所示，是輸入箝位保護(hù)和輸出箝位單限比擬器，如圖b所示，是其輸入輸出特性。(a)當(dāng)運(yùn)放開環(huán)應(yīng)用時(shí)，為了防止其差模輸入電壓Ud超過運(yùn)放的最大差模輸入電壓Udm，可在運(yùn)放的兩個(gè)輸入端之間并聯(lián)一對(duì)反接的二極管。如圖a所示。兩只二極管起輸入箝位保護(hù)作用。此處應(yīng)選用極間電容小和反向電流小的二極管，以減小比照擬響應(yīng)速度和比擬精

41、度的影響。R分別代表信號(hào)源和門限電源的內(nèi)阻，應(yīng)設(shè)法使它們相等，以便減小輸入偏置電流及其溫漂的影響。圖a中，輸出也可以采用箝位，這時(shí)它的輸出高、低電位分別等于穩(wěn)壓管VDw的穩(wěn)定電壓和正向壓降。當(dāng) Ui v Em 時(shí)，uo 二UOL6 當(dāng) Ui > Em , U° =U OH = EW任意電平比擬器用反響箝位的方法，可以做出門限電位為Em的單限比擬器。如圖a所示，是任意電平的單限比擬器，如圖b所示，是其輸入輸出特性。參考電壓Er和輸入電壓Ui都從反相端參加，這時(shí)VDw的電流If的方向決定于Ir和I1之和。當(dāng)IfJI >0> 0時(shí)，UiI f的實(shí)際方向與參考方向一致，那么

42、Uo二 U OL當(dāng)If=Ii Ir v 0，即v 0時(shí)，Ui vRerR2If的實(shí)際方向與參考方向相反，那么所以,Uo =Uoh=Ew引起輸出電位轉(zhuǎn)換的輸入門限電位為Ui=EmEr當(dāng) Ui v Em 時(shí)，uo二Uoh =Ew 當(dāng) Ui > Em時(shí)，U=U OL調(diào)節(jié)冬或改變參考電位R2Er ,都能改變門限電位Em。當(dāng)Em = 0時(shí)，貝U為過零電壓比擬器。 此電路的優(yōu)點(diǎn)是:輸入電壓的電壓范圍較寬，輸出電阻較小。缺點(diǎn)是：輸入電阻較低，需要接補(bǔ)償電容，這樣會(huì)降低響應(yīng)速度。遲滯電壓比擬器以上介紹的單限比擬器，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果Ui的值恰好在門限電平附近，由于溫漂或外界干擾的存在,將會(huì)使輸出電壓Uo

43、不斷在高、低電平間跳變，這對(duì)于控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)很不利。為解決此問題，可采用 具有遲滯傳輸特性的電壓比擬器。具有遲滯輸出特性的電壓比擬器，叫遲滯電壓比擬器，也稱為回差電壓比 較器。遲滯電壓比擬器在信號(hào)發(fā)生和信號(hào)變換等電路中，應(yīng)用非常廣泛，是一種重要的根本電路。遲滯電壓比擬器的輸入輸出特性如下圖，是遲滯電壓比擬器的輸入輸出特性曲線，其中圖a是上行特性，圖b是下行特性。遲滯電壓比擬器具有兩個(gè)門限電位，把數(shù)值大的門限電位EmH叫上門限電位，把數(shù)值小的門限電位EmL叫下門限電位，兩者之差叫門限寬度，用-Em表示，-Em = EmH - EmL。遲滯電壓比擬器的工作原理遲滯電壓比擬器的共同特點(diǎn)是具有正

44、反響回路，從而獲得遲滯特性，同時(shí)也加速了比擬器的轉(zhuǎn)換過程。如圖a所示，是具有下行特性的遲滯電壓比擬器，如圖b所示，是其傳輸特性。如圖a所示，是具有上行特性的遲滯電壓比擬器，如圖b所示，是其傳輸特性。在此僅以圖下行特性的比擬器為例進(jìn)行分析。ui f-(a)Uo oDWiDW2+UzUoR1UzR1+R2R1Uz R1+R20-UzUi(b)(a)Uo+Uzi1 +UJR1/R2 u-UzRR210-Uz(b)分析步驟如下：1確定輸出電壓Uo在圖a中，VDwi、VDw2為特性相同的相互對(duì)稱的對(duì)接穩(wěn)壓管，并假設(shè)二者串聯(lián)的穩(wěn)壓值為_Uz，比較器輸出的上下電平為_UZ。由圖a圖可得Uo = U Z ，

45、U OH =U Z ， UolHZ ，2寫出u .、U _的表達(dá)式由圖a圖可得R1R2U_ - Ui3求出門限電位EmL、EmH集成運(yùn)放A由兩個(gè)比擬電平，它們是由正反響網(wǎng)絡(luò)和輸出高、低電平來確定的將u =切7和u =-Uz分oZoZ別代入，得u 1飛畀R1R1R2(-Uz)假設(shè)u 二u _實(shí)際u .和u _相等時(shí)即發(fā)生輸出狀態(tài)的變化，求I出Ui的值，u,的值即為門限電位。因?yàn)閡o有兩個(gè)數(shù)值，U 即有兩個(gè)表達(dá)式，所以可求出兩個(gè)Ui的數(shù)值，數(shù)值較大的一個(gè)即為EmH，數(shù)值較小的一個(gè)即為EmL。在本例中，即由圖a可得EmHURi 亠 R2EmLRi4判斷是上行特性還是下行特性假設(shè)輸入信號(hào)Ui從集成運(yùn)放

46、的反相端輸入，那么為下行特性；假設(shè)輸入信號(hào)Ui從集成運(yùn)放的同相端輸入，那么為上行特性。在本例中，即在圖a中，輸入信號(hào)Ui從集成運(yùn)放的反相端輸入，所以為下行特性。5畫出傳輸特性曲線求出了 U。、EmH、EmL的數(shù)值，判斷出了是下行特性， 那么可以畫出傳輸特性曲線。如圖b圖所示，是圖a圖的傳輸特性。由傳輸特性曲線即可分析遲滯電壓比擬器的工作原理。開始時(shí)，輸入電壓Ui > EmH，那么運(yùn)放的輸出電壓 U： V 0, VD W1正向?qū)?，VDw2反向擊穿，那么Uo=UZ。同 時(shí)，同相端反響電壓為下門限電位 EmL。當(dāng)輸入電壓下降，只要ui > EmH，比擬器輸出將維持低電平。而當(dāng)UiV E

47、mL時(shí)，A的輸出電壓Uo >0, VDwi反向擊穿，VDw2正向?qū)?，那么輸出電壓為咼電平，u： =，UZ，同時(shí)比擬電平轉(zhuǎn)為上門限電位 EmH。這時(shí)只要輸入電壓保持 Ui V EmH，那么輸出電壓維持高電平，Uo = 。當(dāng)輸入電壓上升到Ui > EmH時(shí)，U： V 0,貝y Uo為低電平，Uo=-UZ，同時(shí)比擬電平又轉(zhuǎn)為下門限電位。當(dāng)輸入電 壓在超越上、下限比擬電平作上升和下降變化時(shí)，將重復(fù)上述過程，比擬器的輸出將按b所示的遲滯特性沿箭頭方向進(jìn)行高、低電平的轉(zhuǎn)換。在圖a中，VDwi、VDw2是特性相同的穩(wěn)壓值相等的兩個(gè)穩(wěn)壓管，假設(shè)采用穩(wěn)壓值不相等的兩個(gè)穩(wěn)壓管時(shí)，那么可構(gòu)成非對(duì)稱型的

48、遲滯電壓比擬器。窗口電壓比擬器窗口電壓比擬器可以用來判斷輸入信號(hào)Ui是否位于兩個(gè)指定電位之間，把其中較小的一個(gè)電位稱為下門限電位EmL，較大的一個(gè)電位稱為上門限電位EmH,二者之差稱為門限寬度 ，Em。當(dāng)輸入信號(hào)Ui落入門限寬度厶Em之內(nèi)或“窗口之內(nèi)時(shí)，為一種邏輯電平如為高電平，而輸入電壓在“窗口之外時(shí)，為另一種邏輯電平如為低電平，具有這種傳輸特性的比擬器稱為窗口電壓比擬器。用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的窗口比擬器如圖a所示，是用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的窗口比擬器，如圖b所示，是其傳輸特性。UoUOH|AEm *-0 E mL IEmHU OL(b)UiF面分析此窗口比擬器的工作原理。在圖a中，Eh -El >

49、 2U D 。當(dāng) Ui _El 時(shí)，VDi 導(dǎo)通，VD2 截止，U_：U , U = El，即 U v U .，所以Uo =U OH當(dāng) Ui _Eh 時(shí)，VDi 截止，VD2 導(dǎo)通，U_二 Eh , U.二Ui,即 U _v U .，所以 u°=UOH當(dāng)El V Ui v Eh時(shí)，VDi、VD 2均導(dǎo)通，此時(shí)U_ > U十，所以 U°=UOL由此可見，Eh和El為該窗口比擬器的兩個(gè)門限電位，EmH= Eh, EmL = El，門限寬度為乓=Eh - El ,所以滿足窗口比擬器的特性，即卩當(dāng)EmL V Ui V EmH時(shí)，輸出是低電平，U。二U OL ；當(dāng)Ui V Em

50、L或Ui > EmH時(shí)，輸出是高電平， U =U OH 。0OH用專用電壓比擬器構(gòu)成的窗口比擬器如圖a所示，是用專用電壓比擬器構(gòu)成的窗口比擬器，如圖 b所示，是傳輸特性。Uo LJ0EmLe-mH(b)(a)在圖a中，A. A2是專用電壓比擬器 LM311。LM311的內(nèi)部采用射極接地、集電極開路的三極管集電極 輸出方式。在使用時(shí)，必須外接上拉電阻。這種電壓比擬器允許輸出端并接在一起。下面分析此窗口比擬器的工作原理。當(dāng)輸入電壓Ui v EmL V EmH 時(shí)，比擬器 A1的輸出管截止，而比擬器A2的輸出管導(dǎo)通，此窗口比擬器的輸出電平將由比擬器 A 2輸出電平確定為地電平。當(dāng)輸入電壓Ui

51、> EmH > EmL 時(shí)，比擬器 Ai的輸出管導(dǎo)通，而比擬器A2的輸出管截止，此窗口比擬器的輸出電平將由比擬器 Ai輸出電平確定為地電平。只有當(dāng)輸入電壓處于窗口電壓之內(nèi)，即EmL V Ui V EmH時(shí)，比擬器Ai和人2輸出管均截止，窗口比擬器輸出電平是由上拉負(fù)載電阻拉向高電平。此窗口比擬器的傳輸特性如圖b所示。電源 V電壓值可根據(jù)數(shù)字電路要求來確定。采用絕對(duì)值變換器的窗口電壓比擬器RA2相加點(diǎn)的電流iv是流經(jīng)四個(gè)電阻的電流之和，即i、=ii i2 i3 i4在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要分別調(diào)節(jié)窗口寬度和窗口中心電平，這時(shí)可采用如下圖的絕對(duì)值變換器構(gòu)成 的窗口電壓比擬器。下面分析此窗口電壓比擬器的工作原理。首先分析運(yùn)放 A2的工作狀態(tài)。A2輸出邏輯電平的上下將取決于相加點(diǎn)電流的方向。當(dāng)k > 0時(shí)，其輸出電平為低電平，U。=UD ;當(dāng)K V 0時(shí)，其輸出電平為高電平,2與輸入電壓Ui的傳輸特性的根底上得出?？梢?，窗口電壓比擬器的傳輸特性，是在分析相加點(diǎn)電流F面再分三步分析:假設(shè)Um =0 , Ub = 0,貝