模擬IC的非線性應(yīng)用課件

模擬集成電路的非線性應(yīng)用1對數(shù)器和指數(shù)器2乘法器及其應(yīng)用3二極管檢波器和絕對值變換器4限幅器5二極管函數(shù)變換器6電壓比較器及其應(yīng)用2/6/202313.1二極管檢波器1.理想二極管檢波器圖3-1理想二極管檢波電路工作原理：當(dāng)ui＞0時，VD1導(dǎo)通，VD2截止，當(dāng)ui

＜0時，VD1截止，VD2導(dǎo)通，＞0，2/6/20232圖3-2理想二級管檢波器的輸入輸出特性以正弦輸入電壓為例可畫出輸入電壓、輸出電壓的波形圖。圖3-3輸入為正弦時的ui，uo波形圖2/6/20233式中有線性檢波死區(qū)限制最小輸入信號檢波能力。有一個很小輸入電壓變化，當(dāng)ui＜u_時，i1＜0時，輸出電壓為得輸出電壓

由i1＜0，VD1截止，VD2導(dǎo)通。

為反饋系數(shù)，

2/6/202353.2絕對值檢波電路1.反相型絕對值檢波電路圖3-4反相型絕對值檢波電路2/6/20236工作原理當(dāng)ui＜0時，VD1導(dǎo)通，VD2

截止，由u_=u+=0，uA=0得輸出電壓為＞0。當(dāng)ui＞0時，VD1截止，VD2導(dǎo)通，得輸出電壓為2/6/20237反相型絕對值檢波電路缺點是：輸入電阻較低。圖3-6同相型絕對值電路當(dāng)要求輸入電阻較高時，可采用同相型電路：同相型絕對值檢波電路工作原理與反相型絕對值檢波電路工作原理的分析方法類似。2/6/202392.增益可調(diào)的絕對值變換電路圖3-7可調(diào)增益絕對值變換電路當(dāng)ui＞0時，A1輸出電壓uo＞0，則VD1止，VD2通，A1輸出端通過VD2構(gòu)成閉環(huán)。A1反相端輸入電壓將跟蹤輸入電壓，即u－=uiA2

在u－和uo的作用下，VD3通，VD4止。＞0u－端為虛地，R1為uo的負載：2/6/202310當(dāng)ui＜0時，A1輸出壓uo＜0，則VD1通，VD2截止，A1輸出端通過VD1構(gòu)成閉環(huán)。＞0調(diào)節(jié)m可調(diào)增益。同樣，A1反相端電壓將跟蹤輸入電壓，即u－=ui。A2

在u－＜0的作用下，VD4導(dǎo)通，VD3截止。若滿足電阻匹配件：R1=R則輸出電壓為2/6/2023116電壓比較器及其應(yīng)用6.1電壓比較器的性能6.2單限電壓比較器6.3遲滯電壓比較器6.4窗口電壓比較器6.5電壓比較器的應(yīng)用舉例2/6/2023136.1電壓比較器的性能1.一般運放在使用時，往往是工作在閉環(huán)狀態(tài)，多數(shù)應(yīng)用中還要求運放工作在負反饋閉環(huán)狀態(tài)。2.當(dāng)用作電壓比較器時，集成運放應(yīng)處在開環(huán)工作狀態(tài)。3.對于集成電壓比較器性能要求，輸入級與一般集成運放相同，而輸出級與數(shù)字電路要求一致。4.電壓比較器頻帶較寬，無需相位補償，以便盡可能獲得高速翻轉(zhuǎn)，減小響應(yīng)時間。2/6/202314鑒別靈敏度又稱為分辨率或轉(zhuǎn)換精度，它是指電壓比較器的輸出狀態(tài)發(fā)生跳變所需要的輸入模擬信號電壓的最小變化量。響應(yīng)速度是反映比較器從高電平轉(zhuǎn)換到低電平或從低電平跳變到高電平時所需時間的長短（兩者所需時間一般不等）。6.電壓比較器主要性能指標(biāo)有：

鑒別靈敏度、響應(yīng)速度、帶載能力等。2/6/2023156.2單限電壓比較器1.基本電路和輸入輸出特性圖6-1具有上行特性的單限電壓比較器及其輸入輸出特性當(dāng)Ui＜Em時，uO=UOL；

當(dāng)Ui＞Em時，uO=UOH。

外加門限電位Em這種特性稱為上行特性

2/6/202317外加一個門限電位Em當(dāng)Ui＞Em時，uO=UOL；

當(dāng)Ui＜Em時，uO=UOH。

圖6-2具有下行特性的單限電壓比較器及其輸入輸出特性這種特性稱為下行特性。

2/6/2023182.輸入箝位保護和輸出箝位單限比較器圖6-3輸入箝位保護和輸出箝位單限比較器及其輸入輸出特性當(dāng)Ui＜Em時，當(dāng)Ui＞Em時，uO=UOH=Em

。

輸出也可以采用箝位，這時它的輸出高、低電位分別等于穩(wěn)壓管VDw的穩(wěn)定電壓和正向壓降。uO=UOL=

-UD；

2/6/2023196.3遲滯電壓比較器具有遲滯輸出特性的電壓比較器，叫遲滯電壓比較器，也稱回差電壓比較器。

1.輸入輸出特性有兩個門限電位，數(shù)值大EmH叫上門限電位，數(shù)值小EmL叫下門限電位，兩者之差叫門限寬度，用Em表示，Em=EmH

EmL。圖6-5遲滯電壓比較器的輸入輸出特性2/6/2023212.遲滯電壓比較器的工作原理遲滯電壓比較器共同特點是具有正反饋回路，而獲得遲滯特性，同時加速比較器轉(zhuǎn)換過程。圖6-6具有下行特性的遲滯電壓比較器及其傳輸特性2/6/202322分析步驟如下(2)寫出u+，u_的表達式(3)求出門限電位EmL、EmH將uo=±UZ分別代入上式中，得(1)確定輸出電壓UOuo=±UZUOH=UZ，UOL=-UZu-=ui2/6/2023236.4窗口電壓比較器用來判斷輸入信號ui是否位于兩個指定電位之間。較小一個電位稱為下門限電位EmL，較大一個電位稱為上門限電位EmH，二者之差稱為門限寬度Em。當(dāng)ui落入Em之內(nèi)或“窗口”之內(nèi)時，為一種邏輯電平（如為高電平），當(dāng)ui落入Em之外或“窗口”之外時，為另一種邏輯電平（如為低電平），具有這種傳輸特性比較器稱為窗口電壓比較器。2/6/2023251.用集成運放實現(xiàn)的窗口比較器圖6-8窗口比較器及其傳輸特性工作原理EH?EL＞2UD

ui≤EL時:VD1導(dǎo)通，VD2截止U-≈Ui，U+=EL即

U-＜

U+，得uo=UOH2/6/202326ui≥EH時:VD1止，VD2通EL＜Ui＜EH時:由此可見EmH=EH，EmL=EL，DEm=EH-EL所以滿足窗口比較器的特性，即當(dāng)EmL＜Ui

＜EmH時，輸出是低電平，

uo=UOLU-≈EH，U+=UiU-＜

U+,得uo=UOHVD1、VD2均導(dǎo)通:U-＞U+

U-＞U+,得uo=UOL當(dāng)Ui＜EmL

或Ui

＞EmH時，輸出是高電平，uo=UOH2/6/2023273、采用絕對值變換器的窗口電壓比較器圖6-10采用絕對值變換器的窗口電壓比較器2/6/202329工作原理首先分析A2工作狀態(tài)：A2輸出電平高低取決于相加點電流方向。

i＞0，uo

=-UD;

i＜0，uo

=+UDA2相加點電流

i=i1+i2

+

i3+i4分三步分析：(1)假設(shè)Um=0,UB=0則i3=0，i4=0，im=0當(dāng)ui＞0時，當(dāng)ui＜0時，所以i=i1+i2

=-(ui/R)＜0i=i1=(ui/R)＜02/6/202330圖6-11絕對值變換器iΣ-ui和ui-uo變換特性(2)假設(shè)Um

≠0,UB=0則im≠0，i4=0所以

i=i1+i2

+

i32/6/202331(3)當(dāng)Um

≠0,UB

≠0時當(dāng)iΣ=0時，由上式可得所以，窗口寬度為UB，中心電平為?Um。顯然，只要分別調(diào)節(jié)UB和Um

，即可分別調(diào)節(jié)窗口寬度和窗口中心電平。2/6/2023326.5電壓比較器的應(yīng)用舉例1.電壓比較器在時延產(chǎn)生電路中應(yīng)用圖6-12時延產(chǎn)生電路2/6/202333圖6-13時間波形圖這三個比較器反相輸入端根據(jù)時延大小要求加相應(yīng)基準(zhǔn)電壓。2/6/2023342.電壓比較器在精密壓控振蕩器中的應(yīng)用圖6-14精密壓控振蕩器電路由JO734電壓比較器和集成運放組成的積分器構(gòu)成的。其方波輸出頻率隨著輸入電壓線性變化。2/6/202