2022-2023学年高二物理竞赛课件：波形的发生和信号的转换

1 波形的发生和信号的转换 2 波形的发生和信号的转换 正弦波振荡电路 电压比较器 非正弦波振荡电路 利用集成运放实现的信号转换电路 3 电压比较器 一、概述 二、单限比较器 三、滞回比较器 四、窗口比较器 五、集成电压比较器 4 一、电压比较器的功能：比较电压的大小。 输入电压是连续的模拟信号； 输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况，为二值信号； 使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压； 广泛用于各种测量控制、报警电路。 概述 电压比较器 5 二、电压比较器的描述方法---电压传输特性uO＝f(uI) 阈值电压UT ： 使uO从UOH跃变为UOL，或者从UOL跃变为UOH的输入电压称为阈值电压，或转折电压，记作UT。 电压传输特性的三个要素： （1）输出电压高电平UOH和低电平UOL ； （2）阈值电压UT ； （3）当uI变化且经过UT时， uO跃变的方向：是从UOHUOL ，还是从UOL  UOH 。 6 三、电压比较器的种类 （1）单限比较器：只有一个阈值电压 （3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。 （2）滞回比较器：有两个阈值电压，具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压 教学基本要求： 1)电路的识别及选用；2)电压传输特性的分析。 7 四、集成运放的非线性工作区 电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈 集成运放工作在非线性区的特点： 1) 净输入电流为0，即iP=iN=0 2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM 电阻网络 8 7.2.2 单限比较器 一、过零比较器 A － ＋ uO uI uO +UOM -UOM 0 uI 阈值电压UT=0V A － ＋ uO uI uO +UOM -UOM 0 uI 集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。 二极管限幅电路净输入电压最大值为±UD 必要吗？ 9 输出限幅电路 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。 UOH＝ － UOL＝ UZ UOH＝ UZ UOL＝－ UD 不可缺少！ 为使UOL接近0，怎么办？ 锗管 +UZ -UZ uO 0 uI UOH＝＋ UZ1＋ UD2 UOL＝－( UZ2 ＋ UD1) 10 电压比较器的分析方法： （1）写出 uP、uN的表达式，令uP＝ uN，求解出的 uI即为UT； （2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平； （3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向。 A － ＋ uO uI DZ R 有限幅的过零比较器 uO＝± UZ （1）净输入电压和净输入电流均 近似为0，保护输入端； （2）运放没有工作到非线性区， 加速集成运放状态的转换。 引入负反馈 11 (1)通过研究集成运放输出端所接的限幅电路来确定电压比较器的输出低电平UOL和输出高电平UOH ； (2)写出集成运放同相输入端、反相输入端电位up和uN的表达式，令uN=up ，解得的输入电压就是阈值电压UT ； (3)uO在uI过UT时的跃变方向决定于uI作用于集成运放的哪个输入端。 当uI从反相输入端输入时，uI<UT ，uO=UOH ； uI>UT ，uO=UOL 当uI从同相输入端输入时，uI<UT ，uO=UOL ；uI>UT ，uO=UOH 归纳： 分析电压传输特性三个要素的方法： 12 讨论：在图(a)所示的电路中，稳压管的稳定电压UZ=±6V；在图(b)所示电路中，R1=R2=5k，基准电压UREF=2V，稳压管的稳定电压UZ=±5V ；它们的输入电压为图(c)所示的三角波。试画出图(a)所示电路的输出电压UO1和图(b)所示电路的输出电压UO2。 uI/V 5 0 -2 -5 t 图(c) 解：由a图可知，当uI<0 时， uO1=+UZ = 6V ；当uI>0时，uO1=-UZ = -6V 。 当uI<-2V时， uO1=+UZ = 5V ； 当uI>2V时，uO1=-UZ = -5V 。 图(b) A － ＋ uO2 uI DZ ±UZ R1 R2 R UREF u’O 由b图可知: 图(a) A － ＋ uO1 uI DZ R uI/V 5 0 -5 t uO1/V t 6 0 -6 t 5 0 -5 uO2/V -2 三角波变成矩形波 $