【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

文章目录

• 1.正弦波震荡电路
• 1.1 文氏桥震荡电路
• 2.电压比较电路
• 2.1 单限比较器
• 2.1.1 过零比较器
• 2.1.2 一般单限比较器
• 2.2 滞回比较器
• 2.3 窗口比较器

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. $AF = 1$AF=1（起振的话是$AF > 1$AF>1）
2. $φ_A + φ_F = 2nΠ$φA​+φF​=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：$f_0 = \frac{1}{2ΠRC}$f0​=2ΠRC1​，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：
   
   下方还加上了一个可调电阻$R_2$R2​，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：$f_{0(min)} = \frac{1}{2Π(R_1 + R_2)C}$f0(min)​=2Π(R1​+R2​)C1​，最大的频率值即为：$f_{0(max)} = \frac{1}{2ΠR_1C}$f0(max)​=2ΠR1​C1​

2. 当$f = f_0$f=f0​时，$A_u = 1 + \frac{R_f}{R_1} ≥ 3$Au​=1+R1​Rf​​≥3，因此，我们要求$R_f$Rf​至少是$R_1$R1​的两倍，因此，上图中在$R_f$Rf​的支路上也有一个可调电阻$R_w$Rw​，因此$R_w'$Rw′​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. $u_p$up​不一定再等于$u_N$uN​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±$U_{OM}$UOM​，那么当$u_P > u_N$uP​>uN​时，输出$+U_{OM}$+UOM​；$u_P < u_N$uP​<uN​时，输出$-U_{OM}$−UOM​
2. $i_P$iP​依然等于$i_N$iN​等于0
3. $U_T$UT​的求法：$U_T = u_I|_{u_P = u_N}$UT​=uI​∣uP​=uN​​

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$U_T$UT​，当输入$u_I$uI​到达这个$U_T$UT​时，输出电压会有一个跳变：从$U_{OH}$UOH​跳变到$U_{OL}$UOL​、或者是从$U_{OL}$UOL​跳变成$U_{OH}$UOH​

2.1.1 过零比较器

这就是最简单的比较器了，当$u_I$uI​<0，即$u_N < u_P$uN​<uP​时，输出$U_{OM}$UOM​，反之。

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$U_{REF}$UREF​，还有输出部分的起限幅作用的稳压管。
至于$U_T$UT​的求解：$\frac{R_1}{R_1+R_2}u_I + \frac{R_2}{R_1+R_2}U_{REF} = 0$R1​+R2​R1​​uI​+R1​+R2​R2​​UREF​=0
$U_T = u_I = -\frac{R_2}{R_1}U_{REF}$UT​=uI​=−R1​R2​​UREF​

2.2 滞回比较器

先来计算$U_T$UT​：
$u_P = \frac{R_1}{R_1+R_2}U_o = ±\frac{R_1}{R_1+R_2}U_Z$uP​=R1​+R2​R1​​Uo​=±R1​+R2​R1​​UZ​
令$u_P = u_N$uP​=uN​可得：$±U_T = ±\frac{R_1}{R_1+R_2}U_Z$±UT​=±R1​+R2​R1​​UZ​
然后，我们来看看电压传输特性曲线的走势：当$u_I$uI​从无穷小的地方慢慢增大：那么一开始是有：$u_N < u_P$uN​<uP​的，因此输出就是$+U_Z$+UZ​，只有增大到$u_I = +U_T$uI​=+UT​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$U_{REF}$UREF​】

2.3 窗口比较器

这里我们约定$U_{RH} > U_{RL}$URH​>URL​，那么我们来分情况讨论：
（1）当$u_I > U_{RH}$uI​>URH​时，那么它也一定大于$U_{RL}$URL​，因此$A_1$A1​输出$+U_{OM}$+UOM​，$A_2$A2​输出$-U_{OM}$−UOM​，因此，$D_1$D1​导通，$D_2$D2​截止，输出为$+U_Z$+UZ​
（2）当$u_I < U_{RL}$uI​<URL​时，同理我们可以知道$D_2$D2​导通、$D_1$D1​截止，因此输出也是$+U_Z$+UZ​
（3）当$U_{RL} < u_I < U_{RH}$URL​<uI​<URH​时，两支二极管都截止，因此输出为0