(6-1)
电子技术第六章非线性处理器模拟电路部分
(6-2)
第六章 非线性处理器
§ 6.1 限幅器
§ 6.2 电压比较器
§ 6.3 迟滞比较器
§ 6.4 精密整流电路
§ 6.5 采样－保持电路
*
*
(6-3)
非线性应用,是指由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。
由运放组成的非线性电路有以下三种情况：
1,电路中的运放处于非线性状态。
+ +?
A uo?
比如：运放开环应用 u
o
运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。
(6-4)
2,电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。
ui>0时,
i
F
o uR
Ru
1
1
ui<0时,
i
FF
o uR
RRu
1
21 //+ +
A
uo
R1
RF1
RF2 D
ui
uo
ui0传输特性
(6-5)
3,另一种情况，电路中的运放处于非线性状态，外围电路也有非线性元件（二极管、三极管）。
由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同，所以分析电路前，首先确定运放是否工作在线性区。
确定运放工作区的方法,判断电路中有无负反馈。
若有负反馈，则运放工作在线性区；
若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。
处于非线性状态运放的特点：
1,虚短路不成立。
2,输入电阻仍可以认为很大。
3,输出电阻仍可以认为是 0。
(6-6)
t
ui
uo
t
UZ
-UZ
§ 6.1 限幅器
–
+
A
uo
R1
RF
ui
DZ
R
+
运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件 ——稳压二极管。
R：限流电阻。一般取 100?。
DZ双向稳压管
(6-7)
另一种形式的限幅器,双向稳压管接于负反馈回路上。
–
+
A
uoR1
RF
ui
DZ
+
当 时，在双向稳压管的作用下，
Zi
F Uu
R
R?
1
ZoZo UuUu 或当 时，双向稳压管不通，运放工作在线性状态。
Zi
F Uu
R
R?
1
i
F
o uR
Ru
1
(6-8)
–
+
A
uoR1
RF
ui
UZ
+
uo
ui0
+UZ
+UZ
传输特性
(6-9)
uo
ui
0
+Uom
-Uom
UR
传输特性
§ 6.2 电压比较器
UR：参考电压
ui,被比较信号
+ +? u
o
ui
UR –
特点：运放处于开环状态。
当 ui > UR时,uo = +Uom
当 ui < UR时,uo = -Uom
一,若 ui从同相端输入
(6-10)
+ +? u
oui
UR
uo
ui0
+Uom
-Uom
UR
当 ui < UR时,uo = +Uom
当 ui >UR时,uo = -Uom
二,若 ui从反相端输入
(6-11)
uo
ui0
+UOM
-UOM
+ +? u
o
ui
三、过零比较器,(UR =0时 )
+ +? u
ou
i
uo
ui0
+UOM
-UOM
(6-12)
+ +? u
o
ui
t
ui例,利用电压比较器将正弦波变为方波。
uo
t
+Uom
-Uom
(6-13)
+ +?ui
uo
ui0
+UZ
-UZ
电路改进,用稳压管稳定输出电压。
+ +?ui uo
UZ
R
R′
uo
UZ
电压比较器的另一种形式
——将双向稳压管接在负反馈回路上
(6-14)
比较器的特点
1,电路简单。
2,当 Ao不够大时，
输出边沿不陡。
3,容易引入干扰。
t
ui
uo
t
过零附近仍处于放大区
(6-15)
一、下行迟滞比较器分析
1,因为有正反馈，所以输出饱和。
2,当 uo正饱和时 (uo =+UOM),
U+ Hom UURR
RU?
21
1
3,当 uo负饱和时 (uo =–UOM),
Lom UURR
RU?
21
1
－
+ +
uoR
R2R1
ui
参考电压由输出电压决定
§ 6.3 迟滞比较器特点,电路中使用正反馈,运放处于非线性状态。
1,没加参考电压的下行迟滞比较器
(6-16)
omH URR
RU
21
1
omL URR
RU
21
1
分别称 UH和 UL上下门限电压 。称 (UH - UL)为 回差 。
当 ui 增加到 UH时，输出由 Uom跳变到 -Uom；
－
+ +
uoR
R2R1
ui
当 ui 减小到 UL时，输出由 -Uom跳变到 Uom。
传输特性,uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
小于回差的干扰不会引起跳转。 跳转时，正反馈加速跳转。
(6-17)
t
ui
Uom
-Uom
t
ui
UH
UL
例,下行迟滞比较器的输入为正弦波时，
画出输出的波形。
－
+ +
uoR
R2R1
ui
(6-18)
RomH URR
RU
RR
RU
21
2
21
1
RomL URR
RU
RR
RU
21
2
21
1
2,加上参考电压后的下行迟滞比较器加上参考电压后的上下限：
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
(6-19)
下行迟滞比较器两种电路 传输特性 的比较,
－
+ +
uoR
R2R1
ui
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
(6-20)
例,R1=10k?,R2=20k?,UOM=12V,UR=9V
当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出
uo的波形。
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
5V
10V
ui
t
0
(6-21)
首先计算上下门限电压：
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
V10
21
2
21
1?
RomH U
RR
RU
RR
RU
V2
21
2
21
1?
RomL U
RR
RU
RR
RU
(6-22)
+UOM
-UOM
根据传输特性画输出波形图。
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
ui
uo
t
t
10V
5V
0
0
2V
(6-23)
0
21
1
21
2?
omi URR
Ru
RR
R
u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。
0
21
1
21
2?
omi URR
Ru
RR
R
二、上行迟滞比较器
－
+ +
uoR
R2R1
ui
Homi UUR
Ru
2
1
Lomi UUR
Ru
2
1
当 u+> u- =0时,uo= +UOM
当 u+< u- =0时,uo= -UOM
1,没加参考电压的上行迟滞比较器
(6-24)
uo
ui0
Uom
-Uom
传输特性曲线
UHUL
－
+ +
uoR
R2R1
ui
omH UR
RU
2
1?
omL UR
RU
2
1
上下门限电压：
(6-25)
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
上下门限电压：
当 uo= +UOM时：
当 uo= -UOM时：
Romi UURR
Ru
RR
R?
21
1
21
2
Romi UURR
Ru
RR
R?
21
1
21
2
RomH UR
RRU
R
RU
2
21
2
1
RomL UR
RRU
R
RU
2
21
2
1
2,加上参考电压后的上行迟滞比较器
(6-26)
传输特性：
UHUL
uo
ui0
Uom
-Uom
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
－
+ +
uoR
R2R1
ui
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
对照
(6-27)
迟滞比较器电路改进,为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管。
思考题,如何计算上下限？
UZ
－
+ +
uoR
R2R1
ui
uo
UZ
－
+ +
R
R2R1
ui
(6-28)
一、线性检波 (半波整流 )电路
1,由于硅二极管的正向导通电压不小于 0.5V,当 Ui 小于
1V 时,UO 误差很大。
2,二极管作为一个半导体元件，
它很容易受到温度的影响，
它还具有非线性特性。
解决方法,若把普通二极管置于运算放大器的反馈回路中，就能大大削弱这些影响，提高电路的精度。
uo~+-ui
D
RL
+
-
普通半波整流电路的缺陷：
§ 6.4 精密整流电路
(6-29)
uo1
t
ui
0
t
uo
0
精密半波整流电路：
精密半波整流电路的工作原理：
当 ui >0 时,uo1<0,D2导通,D1 截止，运放工作在深度负反馈状态。
当 ui < 0 时,uo1 > 0,D2截止,D1导通,
构成反相比例放大器。
i
F
o UR
Ru
1
–?
+ +
ui u
o
R1
RF
R2
D1
D2
u–= u+=0V,uo1?-0.7V? uo=0 ;
(6-30)
1,运放的输出电压大于二极管的正向电压。
即 D1 和 D2 总是一个导通，
另一个截止，这样电路就能正常检波。
思考题,如何获得正半波极性的输入信号？
精密半波整流电路正常工作的条件：
2.电路所要求的最小输入电压峰值为 uD AU
其中,UD 为二极管的正向电压，
1R
RA F
u?
答：二极管反向！
–?
+ +
ui u
o
R1
RF
R2
D1
D2
(6-31)
t
ui
0
tuo0
当 ui <0 时,uo1>0,D2导通,D1 截止，运放工作在深度负反馈状态。
当 ui > 0 时,uo1 < 0,D2截止,D1导通,
构成反相比例放大器。
i
F
o UR
Ru
1
u–= u+=0V,uo1?0.7V? uo=0 ;
RF1
ui R1
R21
D1
D2
uo－?
+ +A1 uo1
(6-32)
二、绝对值 ( 全波整流 ) 电路在精密半波整流电路的基础上，加一级加法运算放大器，
就组成了精密全波整流电路。
ui
uo
R1
RF1
R21
D1
D2
R11
RF2
R22
R12
u1 －?+ +
－?
+ +A1 A
2
电路结构：
(6-33)
左图中 A1 构成半波整流电路，在 R1＝ RF1 的条件下，
有：
0 (当 ui < 0 )
(当 ui > 0 )- ui
u1 =
－
－
+ +
ui R1
RF1
R21
D1
D2
R11
A1
u1
+ +
uo
RF2
R22
R12
A2
工作原理：
t
ui
0
tu10
(6-34)
t
ui
0
tu10
t
uo
0
若满足一定的条件，
就可以有：
－
－
+ +
ui R1
RF1
R21
D1
D2
R11
A1
u1
+ +
uo
RF2
R22
R12
A2
i
FF
o uR
Ru
R
Ru
12
2
1
11
2
(6-35)
已知在 R1＝ RF1 的条件下，有：
0 (当 ui < 0 )
(当 ui > 0 )- uiu
1 =
若 R12 ＝ RF2 且 R11 = 0.5 RF2
当 ui < 0 时,u1 = 0，于 是
uo = - ui ；
uo = -2u1 - ui
= 2ui - ui
= ui
当 ui > 0 时，
－
－
+ +
ui R1
RF1
R21
D1
D2
R11
A1
u1
+ +
uo
RF2
R22
R12
A2
i
FF
o uR
Ru
R
Ru
12
2
1
11
2
io uu?
(6-36)
三、平均值电路作用,交流－直流变换器。
半波整流的平均值电路种类,有两种平均值电路。
全波整流的平均值电路方法,只要在整流电路后面连接低通滤波器，就能够组成最简单的平均值电路。
原理,把交流信号整流后,再经滤波器,就把交流电压按比例地变成了直流电压，
且一般是平均值电压。
(6-37)
1,半波整流的平均值电路这时可以认为全部纹波电压都被 A2 所抑制,
起作用的仅是 u1 的直流分量，即平均值电压。
讨论
F
F CR?
1
2
的情况。
ui
uo
R11
RF1
R21
D1
D2
R12
RF2
R22
u1 －?
+ +
－?
+ +A1
A2
CF
(6-38)
设 tUu
ii?s in2?
可得
1
12
2 U
R
RU F
o
)(
2
1
11
12
0
12
2 tdu
R
R
R
R
i
FF?
将 代入，得：tUu
ii?s in2?
i
FF
o URR
RRU
1211
212
当 时,
1
1211
21?
RR
RR FF
io UU?
2?
－
－
+ +
ui R1
RF1
R21
D1
D2
A1 u1
+ +
uo
RF2
R22
R12
A2
CF
可见，输出是输入的半波整流平均值。
(6-39)
2,全波整流的平均值电路在绝对值电路的基础上，加入一级低通滤波器，
就组成了全波整流的平均值电路。实际上，在绝对值电路中，有时只增加一个电容，就能达到目的。
ui
uo
R1
RF1
R21
D1
D2
R11
RF2
R22
R12
u1 －?+ +
－?
+ +A1 A
2
C
(6-40)
全波整流的平均值电路
io UU
22
ui
uo
R1
RF1
R21
D1
D2
R11
RF2
R22
R12
u1 －?+ +
－?
+ +A1 A
2
C
(6-41)
一、“采样－保持”的含义图 (a)为采样－保持电路的输入 信号
u ( t )； 图 ( b )为一组离散的单位冲击函数 f (t ),用于对输入信号 u ( t )
进行采样，图中的 T 称为采样周期；
若将 u (t )乘以 f (t ),即可得,采样”
后的信号 g(t ),如图 (c )所示。
从图 (c)可以看见某个时刻的采样值是转瞬即逝的。如果我们设法使这个数值延长至下个采样信号来到时再作改变，如图 (d)所示，这就是
“保持” 电路的功能。
§ 6.5 采样－保持电路
(6-42)
二、采样－保持电路的组成采样－保持电路由模拟开关 K 和模拟信号存储电容 C 以及缓冲放大器等三部分组成。
－?
+ +
+
–
R
C
K
uc
uo
ui
模拟开关 K一般由结型场效应管或 MOS场效应管组成，缓冲放大器则采用集成运算放大器。
(6-43)
当数字指令为
,1”时，模拟开关 K
接通，存储电容 C上的信号 uC 跟踪输入信号，经缓冲放大器送出，所以输出信号也跟踪输入信号，这就是采样过程；
当数字指令为,0”时，模拟开关 K断开，存储电容将断开瞬间 t0 的输入信号保持下来并通过放大器送出，所以输出信号保持为 t0 时刻的输入信号，这就是保持过程。
三、采样－保持电路的工作原理
－?
+ ++
–
R
C
K
uc
uo
ui
(6-44)
对采样－保持电路的主要要求是它的 精度和速度 。为了提高实际电路的精度和速度，可以从元件和电路结构两 个方面着手解决。从元件方面：
(a) 模拟开关采样－保持电路所使用的模拟开关主要是场效应管。为了得到高质量的采样－保持电路，场效应管的开关速度要快，极间电容要小，夹断电压或开启电压也要小，导通电阻和反向漏电流等都应该尽量小。上述要求可能互相矛盾，使用中应根据实际电路的具体要求，重点保证其中的某些 参数指标。
四、采样－保持电路的性能要求
(6-45)
(b) 存储电容实际电容器具有介质吸附效应和泄漏电阻。
介质吸附效 应会使放电后的电容电压产生不应有的回升，而泄漏电阻 则引起电容上的保持电压随时间逐渐减小，降低保持精度。
应该选用介质吸附效应小同时泄漏电阻大的电容器，如聚苯乙烯或聚碳酸脂电容器等。
(6-46)
( c ) 运算放大器运算放大器在采样－保持电路中起输出缓冲和输入隔离的作用，因此要特别重视它的输入偏置电流以及带宽和上升速率，还有它的在最大输出电流等性能参数。
在采样－保持电路中，几乎毫无例外的都采用具有场效应管输入级的运算放大器，或者具有低输入偏置电流的运算放大器；同时运算放大器的上升速率要大于输入信号的变化率，它的带宽和输出电流都要大一些为好。
(6-47)
主要组成部分,结型场效应管模拟开关 T； 存储电容 CF ； 反相工作的运算放大器。
1,反相型采样－保持电路五、采样－保持电路的两种形式
ui uo
RF
R2
－?
+ +A
CF
D RC
U
T
(6-48)
反相型采样－保持电路常常具有原理性误差，它只限于低速应用，不如同相型电路用得广泛，故而在此只作简单介绍。
反相工作的放大器使其反相端为虚地，因此，当控制电压 U为正时,二极管 D截止,T接通，
电路处于采样状态；
当 U为负时,D导通，
T关断，电路处于保持状态。
工作原理：
ui uo
RF
R2
－?
+ +A
CF
D RC
U
T
(6-49)
2,同相型采样－保持电路工作原理,与反相型的相同。即 U为正时采样，
U为负时保持； 只是运算放大器工作在跟随状态，起缓冲级的作用。
ui T －?+ +R
C
uo
R1
D C1
U
(6-50)
电子技术第六章结束模拟电路部分
电子技术第六章非线性处理器模拟电路部分
(6-2)
第六章 非线性处理器
§ 6.1 限幅器
§ 6.2 电压比较器
§ 6.3 迟滞比较器
§ 6.4 精密整流电路
§ 6.5 采样－保持电路
*
*
(6-3)
非线性应用,是指由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。
由运放组成的非线性电路有以下三种情况：
1,电路中的运放处于非线性状态。
+ +?
A uo?
比如：运放开环应用 u
o
运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。
(6-4)
2,电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。
ui>0时,
i
F
o uR
Ru
1
1
ui<0时,
i
FF
o uR
RRu
1
21 //+ +
A
uo
R1
RF1
RF2 D
ui
uo
ui0传输特性
(6-5)
3,另一种情况，电路中的运放处于非线性状态，外围电路也有非线性元件（二极管、三极管）。
由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同，所以分析电路前，首先确定运放是否工作在线性区。
确定运放工作区的方法,判断电路中有无负反馈。
若有负反馈，则运放工作在线性区；
若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。
处于非线性状态运放的特点：
1,虚短路不成立。
2,输入电阻仍可以认为很大。
3,输出电阻仍可以认为是 0。
(6-6)
t
ui
uo
t
UZ
-UZ
§ 6.1 限幅器
–
+
A
uo
R1
RF
ui
DZ
R
+
运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件 ——稳压二极管。
R：限流电阻。一般取 100?。
DZ双向稳压管
(6-7)
另一种形式的限幅器,双向稳压管接于负反馈回路上。
–
+
A
uoR1
RF
ui
DZ
+
当 时，在双向稳压管的作用下，
Zi
F Uu
R
R?
1
ZoZo UuUu 或当 时，双向稳压管不通，运放工作在线性状态。
Zi
F Uu
R
R?
1
i
F
o uR
Ru
1
(6-8)
–
+
A
uoR1
RF
ui
UZ
+
uo
ui0
+UZ
+UZ
传输特性
(6-9)
uo
ui
0
+Uom
-Uom
UR
传输特性
§ 6.2 电压比较器
UR：参考电压
ui,被比较信号
+ +? u
o
ui
UR –
特点：运放处于开环状态。
当 ui > UR时,uo = +Uom
当 ui < UR时,uo = -Uom
一,若 ui从同相端输入
(6-10)
+ +? u
oui
UR
uo
ui0
+Uom
-Uom
UR
当 ui < UR时,uo = +Uom
当 ui >UR时,uo = -Uom
二,若 ui从反相端输入
(6-11)
uo
ui0
+UOM
-UOM
+ +? u
o
ui
三、过零比较器,(UR =0时 )
+ +? u
ou
i
uo
ui0
+UOM
-UOM
(6-12)
+ +? u
o
ui
t
ui例,利用电压比较器将正弦波变为方波。
uo
t
+Uom
-Uom
(6-13)
+ +?ui
uo
ui0
+UZ
-UZ
电路改进,用稳压管稳定输出电压。
+ +?ui uo
UZ
R
R′
uo
UZ
电压比较器的另一种形式
——将双向稳压管接在负反馈回路上
(6-14)
比较器的特点
1,电路简单。
2,当 Ao不够大时，
输出边沿不陡。
3,容易引入干扰。
t
ui
uo
t
过零附近仍处于放大区
(6-15)
一、下行迟滞比较器分析
1,因为有正反馈，所以输出饱和。
2,当 uo正饱和时 (uo =+UOM),
U+ Hom UURR
RU?
21
1
3,当 uo负饱和时 (uo =–UOM),
Lom UURR
RU?
21
1
－
+ +
uoR
R2R1
ui
参考电压由输出电压决定
§ 6.3 迟滞比较器特点,电路中使用正反馈,运放处于非线性状态。
1,没加参考电压的下行迟滞比较器
(6-16)
omH URR
RU
21
1
omL URR
RU
21
1
分别称 UH和 UL上下门限电压 。称 (UH - UL)为 回差 。
当 ui 增加到 UH时，输出由 Uom跳变到 -Uom；
－
+ +
uoR
R2R1
ui
当 ui 减小到 UL时，输出由 -Uom跳变到 Uom。
传输特性,uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
小于回差的干扰不会引起跳转。 跳转时，正反馈加速跳转。
(6-17)
t
ui
Uom
-Uom
t
ui
UH
UL
例,下行迟滞比较器的输入为正弦波时，
画出输出的波形。
－
+ +
uoR
R2R1
ui
(6-18)
RomH URR
RU
RR
RU
21
2
21
1
RomL URR
RU
RR
RU
21
2
21
1
2,加上参考电压后的下行迟滞比较器加上参考电压后的上下限：
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
(6-19)
下行迟滞比较器两种电路 传输特性 的比较,
－
+ +
uoR
R2R1
ui
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
(6-20)
例,R1=10k?,R2=20k?,UOM=12V,UR=9V
当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出
uo的波形。
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
5V
10V
ui
t
0
(6-21)
首先计算上下门限电压：
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
V10
21
2
21
1?
RomH U
RR
RU
RR
RU
V2
21
2
21
1?
RomL U
RR
RU
RR
RU
(6-22)
+UOM
-UOM
根据传输特性画输出波形图。
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
ui
uo
t
t
10V
5V
0
0
2V
(6-23)
0
21
1
21
2?
omi URR
Ru
RR
R
u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。
0
21
1
21
2?
omi URR
Ru
RR
R
二、上行迟滞比较器
－
+ +
uoR
R2R1
ui
Homi UUR
Ru
2
1
Lomi UUR
Ru
2
1
当 u+> u- =0时,uo= +UOM
当 u+< u- =0时,uo= -UOM
1,没加参考电压的上行迟滞比较器
(6-24)
uo
ui0
Uom
-Uom
传输特性曲线
UHUL
－
+ +
uoR
R2R1
ui
omH UR
RU
2
1?
omL UR
RU
2
1
上下门限电压：
(6-25)
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
上下门限电压：
当 uo= +UOM时：
当 uo= -UOM时：
Romi UURR
Ru
RR
R?
21
1
21
2
Romi UURR
Ru
RR
R?
21
1
21
2
RomH UR
RRU
R
RU
2
21
2
1
RomL UR
RRU
R
RU
2
21
2
1
2,加上参考电压后的上行迟滞比较器
(6-26)
传输特性：
UHUL
uo
ui0
Uom
-Uom
－
+ +
uoR
R2R1
ui
UR
－
+ +
uoR
R2R1
ui
uo
ui0
Uom
-Uom
UHUL
对照
(6-27)
迟滞比较器电路改进,为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管。
思考题,如何计算上下限？
UZ
－
+ +
uoR
R2R1
ui
uo
UZ
－
+ +
R
R2R1
ui
(6-28)
一、线性检波 (半波整流 )电路
1,由于硅二极管的正向导通电压不小于 0.5V,当 Ui 小于
1V 时,UO 误差很大。
2,二极管作为一个半导体元件，
它很容易受到温度的影响，
它还具有非线性特性。
解决方法,若把普通二极管置于运算放大器的反馈回路中，就能大大削弱这些影响，提高电路的精度。
uo~+-ui
D
RL
+
-
普通半波整流电路的缺陷：
§ 6.4 精密整流电路
(6-29)
uo1
t
ui
0
t
uo
0
精密半波整流电路：
精密半波整流电路的工作原理：
当 ui >0 时,uo1<0,D2导通,D1 截止，运放工作在深度负反馈状态。
当 ui < 0 时,uo1 > 0,D2截止,D1导通,
构成反相比例放大器。
i
F
o UR
Ru
1
–?
+ +
ui u
o
R1
RF
R2
D1
D2
u–= u+=0V,uo1?-0.7V? uo=0 ;
(6-30)
1,运放的输出电压大于二极管的正向电压。
即 D1 和 D2 总是一个导通，
另一个截止，这样电路就能正常检波。
思考题,如何获得正半波极性的输入信号？
精密半波整流电路正常工作的条件：
2.电路所要求的最小输入电压峰值为 uD AU
其中,UD 为二极管的正向电压，
1R
RA F
u?
答：二极管反向！
–?
+ +
ui u
o
R1
RF
R2
D1
D2
(6-31)
t
ui
0
tuo0
当 ui <0 时,uo1>0,D2导通,D1 截止，运放工作在深度负反馈状态。
当 ui > 0 时,uo1 < 0,D2截止,D1导通,
构成反相比例放大器。
i
F
o UR
Ru
1
u–= u+=0V,uo1?0.7V? uo=0 ;
RF1
ui R1
R21
D1
D2
uo－?
+ +A1 uo1
(6-32)
二、绝对值 ( 全波整流 ) 电路在精密半波整流电路的基础上，加一级加法运算放大器，
就组成了精密全波整流电路。
ui
uo
R1
RF1
R21
D1
D2
R11
RF2
R22
R12
u1 －?+ +
－?
+ +A1 A
2
电路结构：
(6-33)
左图中 A1 构成半波整流电路，在 R1＝ RF1 的条件下，
有：
0 (当 ui < 0 )
(当 ui > 0 )- ui
u1 =
－
－
+ +
ui R1
RF1
R21
D1
D2
R11
A1
u1
+ +
uo
RF2
R22
R12
A2
工作原理：
t
ui
0
tu10
(6-34)
t
ui
0
tu10
t
uo
0
若满足一定的条件，
就可以有：
－
－
+ +
ui R1
RF1
R21
D1
D2
R11
A1
u1
+ +
uo
RF2
R22
R12
A2
i
FF
o uR
Ru
R
Ru
12
2
1
11
2
(6-35)
已知在 R1＝ RF1 的条件下，有：
0 (当 ui < 0 )
(当 ui > 0 )- uiu
1 =
若 R12 ＝ RF2 且 R11 = 0.5 RF2
当 ui < 0 时,u1 = 0，于 是
uo = - ui ；
uo = -2u1 - ui
= 2ui - ui
= ui
当 ui > 0 时，
－
－
+ +
ui R1
RF1
R21
D1
D2
R11
A1
u1
+ +
uo
RF2
R22
R12
A2
i
FF
o uR
Ru
R
Ru
12
2
1
11
2
io uu?
(6-36)
三、平均值电路作用,交流－直流变换器。
半波整流的平均值电路种类,有两种平均值电路。
全波整流的平均值电路方法,只要在整流电路后面连接低通滤波器，就能够组成最简单的平均值电路。
原理,把交流信号整流后,再经滤波器,就把交流电压按比例地变成了直流电压，
且一般是平均值电压。
(6-37)
1,半波整流的平均值电路这时可以认为全部纹波电压都被 A2 所抑制,
起作用的仅是 u1 的直流分量，即平均值电压。
讨论
F
F CR?
1
2
的情况。
ui
uo
R11
RF1
R21
D1
D2
R12
RF2
R22
u1 －?
+ +
－?
+ +A1
A2
CF
(6-38)
设 tUu
ii?s in2?
可得
1
12
2 U
R
RU F
o
)(
2
1
11
12
0
12
2 tdu
R
R
R
R
i
FF?
将 代入，得：tUu
ii?s in2?
i
FF
o URR
RRU
1211
212
当 时,
1
1211
21?
RR
RR FF
io UU?
2?
－
－
+ +
ui R1
RF1
R21
D1
D2
A1 u1
+ +
uo
RF2
R22
R12
A2
CF
可见，输出是输入的半波整流平均值。
(6-39)
2,全波整流的平均值电路在绝对值电路的基础上，加入一级低通滤波器，
就组成了全波整流的平均值电路。实际上，在绝对值电路中，有时只增加一个电容，就能达到目的。
ui
uo
R1
RF1
R21
D1
D2
R11
RF2
R22
R12
u1 －?+ +
－?
+ +A1 A
2
C
(6-40)
全波整流的平均值电路
io UU
22
ui
uo
R1
RF1
R21
D1
D2
R11
RF2
R22
R12
u1 －?+ +
－?
+ +A1 A
2
C
(6-41)
一、“采样－保持”的含义图 (a)为采样－保持电路的输入 信号
u ( t )； 图 ( b )为一组离散的单位冲击函数 f (t ),用于对输入信号 u ( t )
进行采样，图中的 T 称为采样周期；
若将 u (t )乘以 f (t ),即可得,采样”
后的信号 g(t ),如图 (c )所示。
从图 (c)可以看见某个时刻的采样值是转瞬即逝的。如果我们设法使这个数值延长至下个采样信号来到时再作改变，如图 (d)所示，这就是
“保持” 电路的功能。
§ 6.5 采样－保持电路
(6-42)
二、采样－保持电路的组成采样－保持电路由模拟开关 K 和模拟信号存储电容 C 以及缓冲放大器等三部分组成。
－?
+ +
+
–
R
C
K
uc
uo
ui
模拟开关 K一般由结型场效应管或 MOS场效应管组成，缓冲放大器则采用集成运算放大器。
(6-43)
当数字指令为
,1”时，模拟开关 K
接通，存储电容 C上的信号 uC 跟踪输入信号，经缓冲放大器送出，所以输出信号也跟踪输入信号，这就是采样过程；
当数字指令为,0”时，模拟开关 K断开，存储电容将断开瞬间 t0 的输入信号保持下来并通过放大器送出，所以输出信号保持为 t0 时刻的输入信号，这就是保持过程。
三、采样－保持电路的工作原理
－?
+ ++
–
R
C
K
uc
uo
ui
(6-44)
对采样－保持电路的主要要求是它的 精度和速度 。为了提高实际电路的精度和速度，可以从元件和电路结构两 个方面着手解决。从元件方面：
(a) 模拟开关采样－保持电路所使用的模拟开关主要是场效应管。为了得到高质量的采样－保持电路，场效应管的开关速度要快，极间电容要小，夹断电压或开启电压也要小，导通电阻和反向漏电流等都应该尽量小。上述要求可能互相矛盾，使用中应根据实际电路的具体要求，重点保证其中的某些 参数指标。
四、采样－保持电路的性能要求
(6-45)
(b) 存储电容实际电容器具有介质吸附效应和泄漏电阻。
介质吸附效 应会使放电后的电容电压产生不应有的回升，而泄漏电阻 则引起电容上的保持电压随时间逐渐减小，降低保持精度。
应该选用介质吸附效应小同时泄漏电阻大的电容器，如聚苯乙烯或聚碳酸脂电容器等。
(6-46)
( c ) 运算放大器运算放大器在采样－保持电路中起输出缓冲和输入隔离的作用，因此要特别重视它的输入偏置电流以及带宽和上升速率，还有它的在最大输出电流等性能参数。
在采样－保持电路中，几乎毫无例外的都采用具有场效应管输入级的运算放大器，或者具有低输入偏置电流的运算放大器；同时运算放大器的上升速率要大于输入信号的变化率，它的带宽和输出电流都要大一些为好。
(6-47)
主要组成部分,结型场效应管模拟开关 T； 存储电容 CF ； 反相工作的运算放大器。
1,反相型采样－保持电路五、采样－保持电路的两种形式
ui uo
RF
R2
－?
+ +A
CF
D RC
U
T
(6-48)
反相型采样－保持电路常常具有原理性误差，它只限于低速应用，不如同相型电路用得广泛，故而在此只作简单介绍。
反相工作的放大器使其反相端为虚地，因此，当控制电压 U为正时,二极管 D截止,T接通，
电路处于采样状态；
当 U为负时,D导通，
T关断，电路处于保持状态。
工作原理：
ui uo
RF
R2
－?
+ +A
CF
D RC
U
T
(6-49)
2,同相型采样－保持电路工作原理,与反相型的相同。即 U为正时采样，
U为负时保持； 只是运算放大器工作在跟随状态，起缓冲级的作用。
ui T －?+ +R
C
uo
R1
D C1
U
(6-50)
电子技术第六章结束模拟电路部分
