模拟电子电路及技术基础 第二版 答案 孙肖子 第3章

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第三章 电压比较器、 弛张振荡器及模拟开关

第三章 电压比较器、 弛张振荡器及 模拟开关3.1 基本要求及重点、 难点

3.2 习题类型分析及例题精解3.3 习题解答

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第三章 电压比较器、 弛张振荡器及模拟开关

3.1 基本要求及重点、 难点1. 基本要求

(1) 了解电压比较器的基本特性； 理解电压比较器和运算放大器的不同之处(包括功能、 电路和要求的不同); 掌握电 压比较器的开环应用， 亦即简单比较器(包括过零比较器和脉 宽调制器)的特点、 用途和传输特性， 能根据输入信号绘制其 输出波形。 (2) 掌握正反馈比较器(迟滞比较器)的特点、 传输特性及 其输入输出波形。 (3) 掌握单运放和双运放弛张振荡器电路的特点， 能定性 画出输出波形， 计算输出方波、 三角波幅度和振荡频率。

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(4) 了解各种单片集成电压比较器的特点、 主要参数和 应用。 (5) 了解模拟开关的功能和用途。 2. 重点、 难点 重点： 简单比较器、迟滞比较器和弛张振荡器电路的

分析和计算。难点： 简单比较器、迟滞比较器和弛张振荡器传输特 性及输出波形的分析。

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3.2 习题类型分析及例题精解本章习题类型主要包括分析计算题和综合设计题。

(1) 分析计算类题目一般给定电路， 要求：· 分析电路功能； · 绘制传输特性； · 绘制输出波形等。 因为大部分电路为非线性电路， 其暂态分析、 时域分 析方法比线性电路分析会困难些。

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(2) 综合设计类题目一般提出设计目标， 如功能目标、 输出波形目标、 传输特性目标等， 要求设计电路结构， 确 定电路元件值等。 一般设计方案不是唯一的， 要选择其中 比较容易实现而性能又可以达到设计目标性能的电路。 解 题中应注意以下几点：

① 简单比较器一定是开环运用， 其比较电平与输出无关。 ② 迟滞比较器引入了“正反馈”, 其比较电平与输出

有关， 且Ur=FUo, 其中F为正反馈系数； 传输特性为闭合曲线， 存在“回差”, 故抗干扰能力增强， 翻转时边缘更 加陡峭， 但比较灵敏度降低了。

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③ 无论输入信号的形状如何， 比较器的输出肯定是方 波， 其高低电平与电源电压有关。 专用集成电压比较器的 高低电平大多与数字电路兼容。 专用集成电压比较器可开 环运用， 也可引入正反馈而演变为迟滞比较器。 ④ 在迟滞比较器基础上加入RC充放电电路， 并用RC

电路的电容电压来控制比较器的自动翻转， 便构成弛张振荡器，

从而得到方波与三角波波形。 ⑤ 弛张振荡器的振荡频率一般取决于RC定时电路的时

间常数及迟滞比较器的比较电平。⑥ 弛张振荡器的方波幅度取决于电源电压或输出限幅 电路。 三角波的幅度取决于迟滞比较器的比较电平。

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【例3-1】 设计一个电路， 将一个不规则的波形整形 成方波后， 再变换成尖脉冲， 如图3-1所示。 解 根据题意： (1) 用过零比较器， 将不规则的波形整形成方波。 (2) 用微分电路(RC)将方波变换成双向尖脉冲， 只要时

常数RC远小于ui过零的时间间隔。(3) 用晶体二极管单向导电特性将正脉冲阻隔， 使负脉 冲通过， 如图3-2所示。

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图 3-1

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图 3-2

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【例3-2】 试利用专用集成电压比较器LM311, 将一 个受干扰的低频三角波(如图3-3 所示)整形成方波， 建议比 较器电源电压采用±5 V。 解 因为输入信号为受干扰的低频信号， 故应采用抗干 扰能力强的迟滞比较器， 引入正反馈， 使传输特性存在一

个“回差”, 如图3-4所示。

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图 3-3

(a) 电路图； (b) 输入信号

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取上拉电阻Rc=2 kΩ, R1=R2=10 kΩ, 取回差ΔUT= 2 V, 则正反馈系数 F

U R2 R2 1 , 故R2=40 kΩ。 Uo R3 R2 5

其传输特性及输出波形分别如图3-4和图3-5所示。

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图3-4 传输特性

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图3-5 输出波形

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【例3-3】 设计一个弛张振荡器， 振荡频率f0=100 Hz, 方波输出振幅Uo≤12 V, 三角波线性很好， 且振幅为6 V。 解 (1) 电路选择。 因为要求三角波线性很好， 所以选 用双运放构成弛张振荡器， 电路如图3-6所示。 因为要求方 波振幅Uo≤12 V, 所以选电源电压UCC=|UEE|=12 V。 因为要

求振荡频率f0=100 Hz, 频率较低， 故运放型号选F007(LM741)。

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图3-6 设计的电路图