小模电的重难点——积分电路和电压比较器

吴少琴的模电课

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时间如白驹过隙，一不留神就从指缝间溜走啦??！记得刚开学时，大家收到的第一篇推文——“开学啦~~你有一份模电资料，请注意查收”????    一转眼，那个让人头疼又心爱的小模电课程就快要结课啦?????? 是不是感觉长舒一口气，觉得终于解脱了?? ？还是悔不当初，觉得自己虚度了这段宝贵的学习时光??？
- Q4 W+ R5 `) y/ {/ F& c* t. l* a

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不过，别急着感慨，我们还有三次推送的机会哦！珍惜这最后的一两周，赶紧跟上进度，让公众号的陪伴成为我们彼此难忘的一段回忆\(0^◇^0)/    别忘了，模电虽难，但你不是一个人在战斗！加油喲??????
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% f. x/ D: p. E/ j; `+ i! g

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回归正题，这次我们重点复习运算放大器构成的积分电路和电压比较器??????
注意积分电路是运算放大器的线性应用，而电压比较器是运算放大器的非线性应用

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重点一 积分电路


积分运算电路和上次课的反相比例放大电路相似，只是反馈元件从电阻改为了电容，所以仍采用交流电压并联负反馈，分析时借助虚短虚断，利用电容C两端电压与电流之间呈积分关系实现输出与输入的积分运算?????♂?

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1 p- u+ c9 ~) P3 B7 @9 G几点小说明??：
01
积分运算电路的输出电压与输入电压成积分关系，积分常数为RC
: j" d0 |# T: X0 k1 L& T$ Q% [* U02
3 t: l; m$ h% o, \2 N1 r当输入vi(t)为一个阶跃信号Vs时，输出电压随时间变量t的增长以负斜率下降，最终达到运放的负饱和值

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03
在实际分析时，如果初始to时刻输出电压为vo(to)，则t时刻的输出电压为：
' B0 W1 {6 ?8 Q; W+ A

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0 ]  n  U( _0 m, e, G: `?
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. p! d* G$ W( }0 c. O- G1 N# T2 d

重点二  比较器门限电压的求解
1 T$ }9 B) M! g* o5 i0 A
6 |6 T4 `1 H9 v& A9 h3 O; V
) X, D& _9 ^9 i* r: A. S积分电路和上次课的加减运算电路，电路中都引入了负反馈，但如果运放没有引入负反馈，那就属于运放的非线性应用??注意非线性应用的特性：
& r' @& t7 M+ k& ?6 P

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; \, V% n4 _! t9 J& J; d5 o% M" u& ~这时，线性应用的虚短特性不能使用，但“虚断”的特性仍可以应用。
& A# c: [! T9 k  b3 K) U在非线性区时，可以利用v+=v-求输入信号vi的瞬时值，从而得到比较器的阈值电压（门限电压）。
5 {' B$ {6 B9 x

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9 ~* d2 }/ n# P+ a' d3 Y9 I
2 q9 [5 I: G" T( J2 I! S
, o, N5 N1 A' `7 w重点三  电压比较器
2 ~+ ?  O+ Y  L% T8 x3 X: ]

电压比较器用来对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平，如果输出端接有稳压二极管，则输出电压的幅值和稳压二极管有关。
; j0 n( Y/ C4 m' n2 X常用的几种比较器通过下面的表格给大家作个总结。

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??作业题讲解??
' j% Y# B2 ^$ f, G

- u5 h) L* T3 y- I; O给认真看公众号的小伙伴们带来小福利??，直接拿上次课的作业题作为例子讲解，拿出作业本看看你做对了没？??????

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例
1
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积分电路如下左图所示，若输入如下右图所示的波形，试绘制相应的输出电压波形。已知：R1=R2=10kΩ,C=0.2μF,电容C上的初始电压Vc(0)=0。
, A8 j6 K, r; ^+ @, Y$ Q

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& W8 Q' G5 P4 T- M+ m, N) X* ~

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5 {7 N3 m' w4 x7 e
, B3 w/ a+ X) P分析+求解
! P3 G0 T( _$ D# Z

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- c! N, s/ ~$ _- P7 \7 C这就是一个最基本的积分电路，只是输入信号是一个不完全规则的矩形波，需要分段分析，还有注意时间轴的单位是毫秒哦??
输出电压和输入电压的关系式为：

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$ }: X$ q2 y# L  N) Q: e; K由上面分析可以画出下面波形：

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( `$ f  J8 o& J1 K1 ]3 M例
6 }# @% ~4 K$ }. W( v2
* ^, a& ?2 y9 n7 n! N??
电路如图所示，A1，A2为理想运放，最大输出电压Vom=±12V。
（1）说明电路是由哪两种电路组成的？
（2）设电路初始电压为0，t=0时，vo=-12V。当加入vi=1V的阶跃信号后，问多长时间vo跳变到+12V。
（3）画出vo1和vo的波形。
! H, Y2 D' ?+ O! P
( J: ?1 h! a0 n( N
; \$ b  r# ~& {  D" @9 j
. `* u9 ?  i+ o: R$ \; T分析

这道题第一级是个积分电路，是运放的线性应用，注意题目中写明最大输出为±12V，所以积分器的输出也不可能超过这个值，如果达到，电容处于饱和状态。
第二级一眼看去很像反相比例放大器，但仔细一看，反馈元件R4是引到运放的同相输入端，认真判断后发现是引入电压串联正反馈，那说明是运放的非线性应用，输出端没有限幅的稳压管，题目中已经说明输出为±12V，第二级是一个反相输入的滞回比较器。
/ I4 L- c" a$ U
Answer
4 J" j+ |' _  W% p- o解：

/ Z6 f1 n0 }- n) p（1）A1为积分电路；A2为滞回比较器
9 Y) \: c; j# k# n8 S（2）

A2是迟滞比较器，首先需要求出门限电压，（注意输出最大值是+12V，最小值是-12V）然后画出传输特性曲线：

3 C  x/ {+ E( t因为t=0时，输出是-12V，只有当vo1=-4时，vo从-12V跳变到+12V；即-0.1t=-4，得到t=40s
9 p9 _  L; |# `: A* C# h（3）于是波形如下：

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6 D8 F# J3 h: i% J6 @?


互动时刻

前几次一直是判断题，这次改成选择题吧??????
最近两次课学习了下面几种运算电路：
A. 反相比例放大器
B. 同相比例放大器
  I' [) f$ i: s" rC. 求和运算电路
D. 减法运算电路
2 c) v$ t, I$ f) d) wE. 积分运算电路
F. 微分运算电路
选择一个合适的电路实现下面功能：
: m& E4 C. ~6 d, y（1）将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用（    ）
（2）实现Av=-20的放大电路，应选用（    ）
（3）将方波电压转换成三角波电压，应选用（  ）
（4）将正弦波电压移相+90度，应选用（    ）
4 U. N+ _  N4 d# n（5）实现Av>10的放大器，应选用（    ）
快抓住剩下为数不多的加分机会哦??
3 F5 d  ]' X6 O# t5 X记得点赞
: F* P# C' K! n  g! b3 M* o* z留言哟^_^
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