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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# J0 P# a( Y9 J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??？

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$ e! @. z# {" u8 i" u8 f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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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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/ V0 G; z0 i) Q8 ?/ v; e' J0 l1 L?
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重点一 积分电路
0 K8 O$ v! l2 Y; q
; z, H1 i6 l8 ~4 F
  M+ U' K/ H2 ~; `0 F8 z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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9 ~% t6 T; ^, L* a2 r9 I' S5 Z! y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
  y+ m" o) p% v8 n7 U  O; H2 t( F02
8 \3 S: a& N! b- n( T. U6 _3 f+ |" m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
: s" w: m" T0 R! d& w0 p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：
4 D8 z# e& O" p7 N

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" R( P# ]% ^8 u& e?

6 ]: E; w1 }5 Q& h+ s1 B. ?/ c
+ x7 W2 x/ O* y# ~重点二  比较器门限电压的求解


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：
, d4 k7 Q! t' [$ s( ]

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9 t$ l# S+ h& c# Z% D$ k9 Y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。
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）。

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3 N$ w: |. I+ w% N* O?

( k2 U; b5 O/ v# |
/ @, a2 [& Y) S, H重点三  电压比较器
* e3 T0 R8 {8 e& R" M/ W2 W
, b6 V& }8 V8 n* I
/ v% O6 L0 d% m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。
' n, Q7 p8 r; g常用的几种比较器通过下面的表格给大家作个总结。
8 }9 ^3 i3 p- q6 {" m% C

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  F/ R! h8 r1 U* n! I

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8 ~7 j& C9 g6 r3 y& K  E' U

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# k9 X  @) R& A3 ~; m2 G

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1 g) J1 E9 \& z# O9 U4 ^?
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( w: J) [' D$ R% J4 Z+ W  ]
??作业题讲解??


* w1 ^' d8 b) \; w2 q9 G* F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？??????
: P7 y3 N3 q! B1 f

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例
7 ]9 C7 b+ I! i& A7 c' e. l1
??
- r; R. F# A3 n1 G, {* b" E; W% ^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。
) m& x8 z. G' o5 a

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& j+ h5 X$ G8 |* `- e. a! d0 H8 ]

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& m4 U" `% M+ F
( ?2 n& r! Z7 x分析+求解
+ r8 w: o& G; X6 D9 M( {- }

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8 }1 }: R, {- f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??
1 |: W( v- q0 w  F2 K5 [+ m输出电压和输入电压的关系式为：

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由上面分析可以画出下面波形：

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9 ?9 M; D2 ^/ p) q- j7 C: F
5 B# q8 H! }, w8 i7 j例
. F0 Z7 `7 a: [( |' q( U5 ~2
1 |% _# V% }8 y! v2 G( A, y! Z; n5 I??
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。
. e7 Q. t5 }% f6 d2 }1 B) @4 \- g（3）画出vo1和vo的波形。
6 B* c3 k) l2 d9 w


- Z+ K$ W* V5 W' y# y* v2 n分析
! o% ]8 a. |% L
; E9 E# M5 Q1 o. S' p8 z/ w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。
% `( L) T* x/ b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。
9 R: w9 _2 j( `8 k3 O
Answer
0 e! [6 B: c8 d8 _9 F8 T* \解：
4 b7 F) X5 }% I( j6 |% F9 Y& T$ k
. K5 _6 a- ?# C; [( n. v& n（1）A1为积分电路；A2为滞回比较器
（2）
  {( _- {9 n: u+ }5 d4 j
! }5 t2 x( p; T7 N, E/ RA2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：

) y: [! Q+ I) Y. `% W. b2 F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
3 }$ Y7 Y  P( }  R5 ^& f+ W（3）于是波形如下：

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1 u' x* ?; s; @4 N: f3 x?
" k& c$ F5 {1 q4 X, M/ M4 N- s/ ~?


互动时刻
9 `8 C4 x5 ~& i% f1 Q& {
% k2 g* C7 j- t3 z前几次一直是判断题，这次改成选择题吧??????
, r+ \% z- H$ e: k! O6 {. g最近两次课学习了下面几种运算电路：
! q9 s- H4 M& Q' R. ~- f! cA. 反相比例放大器
& R# c6 u) L+ `2 z: N  d! eB. 同相比例放大器
$ x  v, E) o; |% kC. 求和运算电路
D. 减法运算电路
: Q" |# \! s% n* FE. 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：
（1）将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用（    ）
" v8 e$ A- T: C+ H- B4 i1 S（2）实现Av=-20的放大电路，应选用（    ）
! h# L1 |0 z% @9 f& O' z+ p6 J（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（    ）
! u4 D2 g1 ^6 N（5）实现Av>10的放大器，应选用（    ）
3 ]- z& H/ H" y快抓住剩下为数不多的加分机会哦??
3 H) t% G: X8 `* }# Z2 z2 L记得点赞
5 S0 A+ d1 ~# _留言哟^_^
* b, x& }' W0 Q  p- M5 N& ]