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两路半桥驱动电路芯片CXLE82114内部集成了5V的LDO、一个运放、一个比较器、逻辑信号输入处理电路、 死区时控制电路、闭锁电路、电平位移电路、脉冲滤波电路及输出驱动电路，更适合用于全桥拓扑电路。高端的工作电压可达 600V，低端 Vcc 的电源电压范围宽 2.8V～20V
目录1.&& & &&2.& & &3.&& & & 4.（PDF文档）5.&& & & 6.&&7.& &产品概述&& & & & & & &CXLE82114是一款高性价比的大功率MOS管、IGBT管栅极驱动专用芯片，内部集成了5V的LDO、一个运放、一个比较器、逻辑信号输入处理电路、 死区时控制电路、闭锁电路、电平位移电路、脉冲滤波电路及输出驱动电路，更适合用于全桥拓扑电路。  CXLE82114高端的工作电压可达 600V，低端 Vcc 的电源电压范围宽 2.8V～20V。该芯片具有闭锁功能防止输出功率管同时导通， 输入通道HIN和LIN内建了一个下拉电阻，在输入悬空时使上、下功率MOS管处于关闭状态,输出电流能力IO +1.8A/-1.8A，采用SOP28L封装。& &产品特点&& &高端悬浮自举电源设计，耐压可达600V集成两路半桥驱动内置5V电源输出内置三个端口的运放内置三个端口的比较器适应 5V、3.3V 输入电压最高频率支持 500KHZ低端 VCC 电压范围 2.8V-20V输出电流能力 IO +1.8A/-1.8A内建死区控制电路自带闭锁功能，彻底杜绝上、下管输出同时导通HIN 输入通道高电平有效，控制高端 HO输出LIN 输入通道高电平有效，控制低端 LO 输出封装形式：SOP28L& &应用范围&& &全桥拓扑电源变频水泵控制器电动车控制器无刷电机驱动器& &技术规格书（产品PDF) && & &需要详细的PDF规格书请扫一扫微信联系我们，还可以获得免费样品以及技术支持！&产品封装图&电路原理图&相关芯片选择指南&& & & & & & & & & & & & & & & & & &MOSFET驱动芯片型号工作型号电流封装说明3V～30V1A&SOP-8单通道MOS驱动8V～30VSOP-8半桥驱动芯片3V~30V1ASOP-8单通道功率MOSFET驱动芯片11V～30VSOP8大功率MOS管、IGBT管栅极驱动专用芯片11V～30VSOP-8大功率MOS 管、IGBT 管栅极驱动专用芯片10V-15VSOP-8大功率MOS 管、IGBT 管栅极驱动专用芯片2.8V-20V1A/1.5ASOP-8大功率MOS管、IGBT管栅极驱动芯片2.8V-20V1A/1.5ASOP-8大功率MOS管、IGBT管栅极驱动芯片5V 3.3V0.2A/-0.35ASOP28L三相半桥电路驱动芯片4.5V-20V1.2A/-1.4ATSSOP20三相半桥驱动芯片2.8V-20V1.8A/-1.8ASOP28L两相半桥驱动芯片
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函数信号发生器的设计与制作
函数信号发生器的设计、与装配实习 一．设计制作要求：掌握方波 一 三角波 一 正弦波函数发生器的设计方法与测试技术。学会 由分立器件与集成电路组成的多级电子电路小系统的布线方法。掌握安装、焊 接与调试电路的技能。 掌握在装配过程中可能发生的故障进行维修的基本方法。二．方波 一 三角波 一 正弦波函数发生器设计要求函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波 形。 其电路中使用的器件可以是分立器件， 也可以是集成电路(如单片集成电路 函数发生器 ICL8038)。本次电子工艺实习，主要介绍由集成运算放大器与晶体 管差分放大器组成的方波 一 三角波 一 正弦波函数信号发生器的设计与制作 方法。 产生正弦波、方波、三角波的方案有多 种： 1：如先产生正弦波，然后通过整 形电路将正弦波变换成方波， 再由积分 电路将方波变成三角波。 2：先产生三角波一方波，再将三 角波变成正弦波或将方波变成正弦波。 3 3：本次电路设计，则采用的 图 1 函数发生器组成框图 是先产生方波 一 三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。此钟方 法的电路组成框图。如图 1 所示：可见，它主要由：电压比较器、积分器和差 分放大器等三部分构成。 为了使大家能较快地进入设计与制做状态，节省时间，在此，重新复习电 压比较器、积分器和差分放大器的基本构成和工作原理：所谓比较器，是一种用来比较输入信号 v1 和参考电压 VREF，并判 断出其中哪个大，在输出端显示出比较结果的电路。在《电子技术基础》一书的 9.4―非正弦波信号产生电路的 9.4.1 中，专 门讲述了： A：单门限电压比较器、B：过零比较器 C：迟滞比较器的电路 结构和工作原理。一、 单门限电压比较器 所谓单门限电压比较器，是指比较器的输入端只有一个门限电压。如果比较器的输入信号从运放的同相端输入，则称为：同相输入单门限电 压比较器。 如果比较器的输入信号从运放的反相端输入，则称为：反相输入单门限电 压比较器 它们的基本电路结构相同，如图 2a 所示，不同的是输入信号的接法。在图 2a 所示的比较器基本电路中，我们可知： 参考电压 REF 加于运放的反相端，它可以是正值，也可以是负值（也可以 从同相端加入） ，图中给出的为正值。 而输入信号υ 1 则加于运放的同相端（也可以从反相端加入） 。 由此可见，它是同相输入单门限电压比较器。这时，运放处于开环工作状 态，具有很高的开环电压增益。电路的传输特性如图 2b 所示。 电路的工作过程是：当输入信号电压υ 1 小于参考电压 VREF 时，即差模输 入电压υ ID=υ 1 一 VREF & 0 时，运放将处于负饱和状态，输出电压υ o= VoL; 当输入信号电压υ 1 升高到略大于参考电压 VREF 时， 即差模输入电压υ ID =υ 1 一 VREF & O，运放立即转于正饱和状态，输出电压 uo =VoH， 如图的实线所示，它表示υ 1 在参考电压 VREF 附近有微小的减小时，输出 电压将从正的饱和值 VoH 过渡到负的饱和值 VoL。若有微小的增加，输出电压 又将从负的饱和值 VoL 过渡到正的饱和值 VoH。 把比较器输出电压 uo 从一个电平跳变到另一个电平时相应的输人电压υ 1 值称为门限电压或阈值电压 Vth，对于图 2 所示电路，Vth = VREF。 反相输入单门限电压比较器的工作原理与之相同。 其相应传输特性如图 2b 中的虚线所示。二、过零比较器 所谓过零比较器是指将参考电压设为零，即 VREF = O，它的基本电路结 构如图 3a 所示：其传输特性如图 3 b 所示由过零比较器的基本电路可知，输入信号电压υ 1 每次过零时，输出电压 就要产生突然的变化。这种比较器就称为过零比较器。 其具体的工作过程：见“EWB 过零比较器” 当输入信号为正弦波时，每过零一次，比较器的输出端将产生一次电压跳 变，其正、负向幅度均受供电电源的限制。因此，输出电压波形将为具有正负 极性的方波。 若使方波电压经由 RC 微分电路(这时电路的时间常数 RC 《 T/2， 为输入 T 正弦信号周期》输出，那么输出电压就将为一系列的正、负相间的尖顶脉冲， 如果输出的正负向尖顶脉冲，又经二极管 D 接到负载电阻 RL 上，则因二 极管的单向导电作用，负载上就只剩下正向的尖顶脉冲，其时间间隔等于输 入正弦波周期 T，如图 9.4.2f 所示。这里，二极管把负向尖顶脉冲削去了，称 为削波或限幅，二极管 D 和 RL 构成限幅电路。三、迟滞比较器单门限电压比较器虽然有电路简单、 灵敏度高等特点， 但其抗干扰能力差。 例如，单门限电压比较器，当输入信号电压υ 1 中含有噪声或干扰电压时，由 于在υ 1=Vth=VREF 附近出现干扰，输出电压υ o 将时而为 VoH，时而为 VoL，导 致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压υ o 去控制电机，将出现频繁的起 停现象， 这种情况是不允许的。 提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。(1)电路组成 顾名思义，迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。 它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，如图 4 所示：就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器{又叫施密特触发器(Schmitt Trigger)}。如将υ 1 与 VREF 位置互换，就可组成同相输入迟滞比较器。由于 正反馈作用， 这种比较器的门限电压是随输出电压 uo 的变化而改变的。 它的灵 敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了。(2)门限电压的估算由于比较器中的运放处于正反馈状态，因此一般情况下，输出电压υ o 与 输人电压υ 1 不成线性关系， 只有在输出电压υ o 发生跳变瞬间， 集成运放两个 输入之间的电压才可以近似认为等于零，即υ ID≈0 或υ p≈υ N=υ 1 是输出电 压υ o 转换的临界条件。 当输入电压υ 1 &υ p（门限电压）时，输出电压υ o 为低电平 Vol。 当输入电压υ 1 &υ p 时，输出电压υ o 为高电平 VoH。一．积分器二．差分放大器1） ．方波一三角波产生电路 方波 一 三角波信号产生的基本电路如图 2 所示。图 2 产生方波 一 三角波信号的基本电路 电路工作原理如下:若 a 点断开，运算放大器 A1 与 R1、R2 及 R3、RP1 组成 同相输入迟滞比较器，R1 称为平衡电阻，R3、RP1 为正反馈元件，C1 称为加速 电容，可加速比较器的翻转:运放的反相端接基准电压，即 V_ = 0，同相端接 输入电压 V比较器的输出 Vo1 的高电平等于正电源电压+Vcc， 低电平等于负 电源电压_VEE 。 当比较器的 V+ = V- = 0 时，比较器翻转，输出信号 Vo1 则从高电平+Vcc 跳到低电平-VEE，或从低电平-VEE 跳到高电平+Vcc。 设 v o1＝＋Vcc，则： V+=R2 R 2 ? R 3 ? RP1(+Vcc)+R 3 ? RP1 1R 2 ? R 3 ? RPVia =0式1式中，RP1 指电位器的调整值（以下同） ，将上式整理，得比较器翻转的下门限 电位 Via- =? R2 R 3 ? RP ? R2 R 3 ? RP1 1(+Vcc) =? R2 R 3 ? RP R2 R 3 ? RP1 1Vcc式2若 vo1= -VEE ，则比较器翻转的上门限电位 Via+ = (-VEE) = Vcc 式3比较器的门限宽度 VH 为 VH = Via+ －Via- = 2。R21R 3 ? RPVcc式4由式 1－式 4 可得比较器的电压传输特性，如图 3 所示 图 3 比较器电压传输特性图 4 方波－三角波（见 EWB 电压比较器）a 点断开后，运放 A2 与 R4、RP2、C2 及 R5 组成反相积分器，其输入信号 为方波 V01 ,则积分器的输出?02＝?1 ( R 4 ? RP 2 ) C 2??01dt式5当?01＝＋Vcc时?02＝? ( ? V EE ) ( R 4 ? RP 2 ) C 2t=? V cc ( R 4 ? RP 2 ) C 2t式6当 v01＝－Vcc 时?02＝? ( ? V EE ) ( R 4 ? RP 2 ) C 2t=V cc ( R 4 ? RP 2 ) C 2t式7可见，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角 波，其波形关系如图 4 所示（见 EWB 积分器）如果把电压比较器与积分器首尾相连，形成一个闭环电路，则该电路就能 够自动产生方波－三角波。（见 EWB HSXHFSQ）三角波的幅度 V02m = 方波－三角波的频率R2 R 3 ? RP1Vcc式8 f =R 3 ? RP1 24 R 2 ( R 4 ? RP 2 ) C式9由此可得出以下结论： ① 电位器 RP2 在调整方波－三角波的输出频率时， 不会影响输出波形的幅 度，若要求输出频率范围较宽，可用 C2 改变频率的范围，RP2 实现频率 微调。 ② 方波的输出幅度约等于电源电压＋Vcc， 三角波的输出幅度不超过电源 电压＋Vcc 电位器 RP1 可实现幅度微调，但会影响方波－三角波的频 率。2．三角波正弦波变换电路为学习多级电路的调试技术，我们将选用差分放大器作为三角波- 正弦波 的变换电路，波形变换的原理是：利用差分对管的饱和与截止特性进行变换， 分析表明，差分放大器的传输特性曲线 ic1 （或 ic2）的表达式为iC1=? iE 1 =?I 01? e? vid / VT式 10式中α ＝Ic／IE≈1；Io 为差分放大器的恒定电流；VT 为温度的电压当量，当室 温为 25℃ 时，VT≈26mV。 如果 vid 为三角波，设表达式T ? 4Vm (t ? ) ? T ? 4 v id = ? ? ? 4Vm ( t ? 3 T ) ? t 4 ?式 11式中，Vm 为三角波的幅度；T 为三角波的周期。 将式 11 代入式 10，则? ? ?1 ? ? iC 1( t ) ? ? ? ? ?1 ? ??I 0? 4 Vm (t ? T 4 )eVT T?I 04 Vm (t ? 3 4 T)式 12eVT T用计算机对式 12 进行计算，打印输出的 ic1(t) 或 ic2(t) 曲线近似于正弦波， 则差分放大器的输出电压 ic1(t)、ic2(t)亦近似于正弦波，波形变换过程如图 5 示 为使输出波形更接近正弦 波，要求： ① 传输特性曲线尽可能对 称，线性区尽可能窄； ② 三角波的幅值 Vm 就接 近晶体管的截止电压 值。 图 5 三角波 正弦波变换 图 6 为三角波 正弦波的变换电路，其中，RP1 调节三角波的幅度， RP2 调整电路的对称性，并联电阻 RE2 用来减小差分放大器的线性区。C1、C2、 C3 为隔直电容，C4 为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。图 6 三角波――正弦波变换电路三 、函数发生器的性能指标● 输出波形 正弦波、方波、三角波等 ● 频率范围 频率范围一般分为若干波段：如 1HZ－10HZ，10HZ－100HZ， 100HZ－1KHZ，1KHZ－10KHZ，10KHZ－100KHZ，100KHZ－1MHZ 等 6 个波段。 ● 输出电压 一般指输出波形的峰值，即 VP-P =2Vm。 ● 波形特性 表征正弦波特性的参数是非线性失真 ? －，一般要求 ? －& 3%； 表征三角波特性的参数是非线性系数 ? △，一般要求 ? △& 2%； 表征方波特性的参数是上升时间 tr，一般要求 tr& 100ns(1KHZ, 最大输出时)。 四、设计举例例 设计 方波－三角波－正弦波函数发生器。 性能指标要求： ● 频率范围 1HZ－10HZ，10HZ－100HZ； ● 输出电压 方波 Vp-p≤24V，三角波 Vp-p＝8V，正弦波 Vp-p&1V； ● 波形特性 方波 tr& 10us, 三角波у Δ & 2%, 正弦波у －& 5%。 解 （1）确定电路形式及元器件型号采用如图 9 所示电路：图 9 三角波－方波－正弦波函数发生器实验电路 其中运算放大器 A1 与 A2 用一只运放 uA747，差分放大器采用晶体管单端输 入－单端输出差分放大器电路。因为方波的幅度接近电源电压，所以取电源电 压+Vcc＝+12V，-Vcc＝-12V。 （2）计算元件参数 比较器 A1 与积分器 A2 的元件参数计算如下： 由式 8 得R2 R 3 ? RP1?V02 m?4 12?1 3Vcc取 R2＝10KΩ ，R3＝10KΩ ，RP1＝47KΩ ，平衡电阻 R1＝R2∥(R3+RP1)≈10KΩ 由输出频率的表达示 9 得R 4 ? RP2?R 3 ? RP 4 R 2C 2 f1当 1HZ≤ f ≤10HZ 时， C2＝10uF,R4=5.1KΩ ,RP2=100KΩ ； 10HZ≤ f ≤ 取 当 100HZ 时，取 C2＝1uF 以实现频率波段的转换，R4 及 RP2 的取值不变，取平衡电 阻 R5＝10KΩ 。 三角波 正弦波电路的参数选择原则是隔直电容 C3、C4、C5 要取得较大， 因为输出频率很低，取 C3＝C4＝C5＝470uF，滤波电容 C6 的取值视输出的波形而 确定，若含商次谐波成分较多，则 C6 一般为几十皮法至 0.1uF，RE2＝100Ω 与 RP4＝100Ω 相并联，以减小差分放大的线性区，差分放大器的静态工作点可通 * 过观测传输特性曲线，调整 RP4 及电阻 R 来确定。五、电路安装与调试技术在装调多级电路时，通常按照单元电路的先后顺序进行分级装调与级联， 图 9 所示电路的装调顺序如下：1．方波－三角波发生器的装调由于比较器 A1 与积分器 A2 组成正反馈闭环电路， 同时输出方波与三角波， 故这两个单元电路可以同时安装，需要注意的是，在安装电位器 RP1 与 RP2 之 前，要先将其调整到设计值，否则电路可能会不起振，如果电路接线正确，则 在接通电源后，A1 的输出 V01 为方波，A2 的输出 V02 为三角波，微调 RP1，使 三角波的输出幅度满足设计指标要求，调节 RP2，则输出频率连续可变。2．三角波正弦波变换电路的装调三角波 正弦波变换电路可利用差分放大器电路平实现，电路的调试步 骤如下： ① 差分放大器传输特性曲线调试，将 C4 与 RP3 的连线断开，经电容 C4 输 入差模信号 电压 Vid＝50mV, f i =100HZ 的正弦波。调节 RP4 及电阻 R ，使传输特性曲线对称， 再逐渐增大 Vid，直到传输特性曲线形状如图 5 所示，记下此时对应的峰值 Vidm。 移去信号源，再将 C4 左端接地，测量差分放大器的静态工作 I0、VC1Q、VC2Q、VC3Q、 VC4Q。 ② 三角波 正弦波变换电路调试， RP3 与 C4 连接， 将 调节 RP3 使三角 波的输出幅度（经 RP3 后输出）等于 Vidm，这时 V03 的波形应接近正弦波， 调整 C6 改善波形。如果 V03 的波形出现如图 10 所示的几种正弦波失真，则 应调整和修改电路参数，产生失真的原因及采取的相应处理措施如下： ● 钟形失真 如图 10（a）所示，传输特性曲线的线性区太宽，应减小 RE2。 ● 半波圆顶或平顶失真 如图 10（b）所示，传输特性曲线对称性差，工作点 * Q 偏上或偏下应调整电阻 R 。 ● 非线性失真 如图 10（c）所示，三角波的线性度较差引起的失真，主要受 运放性能的影响，可在输出端加滤波网络改善输出波形。*图 10 波形失真现象 3. 误差分析 ① 方波输出电压 VP-P&2Vcc,是因为运放输出级由 NPN 或 PNP 型两种晶体 管组成的复合互补对称电路，输出方波时，两管截止与饱和导通，由 于导地输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。 ② 方波的上升时间 tr， 主要受运放转换速率的限制， 如果输出频率较高， 则可接入加速电容 C1（C1 一般为几十皮法） ，可用示波器（或脉冲示波 器）测量 tr。六、设计任务设计课题 方波 三角波 正弦波函数发生器设计 ● 已知条件 双运放 ? A747 一只（或 ? A741 两只） 。 ● 性能指标要求 频率范围 100HZ－1KHZ，1KHZ－10KHZ； 输出电压 方波 Vp-p≤24V，三角波 Vp-p＝6V，正弦波 Vp-p&1V； 波形特性 方波 tr&1us（1KHZ，最大输出时） 三角波& 2%，正弦 ， 波 ? －& 5%。三．方波 一 三角波 一 正弦波函数发生器装配工艺 1．元件清单名 称 规 UA741 3DG130 100 2K 5．1K 电阻器 6．8K 8．2K 10K 20K 100 微调电阻 47K 100K 0.1uF 电容器 1uF 10uF 格 数 2 4 1 2 1 2 1 5 1 1 2 1 1 1 1 量 备注 运算放大器 集成电路 晶体管 470uF 测量接线柱 转换开关座 开关短接头3 3 1 12．认识电路板印刷电路板的焊盘、 连线， 如图 1 所示， 图中电路板上只有一个电阻和两段导线。图 1 印制电路板图 单面板的剖面图如图 2 所 示。 电路板从元件面看的标注字 符称为标注层， 亦称为丝印字符 层;底部称为底层，即导电铜箔 层。 元件在装配时从丝印字符层 的引线孔插入， 利用焊锡连接元 件的引线和焊盘。 为了保证装配 优良， 同一元件的焊盘与焊盘之 间的相对位置要合适，焊盘的大小、 图 2 单面板剖面图 引线孔要合适。这些由使用的元件的封装决定。 图 3 为本次工艺实习所用的通用电路板的底面透视图。图 3 通用电路板的底面透视图。3、装配流程与工艺1）基本知识 在生产厂家的实际生产中，为保证产品质量及生产效率，通常有严格的生 产工艺。在这里我们主要可以了解 一个电子产品的工艺流程，同时可 以学习焊接工艺、整机总装工艺。 一般电子产品的生产工艺流程 如图 4 所示。 配料―主要是准备好材料，如对电 子元件进行定型、对引出线进行裁 长及端头处理等等。 插件―是把电子元件插入线路板 焊锡―是把元件引脚与线路板的焊 盘通过焊锡连接起来。通常有手工 焊接、浸焊、波峰焊等。 我们这里将采用手工焊接。焊接是 一关键的工序，工厂通常采用浸焊 或波峰焊下面主要介绍一下手工焊 接工艺流程和方法。（1)手工焊接的基本步骤手工焊接的基本步骤如图 5(2)保证焊接质量的因素1． 保持焊接触表面及烙铁头清洁。 初次使用烙铁头要先将烙铁头浸上一层锡。 平时焊接时要勤在浸水的海棉上擦试烙铁头，以保证焊铁头保持干净、不被氧 化。 2．选择合适的焊料和焊剂。保证焊点有良好的导电性及足够的机械强度。焊 接点的焊锡面应发亮。 3．保证合适的焊接温度。烙铁头的温度一般控制在 300°C 士 lO°C。 4．合适的焊接时间。焊接时间与烙铁头的温度、被焊接件散热特性有关。一 般掌握在焊锡自然扩张至整个焊接部件后稍作停留，通常不要超 3 秒钟。良好焊点的特点:焊锡自然扩张，铺满整个焊盘，外形如倒立的富士山，如图 6。不良的焊接如图 7 2）电路板的装配的基础知识本次采用手工焊接与装配。各元件的安装注意如下事项。（1）跨接线跨接线俗称 “跳线” 实际上是用于短路的导线， ， 一般为了便于电路板走线。 在插件时应贴紧线路板。(2)电阻电阻是电子线路中最见的元件，小功率的电阻一般可以贴线路板安装。对 于消耗功率较大的电阻， 在安装时应考虑散热;一般不能贴紧线路板安装， 而是 应离开线路板一定的距离。 (3)二极管二极管是有方向（即正、负极之分）的元件，在安装时必须注意二极管的 方向（极性） 。(4)绦纶电容绦纶电容无极性，但在安装时必须注意电容量的大小。(5)电解电容电解电容是有极性的元件， 安装时一定要注意电解电容引脚的极性。 电解 电容的体积一般较大，在插件时要尽量贴紧线路板安装。为了防止电解电容在 振动下脱落，对于重量较重的电容还应考虑涂热溶胶固定。(6)电位器电位器有线性型和指数型之分，在安装时要注意分清。(7)晶体三极管晶体三极管的特性如二极管一样，有基极、发射极与集电阳极之分。安装 时一定要注意晶体管引脚的区分。 (8)集成电路 集成电路有方向之分，在插件时必须注意集成电路缺口的位置。 (9)引线 线路板的引出线在生产中通常采用插接件引出。这里采用直接焊线引出。 引线焊接之前首先要进行配线处理， 即按线长要求进行裁线、 并对端头进行理。实验与思考题1． 在三角波 正弦波变换电路中， 差分对管射极并联电阻 RE2 有何作用？增 大 RE2 的值或用导线将 RE2 短接，输出正弦波有何变化？为什么？ 2． 三角波的输出幅度是否可以超过方波的幅度？如果正负电源电压平等，输 出波形如何？ 实验证明之。 3． 为什么在安装 RP1、RP2 时，要先将其调整到设计值？ 4． 你采取了哪些措施来改善输出正弦波的波形？ 5． 如果方波的幅度减小为低于电源电压的某一固定电压值，则比较器的输出 电路应如何变 化，画出设计的电路，并实验证明。 6． 用差分放大器实现三角波、正弦波的变换，有何优缺点？为什么？ 7． 三角波的非线性系数 ? △ 与哪些因素有关？如何减小正弱波的非线性失真 系数 ? －？ 8． 如何将方波－三角波发生器改变成矩形波，锯齿波发生器？画出设计的电 路，并用实验 证明，绘出波形。 9． ICL8038 的输出频率与哪些参数有关？如何减小波形失真？装调图 8 所示 电路，测试静 态工作点与输出波形。 10． 用 ICL8038 设计产生脉冲波、调频波、锯齿波装调电路，测试静态工 作点与输出波形。
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集成运放的典型应用
& & & & 上一贴我们讲了集成运算放大器的原理，对集成运放有了一个初步的了解，其实在综保插件里应用的两个集成运放LM339是作为电压比较器应用的，通过电流互感器传来的电流信号转换成电压信号，与插件内部设定的电压信号进行比较，当电流互感器传来的信号大于插件内部设定的电压信号时，综保插件就会认为照明主回路有短路故障，从而驱动执行电路切断主回路的交流接触器控制电源。漏电保护电路也同短路保护电路一样，进行电压比较来判断设备是不是漏电的。
集成运算放大器是这样组成比较电路：
集成运算放大器 ,简称为集成运放.它实际上是一个高增益的多级直接耦合放大器 ,最早用于模拟
计算机 ,并由此而得名.随着电子技术的高速发展 ,集成运放不断升级换代 ,其性能参数和技术指标不断
提高 ,而价格日益降低.它的应用早已超出运算的范畴之外 ,已成为一种通用性很强的功能性器件 ,它的
应用犹如六、 七十年代无线电电路中的三极管一样 ,已成为现代电子电路中的核心器件 ,正如三级管一
样 ,如略去电源端和调零端以外 ,集成运放的符号也有三个端 ,即反相输入端、 同相输入端和输出端.
图1 集成运放符号
集成运放的高增益 ,其含义是开环电压放大倍数趋于无穷大 ,其次输
入电阻高 ,几乎不从信号源索取电流;输出电阻低 ,带负载的能力很强.这
三点是集成运放多项性能指标中的集中体现.尤其是前两条 ,是分析运放
线性应用的原始依据 ,即可以演变为所谓 “虚短” 和 “虚断” 的两条重要性
质.由于输出和输入可写为:U0 = Au (U+ - U- ) ,因为开环电压放大倍数Au
趋于无穷大 ,线性应用时:U+ = U- ,即 “虚短” .非线性应用时 ,某时刻两输
入端谁的电位高 ,输出就反映谁的特征 ,即:当U+ & U- ,输出U0 趋于正向饱和;当U+ & U- ,输出U0 趋
于负向饱和.这是集成运放运用于非线性状态的本质特征.
电压比较器就是集成运放在非线性状态下的具体应用.所谓电压比较器 ,就是一种用来比较输入信
号电压大小的电子电路.它可以将连续变化的模拟信号转换成仅有两个状态的矩形波.集成运放工作在
非线性区时 ,两个输入端谁的电位高 ,输出就反映谁的特征 ,这是构成电压比较器的理论基础.如下图 2
所示为最基本的电压比较器和其电压传输特性图.其中两个输入端中一个端子为参考端 ,参考电压为
UR ,另一个端子(比如反相端)作为信号输入端 ,将信号电压与参考电压相比较 ,当信号电压小于参考电
压时 ,输出为高电平 ,反之输出为低电平.由此得到如图的电压传输特性曲线.
如此简单的电压比较器 ,增加限幅保护电路、 引入正反馈去影响参考电压值等措施就可得到几种电
压比较器的原型电路.比如:
1.过零比较器:参考电压为零 ,输入信号每过零时 ,输出发生跃变 ,它实际上是一个单限比较器.最
简单的应用是可以将正弦波变为方波.
2.滞回比较器:利用正反馈来影响原来的参考电压使参考电位与此时的输出状态有关 ,从而消除在
原来的参考电位附近输入信号由于受干扰而产生的空翻现象.
3.双限比较器:由两个单限比较器组成所谓的双限比较器(也称为窗口比较器) ,可以将输入信号按
需要范围进行选取.
正是这样简单的电压比较器 ,在非正弦波产生变换电路、 延时定时电路、 自动控制及有关模数接口
电路中得到了广泛的应用.如下图3所示为方波发生器的原形电路.它实质上是由一个带有正反馈的电
压比较器和负反馈延时微分电路组成 ,同相端的参考电压由 R1 和 R2 将输出电压分压得到 ,在输出高电
平或低电平时 ,使之电容充电或放电 ,电容两端得到的电压跟此时的参考电压 U+ 去比较 ,从而使电路
的输出状态来回翻转输出方波.
在方波发生器的基础上 ,将电容的充放电回路分开 ,即可得到矩形波发生器.在矩形波发生器的基
础上后面加接一级积分电路 ,并稍微调整电路结构即可得到三角波发生器和锯齿波发生器.它们是示波
器中扫描电压信号的基本产生电路.
555定时器是包含模拟与数字的一种综合性中规模集成电路器件.其中模拟部分的核心就是由三
个5千欧电阻分压器提供参考电压的两个电压比较器 ,上面的反相比较器是以 2P 3UCC作为参考电压 ,下
面的同相比较器是以1P 3UCC作为参考电压.两者的输出分别控制基本 RS触发器的 R端和 S端 ,以触发
器的输出作为定时器的输出 ,并以它的反端去控制放电三极管的导通与截止.正是这样巧妙地结合 ,使
555定时器加上简单的 RC外围电路 ,便可构成单稳态触发器、 施米特触发器、 多谐自激振荡器等应用型
电路.这里面 ,两个电压比较器将输入信号或电容上充放电而得的电压值跟参考电压 2P 3UCC和 1P 3UCC去
比较 ,从而转换成高电平或低电平 ,去控制触发器动作 ,输出所需要的电压波形进而控制执行机关 ,从而
实现了电路的自动控制、 延时、 定时等多项功能 ,而电压比较器在此发挥出了至关重要的作用.
同上情况相似 ,在并行比较型AP D转换器中 ,根据量化单位的大小 ,由 n 个分压电阻组成的分压电
路得到(n - 1)个阶梯型电压值作为(n - 1)个电压比较器的反相端的参考电压 ,跟加在同相端的采样保
持后的模拟信号电压比较 ,使每个比较器输出高电平或低电平 ,并通过其后面的缓冲寄存器得到(n - 1)
位二进制数 ,完成了将模拟信号转换为数字信号的关键的一步.
综上所述:电压比较器是集成运放的一种非线性应用.变化的、 随机的输入信号跟另一个端的参考
电压进行比较 ,使输入信号转换成只有高电平或低电平的输出信号 ,当输入信号电压等于参靠电压(即
阈值)时 ,输出状态发生翻转.能实现这一点的关键就是取决于集成运放优良的性能 ,即开环电压放大倍
数无穷大.但是实际运放的开环电压放大倍数不可能无穷大 ,除去运放的响应时间及零点漂移等因素 ,
其比较误差及上升(下降)沿的陡度决定于运放的开环电压放大数 ,其值越大 ,产生的误差越小 ,上升(下
降)沿越竖直.假设运放的开环电压放大倍数为 10的6次方,运放的输出饱和压降为 ±10V ,则产生的阈值误差
为 ± 10 μV ,可见产生的误差是很小的.
深刻理解电压比较器为集成运放在非线性应用下的本质特征 ,并在教学中将其应用实例适时地进
行归纳、 总结、 比较 ,这对提高教学质量 ,丰富学生的知识 ,培养学生的创新能力 ,都有着重要的意义.
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