2024-8-30，星期五，7:25，天气：晴，心情：晴。今天周五啦，终于可以休息了，也祝大家周末快乐，玩的开心！。
今天开始了第八章基本运算放大器电路的学习，主要学习内容为比较器(过零/非过零检测+噪声的影响+滞回+输出限幅+窗口比较器)。
一、基本运算放大器电路
1. 比较器
运算放大器常作为非线性器件来比较两个电压的幅值，当作为比较器器应用时，运算放大器开环配置，输入的一端是参考电压，另一端是比较电压。
（1）过零检测：运算放大器的一个应用是比较器，用于检测目标电压是否超过某一约定的值，下图为一个过零检测器：
从图中可以看出，过零检测器的负相输入端接地产生零电平，输入信号电压接到正向输入端，由于运放的开环增益很高，所以两个输入端之间非常小的电压差就能使放大器进入饱和状态，输出电压达到极限值。上图的输入信号使一个正弦波，当输入信号为负时，输出电压在最大负电平处，当正弦波输入为正半周期时，放大器反相，输出变为最大正电平值，下图为输出波形：
从输出波形可以看出，过零检测器可用于从正弦波信号产生方波信号的发生电路。
（2）非过零检测：将(1)所示的过零检测器反相端接入一个固定的参考电压，就可将过零检测器用于检测正、负电压，如下图所示：
实际应用中一般使用分压电阻来设置参考电压的大小，即VREF = (R2 / (R1 + R2))(+V)，式中，+V为运算放大器直流电源的电压，如下图所示：
除分压电阻外，还可以使用齐纳二极管来设置参考电压(VREF =V2)，如下图所示：
当输入电压Vin小于VREF时，输出电压保持负的最大电平；当输入电压超过参考电压时，输出变为负的最大电平，输入与输出信号如下图所示：
（3）输入噪声对比较器的影响：在许多应用中，输入信号中可能会存在噪声，噪声的电压叠加在输入电压上，如下图所示，会使比较器的输出状态无规律的来回变化：
以下面一个过零比较器为例，当一个叠加噪声的正弦输入信号接近0时，由于噪声引起的电压起伏使得总输入多次大于或小于0，从而产生不稳定的电压：
（4）滞回减弱噪声的影响：为了使比较器对噪声不这么敏感，可以使用一种正反馈技术—滞回。滞回意味着输入电压从较低向较高变化是的参考电压高于输入电压从较高向较低变化的参考电压。滞回的两个参考电压分别称为上触发点(UTP)和下触发点(LTP)，两电平的滞回是通过正反馈实现的，如下图所示
从图中可以看出，同相输入端连接到电阻分压器，使得输出电压的一部分返回到输入端，输入信号连接到反相输入端。
假设输出电压达到它的正最大值+Vout(max)，反馈到同相输入端的电压是VUTP，表示为VUTP = (R2 / (R1 + R2))(+Vout(max))：
当输入电压Vin超出VUTP，输出电压就跳变到负的最大值，此时反馈到同相输入端的是VLTP，VLTP = (R2 / (R1 + R2))(-Vout(max))。
此时，只有当输入信号低于ULTP时才能使输出电压从负最大值跳变到正的最大值，这就意味着小的噪声电压不会对输出造成影响：
滞回比较器也成为施密特触发器，滞回的值定义为两个触发电平的差，VHYS = VUTP - VLTP。
（5）输出限幅：在一些应用中，必须要求将比较器的输出电压限制在小于运算放大器的饱和电压值的范围内，如下图所示：
齐纳二极管可以在一个放方向上将输出电压限制在其稳压电压上，在零一个方向上是二极管的正向压降，这个过程称为限幅。
因为齐纳二极管的正极连接到运算放大器的反相输入端，所以当它正向导通时虚地(≈0V)。因此，输出电压的正电压被限制在齐纳二极管的稳压值，当输入的值为负值时，齐纳二极管反相截止，有0.7V的二极管压降，所以负输出电压被限制在0.7V。改变齐纳二极管的连接方向可以使其反相限制电压。
如果使用两个齐纳二极管进行限幅，那么正负输出电压都会被限制在0.7V：
（6）窗口比较器：将两个单独的运算放大器按下图接线方法连接后可以形成一个窗口比较器，它可以检测出输入电压在上下两个幅值之间(窗口)的变化
上下限电压VU和VL是由参考电压设置的(可以通过分压器、齐纳二极管或任何类型的电压源设置)，只要VL < Vin < VU，每个比较器都输出低饱和值，此时每个二极管均反向截止，通过电阻接地使Vout保持在0V；当Vin > VU或Vin <VL时，比较器输出正向饱和值，两个二极管正向导通，Vout输出高电平，输出信号如下图所示：
