電子學 第八版 Floyd 第十三章.

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1 電子學 第八版 Floyd 第十三章

2 摘要 比較器 比較器是一種特殊的非線性運算放大器，其電路比較兩個 輸入電壓然後產生一個輸出狀態，指出哪一個電壓較大。 比較器設計的目的就是要快速，而且有其他附加的功能來使比較功能達到最佳化。 一個比較器應用的例子如圖所示。 電路偵測到電源失效會有個動作來拯救資料。 只要比較器感應到有 Vin， 輸出就會有一個直流位準。

3 摘要 有磁滯的比較器 有時一個比較器的輸入訊號或許因為雜訊的關係稍有變化。結果可能是一個不穩定的輸出。可以利用磁滯來避免這種問題。
磁滯是藉由結合再生的 (正) 回授，產生了兩個轉換點： 上觸發點 (UTP) 以及下觸發 點 (LTP)。 當電壓超過一個觸發點以後，此觸發點就停止動作，而另外一個觸發點就開始動作。

4 摘要 有磁滯的比較器 例題： 解答： 一個有磁滯的比較器也稱為史密特觸發器。上下觸發點可藉由分壓器公式來決定： 以及
如果最大的輸出是 ±13 V，求電路的上下觸發點? 解答： = 2.28 V 因為對稱，下觸發點 = V。

5 摘要 輸出限制 有些應用需要限制比較器的輸出(例如數位電路)。輸出 可以藉由在回授電路上，使用一或兩個齊納二極體來限制。
如下電路所示是一個正值限制，其值等於齊納的崩潰電壓。

6 摘要 比較器應用 一個有磁滯的比較器可以產生可變工作週期的脈衝 。如電路所示，因為 LM311 上 GND 以及 VDD 連接的關係，Vout(max) 的範圍可從 0 V 到 +5 V。 輸入是紅色線的三角波 (從 0 到 4 V)。 工作週期則是隨 R2 而變。 當 R2 設成100%，結果是一個 50% 工作週期。 當 R2 設成 5%，結果是一個短的脈衝。

7 摘要 比較器應用 改變 GND 參考電壓到 -5 V，形成了另外一個有用的電路。輸入是一個 4 Vp 三角波 (-4 V 到 +4 V)。 輸出是一個有延遲的方型波，其延遲的時間由 R2 的設定值來決定。 當R2被設為100%時，輸出上升緣於接近輸入三角波之負峰值處產生。 當R2被設為0%時，比較器無磁滯現象，且當三角波為負時輸出為正。 當 R2 的值被設為最大值時，其上下觸發點之值各為何? 問題: 答案: = V 由於對稱，VLTP = V

8 摘要 比較器應用 同時型或快閃型的類比數位轉換器(ADC)使用 2n-1 個比較器來轉換一個類比輸入到一個數位值。快閃型 ADC 是一個有許多串聯的比較器，每一個都有稍許不同的參考電壓。優先權編碼器產生的輸出等於 最高的輸入值。 在快閃型轉換器 IC 中，優先權編碼通常都有一個栓鎖(latch)裝置讓轉換碼數據在轉換後保持一段時間的定值。

9 摘要 加法放大器 一個加法放大器有兩個或兩個以上的輸入；所有的輸入都是單位增益。輸出與所有輸入的代數和之負值成正比。 例題： 解答：
如果輸入電壓是 +5.0 V，-3.5 V 及 +4.2 V，求VOUT 的值為何？所有的電阻值為 10 kW。 解答： 10 kW VOUT = -(VIN1 + VIN2 + VIN3) = -(+5.0 V V V) = -5.7 V

10 摘要 平均值放大器 一個平均值放大器基本上是一個加法放大器，其增益設為 Rf /R = 1/n (n 是輸入的數量)。輸出是所有輸入的平均之負值。 例題： 如果輸入電壓為 +5.0 V，-3.5 V 以及 +4.2 V，求VOUT 為何？假設 R1 = R2 = R3 = 10 kW，而 Rf = 3.3 kW。 解答： 3.3 kW VOUT = -⅓(VIN1 + VIN2 + VIN3) = -⅓(+5.0 V V V) = -1.9 V

11 摘要 比例加法器 例題： 解答： 一個比例加法器有兩個以上輸入，而每個輸入可以有不同的增益。 輸出為輸入比例和的負值。
假設你需要將三個麥克風的輸入加起來。前兩個麥克風需要的增益值 為 -2， 但第三個麥克風需要的增益為 -3。如果 Rf = 10 kΩ，求輸入 R 之值? 解答： 10 kW 5.0 kW 3.3 kW

12 摘要 比例加法器 一個比例加法器的應用是 D/A 轉換器電路，如下所示。電阻的值與二進位法加權值成反比。 因為需要具精確度的電阻，這個方法只在小的 DAC 上比較有用。

13 摘要 R/2R 階梯 DAC R/2R 階梯是一個比較普遍使用的 D/A 轉換方法。 D3 增益是 -1。 每個接續的輸入其增益是前一輸入的一半。輸出值為所有輸入的權重總和 (類似於比例加法器)。 R/2R 階梯的一個優點是只需要兩種電阻就可設計電路。

14 摘要 積分器 一個理想的積分器 是一個有回授電容的反相放大器。其輸出電壓與輸入電壓積分(總和)的負值成正比。
運算放大器積體電路一定要有極低的直流補償以及偏壓電流，因為小的誤差相當於一個直流輸入。理想的積分器容易累積這些誤差，因而將輸出導向飽和。實際的積分器克服了這些問題 – 最簡單的方法是加一個較大的回授電阻。 實際的 積分器

15 摘要 積分器 如果輸入是一個定值位準，則電流是定值 。電容從一個定值電流開始充電因此產生了一個斜坡。輸出的斜坡決定於以下的等式： 例題： 畫輸出波形： Vin 220 kW 解答： 0.1mF 10 kW Vout

16 摘要 積分器 前面例子的結果可以從 Multisim 來確認。 這部份如前面的投影片所示 。 220 kW 0.1mF 10 kW

17 摘要 微分器 理想的微分器是一個在輸入有個電容的反相放大器。輸出電壓與輸入電壓變化率的負值成正比 。
在高頻率下有一個小的電容電抗值表示理想的微分器電路有非常高的高頻雜訊增益。為了補償這個問題，一個小的串聯電阻通常加在輸入端。這個實際的微分器降低了高頻率增益，因此較不會被雜訊影響。 實際的 微分器

18 摘要 微分器 輸出電壓是 例題： 試畫輸出波形： Vin 解答： 10 kW 220 W 0.1mF Vout 10 kW

19 選擇重要詞彙 一種電路的特性，兩個不同的觸發位準產生一個補償或是轉換動作的延遲。 磁滯(Hysteresis)
史密特觸發器(Schmitt trigger) 限制(Bounding) 積分器(Integrator) 微分器(Differentiator) 一種電路的特性，兩個不同的觸發位準產生一個補償或是轉換動作的延遲。 一個有內建磁滯的比較器。 一個限制放大器或其他電路輸出的過程。 一個能產生輸出值大約等於輸入函數曲線之下面積的電路。 一個能產生輸出值大約等於輸入函數瞬間變化率的電路。