Transcript Week12

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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。
VUTP
Vin 0
VLTP
+Vout (max)
–Vout(max)
t
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有磁滯的比較器
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：
VUTP 
R2
 Vout (max) 
R1  R2
以及 VLTP 
R2
 Vout (max) 
R1  R2
如果最大的輸出是 ±13 V，求電路的上
下觸發點?
Vin
–
Vout
+
VUTP 
R2
10 k
Vout ( max )  
 +13 V 

R1  R2
47 k + 10 k
= 2.28 V
因為對稱，下觸發點 = 2.28 V。
R1
47 k
R2
10 k
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測驗
2. 磁滯是藉由連接了什麼的比較器？
a. 在輸入串聯一個電容
b. 電源連接電容到接地
c. 在輸入串聯一個小電阻
d. 正回授
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測驗
3. 要找到史密特觸發器的觸發點，你可以
a. 將飽和電壓除以二
b. 應用克希何夫電壓定律
c. 應用分壓器法
d. 計算輸入的變化率
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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。
Vin
Ri
0V
+VZ
–
0
+
–0.7 V
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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 5%，
結果是一個短
的脈衝。
當 R2 設成
100%，結果
是一個 50%
工作週期。
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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 的值被設為最大值時，其上下
當R2被設為0%時，
觸發點之值各為何?
比較器無磁滯現
當R2被設為100%
象，且當三角波
時，輸出上升緣
為負時輸出為正。
於接近輸入三角
R2
100
k
VUTP 
Vout ( max )   波之負峰值處產
 +5 V  = +3.94 V

R1  R2
127
k

生。
由於對稱，VLTP = 3.94 V
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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。
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測驗
4. 一個比較器的輸出可以受限於
a. 將電源供應電壓反相
b. 在回授路徑加一個齊納二極體
c. 減少輸入電阻
d. 連接反相輸入端到地
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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。
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 k。
Rf
R1
VOUT = (VIN1 + VIN2 + VIN3)
= (+5.0 V  3.5 V + 4.2 V)
= 5.7 V
VIN1
R2
VIN2
10 k
–
R3
VIN3
VOUT
+
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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。
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 k，而 Rf = 3.3 k。
Rf
R1
VIN1
R2
VOUT = ⅓(VIN1 + VIN2 + VIN3)
= ⅓(+5.0 V  3.5 V + 4.2 V)
= 1.9 V
VIN2
3.3 k
–
R3
VIN3
VOUT
+
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比例加法器
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?
Rf
R1
VIN1
10 k
R1  R2  

 5.0 k
Av1
2
Rf
10 k
R3  

 3.3 k
Av 3
3
Rf
R2
VIN2
10 k
–
R3
VIN3
VOUT
+
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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。
+V
8R
20
Rf
4R
21
2R
–
VOUT
2
2
+
R
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測驗
5. 假設所有的電阻如以下電路所示都有同樣的值。這個
電路是一個
a. 加法放大器
b. 平均值放大器
c. 比例加法器
d. 以上皆非
Rf
R1
VIN1
R2
VIN2
–
R3
VIN3
VOUT
+
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測驗
6. 假設所有的電阻如電路所示都有不同的值。這個電
路是一個
a. 加法放大器
b. 平均值放大器
c. 比例加法器
d. 以上皆非
Rf
R1
VIN1
R2
VIN2
–
R3
VIN3
VOUT
+