模塊三集成運(yùn)算放大電路

1、1 1模塊三模塊三 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路【教學(xué)聚焦】【教學(xué)聚焦】一、知識(shí)目標(biāo)：一、知識(shí)目標(biāo)：1、掌握集成運(yùn)算放大電路的結(jié)構(gòu)和功能；2、掌握理想集成運(yùn)算放大器的特性；3、掌握集成運(yùn)算放大器的線性運(yùn)用：微積分波形變換電路的功能，模擬乘法器的電路結(jié)構(gòu)及功能和應(yīng)用；4、掌握集成運(yùn)算放大電路的非線性運(yùn)用：電壓比較器、遲滯比較器和非正弦波發(fā)生器的電路的結(jié)構(gòu)及功能；5、掌握集成運(yùn)算放大電路組成的有源濾波器的結(jié)構(gòu)及功能特性。 二、技能目標(biāo)：二、技能目標(biāo)：1、掌握集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路的焊裝和調(diào)試的方法；2、掌握常用儀器的測(cè)量和使用的方法。2 2項(xiàng)目項(xiàng)目1集成運(yùn)算放大電路的基本知識(shí)集成運(yùn)算放大電路

2、的基本知識(shí)3.1.1 差分放大電路差分放大電路3.1.2 集成運(yùn)算放大電路的結(jié)構(gòu)、封裝和符號(hào)集成運(yùn)算放大電路的結(jié)構(gòu)、封裝和符號(hào)3.1.3 理想集成運(yùn)算放大器的特性理想集成運(yùn)算放大器的特性3.1.4 集成運(yùn)算放大器實(shí)際使用時(shí)候注意事項(xiàng)集成運(yùn)算放大器實(shí)際使用時(shí)候注意事項(xiàng)3 3項(xiàng)目項(xiàng)目1 集成運(yùn)算放大電路的基本知識(shí)集成運(yùn)算放大電路的基本知識(shí)3.1.1 差分放大電路1、電路組成、電路組成圖圖3.1 基本差分放大電路基本差分放大電路由兩個(gè)完全相同的單管放大電路組成。由于兩個(gè)三極管V1、V2的特性完全一樣，外接電阻也完全對(duì)稱相等，兩邊各元件的溫度特性也都一樣，因此兩邊電路是完全對(duì)稱的。 4 42、電路工作

3、原理、電路工作原理V1、V2是兩只特性相同的三極管，實(shí)現(xiàn)電流放大； 兩管的集電極電阻RC，實(shí)現(xiàn)將集電極電流變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓變化；兩管的RB1、RB2為三極管提供合適的靜態(tài)工作； 輸入端兩個(gè)電阻R將輸入信號(hào)電壓Ui轉(zhuǎn)化成大小相等，方向（相位）相反的一對(duì)輸入信號(hào)Ui1和Ui2，分別加到V1和V2的基極。 習(xí)慣上稱這對(duì)大小相等，方向（相位）相反的輸入信號(hào)為差模信號(hào)，對(duì)應(yīng)的輸入方式稱為差模輸入；RL是負(fù)載，接兩管集電極構(gòu)成雙端輸出。 5 5（1）抑制零點(diǎn)漂移無信號(hào)輸入時(shí)，由于兩管的特性相同，元件參數(shù)相等，輸出信號(hào)為零，避免了零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化或電源電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，將引起三極管參數(shù)的變

4、化，由于兩管特性相同，電路對(duì)稱，IC1=IC2；UC1=UC2。于是輸出電壓變化量為：Uo=UC1UC2=0 ，故“零漂”現(xiàn)象消失。 （2）差模電壓放大倍數(shù)差分放大電路對(duì)差模信號(hào)的電壓放大倍數(shù)與單管電壓放大倍數(shù)相等beBBLCidodududrRRRRUUAA/)2/(121116 6（3）共模電壓放大倍數(shù)共模信號(hào)是指大小相等，方向(相位)相同的一對(duì)輸入信號(hào)，對(duì)應(yīng)的輸入方式稱共模輸入。一般來說，共模輸入信號(hào)是一對(duì)等效的輸入信號(hào)，由環(huán)境溫度變化、電源電壓波動(dòng)引起輸出端漂移電壓折合到輸入端而獲得；或由差分放大電路兩個(gè)輸入端輸入電壓不相等而獲得。實(shí)用中，沒有可以用儀表檢測(cè)到的，確實(shí)獨(dú)立存在的共模信號(hào)

5、，這一點(diǎn)要特別注意理解。 （4）共模抑制比KCMR 共模抑制比是用來表明差分放大電路對(duì)共模信號(hào)抑制能力的一個(gè)參數(shù)，定義為差模放大倍數(shù)Aud與共模放大倍數(shù) Auc的比值，用KCMR表示，KCMR=此值越大，說明差分放大電路分辨差模信號(hào)的能力和抑制零點(diǎn)漂移的能力越強(qiáng)，放大電路的性能越好，一般差分放大電路的KCMR= 103106。 ucudAA7 7（5）帶射極公共電阻的差分放大電路）帶射極公共電阻的差分放大電路帶射極公共電阻RE的差放電路也叫長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大器。 接入公共電阻RE的目的是引入直流負(fù)反饋。能夠抑制共模信號(hào)的輸出。 對(duì)于共模輸入信號(hào)，由于電路對(duì)稱，兩管的射極電流IE（約等于集電極電流I

6、C ）變化量大小相等、極性相同（即同增同減），IE1=IE2=IE，使流過RE的總電流變化量為2IE，這個(gè)電流變化量在RE上產(chǎn)生的電壓變化量（2IERE）構(gòu)成負(fù)反饋信號(hào)，可使共模放大倍數(shù)降低。 圖3.2 帶RE的差分放大電路8 83、帶恒流源的差分放大電路、帶恒流源的差分放大電路 （1）電路組成采用恒流源來代替電阻RE，由于存在電流負(fù)反饋， 其輸出電流IC基本恒定，故這種電路稱為恒流源電路。 圖圖3.3 帶恒流源的差分放大電路帶恒流源的差分放大電路9 9（2）電流鏡電路電流鏡是一個(gè)輸入電流IS與輸出電流IO相等的電路， Q1和Q2的特性相同，即VBE1 = VBE2，1 = 2。優(yōu)點(diǎn)： 三極管

7、之受溫度的影響，但利用電流鏡像恒流源，不受影響，主要依靠外接電阻R經(jīng) Q2去決定輸出電流IO（IC2 = IO）。 圖圖3.43.4鏡像電流源鏡像電流源10 104.差分放大電路的輸入輸出方式差分放大電路的輸入輸出方式 單端輸入、單端輸出 單端輸出不能抑制溫度變化，元件老化等因素引起的零點(diǎn)漂移，因而，必須采取工作點(diǎn)穩(wěn)定措施，保證差分放大電路的正常工作。 （a）反相輸出（b）同相輸出圖圖3.5 單端輸入、單端輸出的差分放大電路單端輸入、單端輸出的差分放大電路11 11（2）單端輸入，雙端輸出單端輸入，雙端輸出電壓放大倍數(shù)與雙端輸入、雙端輸出的差分放大電路相同，且具有抑制溫度、元件老化等因素引起的

8、零點(diǎn)漂移。圖圖3.6單端輸入、雙端輸出的差分放大電路單端輸入、雙端輸出的差分放大電路12 12（3）雙端輸入，單端輸出這種電路的電壓放大倍數(shù)與單端輸入、單端輸出差分放大電路相同，且也要采取工作點(diǎn)穩(wěn)定措施。任何方式輸入不影響差分放大器的電壓增益。任何方式輸入不影響差分放大器的電壓增益。單端輸出是雙端輸出增益的一半。單端輸出是雙端輸出增益的一半。圖圖3.7雙端輸入、單端輸出差分放大電路雙端輸入、單端輸出差分放大電路13 133.1.2 集成運(yùn)算放大電路的結(jié)構(gòu)、封裝和符號(hào)1、集成運(yùn)放的集成組成、集成運(yùn)放的集成組成差分 輸入級(jí)中間電壓放大級(jí)輸出級(jí)偏置電路圖圖3.8 集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)框圖集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)框圖

9、14 14輸入級(jí)輸入級(jí)：提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分。要求：輸入電阻高，能減少零漂和抑制干擾信號(hào)。電路形式：采用具有恒流源的差動(dòng)放大電路，降低零漂，提高KCMR。并且通常在低電流狀態(tài)，以獲得較高的輸入阻抗。中間級(jí)中間級(jí)：進(jìn)行電壓放大，獲得運(yùn)放的總增益。要求：Au高，同時(shí)向輸出級(jí)提供較大的推動(dòng)電流。電路形式：帶有恒流源負(fù)載的共射電路輸出級(jí)輸出級(jí)：與負(fù)載相接。要求：輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，能輸出足夠大的電壓和電流，并有過載保護(hù)措施。電路形式：一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或源極跟隨器構(gòu)成。偏置電路偏置電路：為上述各級(jí)電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn);為輸入級(jí)設(shè)置一個(gè)電流值低而又十分穩(wěn)定的偏

10、置電流，也可作為有源負(fù)載提高電壓增益。電路形式：各種恒流源電路。 15 15集成電路的封裝形式集成電路的封裝形式圖3.9 封裝形式圓殼式雙列直插式扁平式單列直插式菱形式16 162.運(yùn)算放大電路的電路符號(hào)運(yùn)算放大電路的電路符號(hào)它有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。反相輸入端標(biāo)“-”號(hào)，同相輸入端標(biāo)“+”號(hào)。輸出電壓與反相輸入電壓相位相反，與同相輸入電壓相位相同。此外還有兩個(gè)端分別接正、負(fù)電源有些集成運(yùn)放還有調(diào)零端和相位補(bǔ)償端。 圖圖3.10 符號(hào)符號(hào)圖圖3.11 國(guó)際符號(hào)國(guó)際符號(hào)17 173.1.3 理想集成運(yùn)算放大器的特性理想集成運(yùn)算放大器的特性(1)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)趨于無窮；Aud(2) 輸入電

11、阻趨于無窮；Rid(3) 輸出電阻趨于零；RO0(4) 共模抑制比趨于無窮；KCMR(5) 有無限寬的頻帶；BW(6) 當(dāng)輸入端u -= u + 時(shí)，uo=0。1. 集成運(yùn)算放大器的理想化條件集成運(yùn)算放大器的理想化條件18 18（1）理想集成運(yùn)算放大器兩輸入端間的電壓為0，但又不是短 路，故常稱為“虛短虛短”。即： 因?yàn)镵d，則ui=u+-u-=uo/Kd=0，所以u(píng)+=u-。這樣，兩個(gè)輸入端可以認(rèn)為是虛連接，當(dāng)其中一個(gè)輸入端接地時(shí)，另一個(gè)輸入端也為零電位，稱為“虛地”。（2）理想運(yùn)放的兩個(gè)輸入端不取電流，但又不是開路，一般稱為“虛斷虛斷”。即： 因?yàn)镽i，所以Ii=（u+-u-)/Ri=0。

12、 2. 集成運(yùn)算放大器的兩個(gè)重要特性集成運(yùn)算放大器的兩個(gè)重要特性圖圖3.12 理想運(yùn)放模型理想運(yùn)放模型uu19 19當(dāng)集成運(yùn)放工作在線性放大區(qū)的條件是：（1）U=U+ （2）I=I+=0我們?cè)谟?jì)算電路時(shí)，只要是線性應(yīng)用，均可以采用以上兩個(gè)結(jié)論，當(dāng)集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的時(shí)候輸入、輸出關(guān)系為：UO=Aod（UU+）3. 集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)的特性集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)的特性4. 集成運(yùn)算放大器工作在非線性區(qū)的特性集成運(yùn)算放大器工作在非線性區(qū)的特性當(dāng) 時(shí)， ；當(dāng) 時(shí)， 。其中Uom是集成運(yùn)放的正向或反向輸出電壓最大值。uuOmOUuuuOmOUu5. 集成運(yùn)算放大器電壓傳輸特性集成運(yùn)算放大

13、器電壓傳輸特性20203.1.4 集成運(yùn)算放大器實(shí)際使用時(shí)候注意事項(xiàng)1.集成運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)集成運(yùn)算放大器的性能指標(biāo) 輸入失調(diào)電壓UIS：對(duì)于理想集成運(yùn)放，當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓應(yīng)該為零。但由于制造工藝等原因，實(shí)際的集成運(yùn)放在輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓常不為零。為了使輸出電壓為零，需在輸入端加一適當(dāng)?shù)闹绷餮a(bǔ)償電壓，這個(gè)輸入電壓叫做輸入失調(diào)電壓UIS，其值等于輸入電壓為零時(shí)，輸出的電壓折算到輸入端的電壓值。UIS一般為毫伏級(jí)，它的大小反映了差動(dòng)輸入級(jí)的對(duì)稱程度，失調(diào)電壓越大，集成運(yùn)放的對(duì)稱性越差。 輸入失調(diào)電流IIS：輸入失調(diào)電流是指輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流I+與I-之差，一般為

14、輸入靜態(tài)偏置電流的十分之一左右。IIS是由差動(dòng)輸入級(jí)兩個(gè)晶體管的值不一致所引起的。 21 21 開環(huán)電壓增益Kd： 開環(huán)電壓增益是指集成運(yùn)放在無外接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。也可用Kd的常用對(duì)數(shù)表示。一般運(yùn)放的電壓增益都很大，為60100dB，高增益運(yùn)放可達(dá)140dB(即107)。 輸入阻抗ri和輸出阻抗ro：輸入阻抗ri是指運(yùn)放開環(huán)運(yùn)用時(shí)，從兩個(gè)輸入端看進(jìn)去的動(dòng)態(tài)阻抗，它等于兩個(gè)輸入端之間的電壓Ui變化與其引起的輸入電流Ii的變化之比，即ri=Ui/Ii，ri越大越好。雙極型晶體管輸入級(jí)的ri值為104-106，單極型場(chǎng)效應(yīng)管輸入級(jí)ri可達(dá)109以上。輸出阻抗ro是指運(yùn)放開環(huán)運(yùn)用時(shí)，從輸

15、出端與地端看進(jìn)去的動(dòng)態(tài)阻抗。一般在幾百歐姆之內(nèi)。 共模抑制比KCMR：共模抑制比是指集成運(yùn)放開環(huán)運(yùn)用時(shí)，差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比。KCMR值越大，抗共模干擾能力越強(qiáng)，一般集成運(yùn)放的KCMR都可達(dá)到80dB，高質(zhì)量的集成運(yùn)放可達(dá)l00dB以上。 2222常用的集成運(yùn)放有單運(yùn)放電路A741(F007)；雙運(yùn)放電路F353；四運(yùn)放電路 F4156等，這些集成電路的電源均為 2.常用集成運(yùn)算放大器的管腳常用集成運(yùn)算放大器的管腳V15（a）單運(yùn)放）單運(yùn)放 （b）雙運(yùn)放）雙運(yùn)放 （c）四運(yùn)放）四運(yùn)放 圖圖3.14 常用集成運(yùn)放引腳圖常用集成運(yùn)放引腳圖23233.常用集成運(yùn)算放大器實(shí)際使常用集

16、成運(yùn)算放大器實(shí)際使用時(shí)候注意的問題用時(shí)候注意的問題（1）調(diào)零或設(shè)置偏置電壓由于失調(diào)電壓及失調(diào)電流的的存在，輸入為零時(shí)輸出往往不為零。對(duì)于內(nèi)部無自動(dòng)穩(wěn)零措施的運(yùn)放需外加調(diào)零電路，使之在零輸入時(shí)輸出為零。對(duì)于單電源供電的運(yùn)放，有時(shí)還需在輸入端加直流偏置電壓，設(shè)置合適的靜態(tài)輸出電壓，以便能放大正、負(fù)兩個(gè)方向的變化信號(hào)。（2）注意自激振蕩的消除集成運(yùn)放是多級(jí)直接耦合的放大器，因存在著分布電容等分布參數(shù)，信號(hào)在傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生相移。當(dāng)運(yùn)放閉環(huán)(輸出端與輸入端經(jīng)過導(dǎo)線、元器件相連)后，會(huì)在某些頻率上產(chǎn)生自激振蕩。為了使放大器工作穩(wěn)定，通常外接RC消振電路或消振電容，用來破壞產(chǎn)生自激振蕩的條件。2424（1

17、）輸入端保護(hù)）輸入端保護(hù)一般情況下，運(yùn)放工作在開環(huán) ( 即未引反饋 ) 狀態(tài)時(shí)，容易因差模電壓過大而損壞；在閉環(huán)狀態(tài)時(shí)，容易因共模電壓超出極限值而損壞。當(dāng)輸入端所加的電壓過高時(shí)會(huì)損壞輸入級(jí)的晶體管。在輸入端處接入兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管，將輸入電壓限制在二極管的正向壓降以下，如圖3.15所示。4. 集成運(yùn)算放大器的保護(hù)集成運(yùn)算放大器的保護(hù)圖圖3.15 二極管輸入端保護(hù)電路二極管輸入端保護(hù)電路 2525（2）輸出端保護(hù)為了防止輸出電壓過大，可利用穩(wěn)壓管來保護(hù)，將兩個(gè)穩(wěn)壓管反向串聯(lián)，將輸出電壓限制在(Uz+UD)的范圍內(nèi)，其中，Uz是穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓，UD是它的正向管壓降，如圖3.16所示。 圖圖3.

18、16 穩(wěn)壓管輸出端保護(hù)電路圖穩(wěn)壓管輸出端保護(hù)電路圖 2626（3）電源保護(hù)為了防止電源極性接反，利用二極管單向?qū)щ娦?，在電源端串?lián)二極管來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。如圖3.17所示。 3.17電源保護(hù)電路電源保護(hù)電路2727項(xiàng)目項(xiàng)目2 集成運(yùn)算放大電路的線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大電路的線性應(yīng)用 3.2.1 集成運(yùn)放的基本運(yùn)算電路集成運(yùn)放的基本運(yùn)算電路3.2.2 微分電路和積分電路微分電路和積分電路3.2.3 模擬乘法器及應(yīng)用模擬乘法器及應(yīng)用2828項(xiàng)目二 集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用輸入電壓ui經(jīng)電阻R1由反相輸入端輸入，輸出端與反相端之間接一反饋電阻RF，同相輸入端與地之間接一平衡電阻R2，且R2=R1/RF，以保證

19、運(yùn)放輸入端的對(duì)稱。 3.2.1 集成運(yùn)放的基本運(yùn)算電路集成運(yùn)放的基本運(yùn)算電路1RRUUAFiouf1、反相比例運(yùn)算放大器、反相比例運(yùn)算放大器圖圖3.18 反相比例運(yùn)算放大器反相比例運(yùn)算放大器2929例例3.1：在圖：在圖3.18中，已知R1=10k， Rf=500k，求電壓放大倍數(shù)Auf、輸入電阻ri及平衡電阻R2。 5010500ifufRRA解：kRRRf8 . 95001050010/12KRrfi10130302、同相比例運(yùn)算放大器、同相比例運(yùn)算放大器將反相放大器中R1端接地，輸入電壓ui經(jīng)電阻R2由同相輸入端輸入，即可構(gòu)成同相放大器，實(shí)現(xiàn)輸出電壓uo與輸入電壓ui之間的同相比例運(yùn)算

20、)1 (1RRAFuf圖圖3.19 同相比例運(yùn)算放大器同相比例運(yùn)算放大器當(dāng)當(dāng)RF=0時(shí)時(shí)KF=1，電路就變，電路就變成電壓跟隨器。成電壓跟隨器。 31 31圖圖3.20 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路)(212111IFIFOuRRuRRu（1）反相加法器運(yùn)算電路的特點(diǎn)：）反相加法器運(yùn)算電路的特點(diǎn)：1）輸入電阻低；2）共模電壓低；3）當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對(duì)其它路無影響；（2）同相加法器運(yùn)算電路的特點(diǎn)：）同相加法器運(yùn)算電路的特點(diǎn)：1）輸入電阻高；2）共模電壓高；3）當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對(duì)其它路有影響；3、加法運(yùn)算電路、加法運(yùn)算電路3232OmOUu VuRRuRRuIFIFO8)2102015

21、20()(212111例例3.2 在圖在圖3.20所示的反相加法運(yùn)算電路中，若R11=5k，R12=10k，RF=20 k，uI1=1V，uI2=2V，最大輸出電壓V。求輸出電壓uO=？解：因，故電路工作在線性區(qū)，可實(shí)現(xiàn)反相加法運(yùn)算。12OmU3333減法運(yùn)算電路可看作是反相比例運(yùn)算電路與同相比例運(yùn)算電路的疊加。 1123231)1 (IFIFOuRRuRRRRRu4、減法運(yùn)算電路、減法運(yùn)算電路圖圖3.21減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路FRRRR321，Ou(1) 當(dāng) 時(shí)，上式為 即輸出電壓與輸入電壓的差值成正比例。 (2)當(dāng) 時(shí)，上式為可見輸出電壓等于兩個(gè)輸入電壓的差，從而能進(jìn)行減法運(yùn)算。 )(1

22、21IIFOuuRRuFRRRR321=12IIuu34343.2.2 微分和積分電路微分和積分電路1、積分運(yùn)算電路、積分運(yùn)算電路圖圖3.22 積分器積分器 在圖3.18所示的反相輸入放大器中， 將反饋電阻Rf換成電容C，就成了積分運(yùn)算電路，如下圖3.22所示。也稱為積分器。 IFCOuCRuu11這個(gè)電路應(yīng)用到有直流成分的輸入電壓時(shí)，積分時(shí)間不能太長(zhǎng)，以免輸出電壓達(dá)到飽和。因此要增加一些開關(guān)，積分時(shí)間結(jié)束時(shí)切斷輸入回路，積分開始前使電容器放電。積分運(yùn)算電路常用于對(duì)呼吸流速等進(jìn)行積分處理，求得呼吸流量、血液流量等生理參數(shù)。 3535微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算。將積分運(yùn)算電路中的反饋電容CF和輸

23、入電阻R1交換位置，即構(gòu)成微分運(yùn)算放大器。 2、微分運(yùn)算電路、微分運(yùn)算電路dtduCRRiuIFFCO圖圖3.23 微分器微分器微分器可用來對(duì)血壓、阻抗容積圖等波形進(jìn)行處理，以求得其變化速率。36361、集成模擬乘法器的工作原理、集成模擬乘法器的工作原理3.2.3 模擬乘法器及應(yīng)用模擬乘法器及應(yīng)用(1）模擬乘法器的基本特性模擬乘法器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬量相乘功能的器件，理想乘法器的輸出電壓與同一時(shí)刻兩個(gè)輸入電壓瞬時(shí)值的乘積成正比，而且輸入電壓的波形、幅度、極性和頻率可以是任意的。其符號(hào)如圖3.24所示，K為乘法器的增益系數(shù)。uo=Kuxuy 圖圖3.243737(2）變跨導(dǎo)模擬乘法器的基本工作原理

24、變跨導(dǎo)模擬乘法器是在帶電流源差分放大電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，、其基本原理電路如下圖3.25所示。3838實(shí)用變跨導(dǎo)模擬乘法器由兩個(gè)具有壓控電流源的差分電路組成，稱為雙差分對(duì)模擬乘法器，也稱為雙平衡模擬乘法器。屬于這一類的單片集成模擬乘法器有MC1496、MC1595等。2、單片集成模擬乘法器、單片集成模擬乘法器3、集成模擬乘法器的應(yīng)用、集成模擬乘法器的應(yīng)用 基本運(yùn)算電路1) 平方運(yùn)算如圖3.26所示，將模擬乘法器的兩個(gè)輸入端輸入相同的信號(hào)，該電路的輸出為2)(IouKu 39392) 除法運(yùn)算器如圖3.27所示，由集成運(yùn)放和模擬乘法器組成。當(dāng)u10時(shí)，uO0，為使u30；當(dāng)u10，為使u30，

25、則 u20 。故 條件：u3與u1必須反相。)/()/(2112uuKRRuo圖圖3.27 除法器圖除法器圖 40403) 平方根運(yùn)算：如圖3.28所示。)0(11uKuuo4) 壓控增益 如圖3.29所示，改變直流電壓UX的大小，就可以調(diào)節(jié)電路的增益。圖圖3.28 平方根運(yùn)算電路平方根運(yùn)算電路圖圖3.29 壓控增益電路壓控增益電路yxouKuu 41 41項(xiàng)目項(xiàng)目3 集成運(yùn)算放大電路的非線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大電路的非線性應(yīng)用3.3.1 電壓比較器電壓比較器3.3.2 遲滯比較器遲滯比較器4242UR是參考電壓，加在同相輸入端，輸入電壓ui加在反相輸入端。運(yùn)算放大器工作于開環(huán)狀態(tài) 項(xiàng)目項(xiàng)目3 集

26、成運(yùn)算放大電路的非線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大電路的非線性應(yīng)用3.3.1 電壓比較器電壓比較器1、電壓比較器的結(jié)構(gòu)、電壓比較器的結(jié)構(gòu)圖圖3.30 電壓比較器電壓比較器4343由于開環(huán)電壓增益很高，即為集成運(yùn)放本身的電壓增益，所以即使輸入端有一個(gè)非常微小的差模信號(hào)，也會(huì)使電路輸出電壓達(dá)到飽和電壓值，即接近集成運(yùn)放的電源電壓。 當(dāng)uiUR時(shí)，輸出負(fù)飽和值-Uom(接近負(fù)電源-E)，可見比較器的輸入端進(jìn)行的是模擬信號(hào)大小的比較，而在輸出端則以高電平或低電平來反映其比較的結(jié)果。2、電壓比較器的傳輸特性、電壓比較器的傳輸特性3、過零比較器、過零比較器當(dāng)參考電壓UR=0時(shí)，即輸入電壓 ui與零電平比較，稱為過零比

27、較器。 圖圖3.31過零比較器過零比較器4444例例3.3 設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器，要求如下： UREF=2V；輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為0.7V；當(dāng)輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平。解：因輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平。故輸入信號(hào)應(yīng)加在反相輸入端，同相輸入端加2V的參考電壓。又因輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為0.7V，故可采用具有限幅作用的硅穩(wěn)壓管接在輸出端，它的穩(wěn)定電壓為6V。當(dāng)輸出高電平時(shí)，穩(wěn)壓管作普通二極管使用，其導(dǎo)通電壓約為0.7V，故輸出電壓為0.7V；當(dāng)輸出低電平時(shí)，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓為6V，故輸出電壓為6V。綜上所述，滿足設(shè)計(jì)要求的電路如圖3.33所示。 圖圖3

28、.32有限幅的過零比較器有限幅的過零比較器4545遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入正反饋網(wǎng)絡(luò)，就組成了具有雙門限值的反相輸入遲滯比較器。由于反饋的作用這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓的變化而變化的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高。3.3.2 遲滯比較器遲滯比較器1、遲滯比較器結(jié)構(gòu)及特性、遲滯比較器結(jié)構(gòu)及特性圖圖3.34 遲滯比較器電路及傳輸特性遲滯比較器電路及傳輸特性)(322322ZOURRRuRRRuTZUURRRu322TZUURRRu3224646該比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。如圖3.34所示，由于正反饋?zhàn)饔茫?/p>

29、這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓uO的變化而變化。在實(shí)際電路中為了滿足負(fù)載的需要，通常在集成運(yùn)放的輸出端加穩(wěn)壓管限幅電路，從而獲得合適的UOH和UOL。說明：說明：(1) 由于該電路存在正反饋，因而輸出高、低電平轉(zhuǎn)換很快。(2) 兩個(gè)閾值的差稱為回差電壓，即調(diào)節(jié)R2、R3的比值，可改變回差電壓值?；夭铍妷捍螅垢蓴_能力強(qiáng)，延時(shí)增加。實(shí)用中，就是通過調(diào)整回差電壓來改變電路某些性能的。 (3) 還可以在同相端再加一個(gè)固定值的參考電壓UREF。此時(shí)，回差電壓不受影響，改變的只是閾值，在電壓傳輸特性上表現(xiàn)為特性曲線沿ui前后平移。因此，抗干擾能力不受影響，但越限保護(hù)電路的門限發(fā)生了改變。(4) 目前有

30、專門設(shè)計(jì)的集成比較器供選用。常用的單電壓集成比較器J631、四電壓集成比較器CB75339，引腳圖如下圖3.35所示。 4747圖圖3.35常用電壓比較器引腳圖常用電壓比較器引腳圖2、遲滯比較器的改進(jìn)、遲滯比較器的改進(jìn)當(dāng)輸出狀態(tài)一旦轉(zhuǎn)換后，只要在跳變電壓值附近的干擾不超過U之值，輸出電壓的值就將是穩(wěn)定的?？稍谡答侂娐分薪尤胍粋€(gè)非線性元件，如晶體二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦裕憧蓪?shí)現(xiàn)上述要求。 圖圖3.36 改進(jìn)的遲滯比較器改進(jìn)的遲滯比較器4848項(xiàng)目項(xiàng)目4 有源濾波器有源濾波器3.4.1 濾波器的基礎(chǔ)知識(shí)濾波器的基礎(chǔ)知識(shí)3.4.2 一階有源濾波器一階有源濾波器4949濾波器是一種選頻電路。

31、它能選出有用信號(hào)，抑制無用信號(hào)，使一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)能順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號(hào)不易通過，衰減很大。例如，一個(gè)較低頻率的信號(hào)，其中包含一些較高頻率成分的干擾。通過有源低通濾器可將高頻干擾濾掉，如圖3.37所示。項(xiàng)目項(xiàng)目4 有源濾波器有源濾波器3.4.1 濾波器的基礎(chǔ)知識(shí)濾波器的基礎(chǔ)知識(shí)1、濾波器概念、濾波器概念圖圖3.37 濾波過程濾波過程5050濾波器一般分為無源濾波器和有源濾波器。（1）無源濾波器）無源濾波器無源濾波器僅由無源元件(R、L 和C)組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的、電抗隨頻率的變化而變化的原理構(gòu)成的。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，不需要直流電源供電，可靠性

32、高；成本低，運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)相對(duì)成熟，容量大。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是通帶內(nèi)的信號(hào)有能量損耗，負(fù)載效應(yīng)比較明顯，諧波濾除率一般只有80，對(duì)基波的無功補(bǔ)償也是一定的。（2）有源濾波器）有源濾波器有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。它是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上增加一些R、C等無源元件而構(gòu)成的。其優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是反映動(dòng)作迅速，濾除諧波可達(dá)到95以上，補(bǔ)償無功細(xì)致。缺點(diǎn)缺點(diǎn)通帶范圍受有源器件(如集成運(yùn)算放大器）的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場(chǎng)合不適用。由于目前國(guó)際上大容量硅閥技術(shù)還不成熟，所以當(dāng)前常見的有源濾波容量不超過600kvar。其運(yùn)行可靠性也不及無源。通常有源濾波器分為低通濾波器（LPF），高通濾波器（HPF），帶通濾波器（BPF），帶阻濾波器（BEF）。2、濾波器分類、濾波器分類51 51其中器件Zi和Zf的選擇取決于濾波器是低通的或是高通的，但其中之一必須是電抗元件，如圖3.38所示。3.