第七章集成運算放大器的應用學習教案

1、會計學1第七章集成第七章集成(j chn)運算放大器的應用運算放大器的應用第一頁，共67頁。21.電壓放大倍數(shù)Au (7-1) 1fOuiRUAUR 圖7-3 基本同相比例(bl)電路 第1頁/共66頁第二頁，共67頁。3(二)同相比例(bl)放大電路1.電壓放大(fngd)倍數(shù)Au(7-7) 圖7-4 一般同相比例(bl)電路第2頁/共66頁第三頁，共67頁。4電壓跟隨(n su)器電路通常用作阻抗轉(zhuǎn)換或隔離緩沖級。圖7-5 電壓(diny)跟隨器電路第3頁/共66頁第四頁，共67頁。5(三) 差動比例(bl)放大電路 當集成運放的兩個輸入端同時加輸入信號時，輸出電壓將與此兩個輸入信號之差成

2、比例(bl)。故稱為差動比例(bl)放大電路或差動比例(bl)電路。1. 基本型差動比例(bl)電路 該電路結(jié)構(gòu)簡單，缺點是輸入電阻低，對元件的對稱性要求比較高。圖7-7 基本差動比例(bl)電路第4頁/共66頁第五頁，共67頁。6二、加法運算(yn sun)電路 輸出(shch)電壓與若干個輸入電壓之和成比例關系的電路稱為加法運算電路也稱求和電路。它有反相輸入和同相兩種接法。 (一) 反相加法電路(dinl) 反相加法電路是指多個輸入電壓同時加到集成運放的反相輸入端。 反相加法電路的實質(zhì)是將各輸入電壓彼此獨立地通過自身的電阻轉(zhuǎn)換成電流，在反相輸入端相加后流向電阻Rf, 由Rf轉(zhuǎn)換成輸出電壓。

3、因而，反相端又稱“相加點”或“ ”點。 反相加法電路的特點是，調(diào)節(jié)反相求和電路某一路信號的輸入電阻(R1或R2、R3)的阻值，不影響其他輸入電壓和輸出電壓的比例關系。 第5頁/共66頁第六頁，共67頁。7(二) 同相加法電路(dinl) 如果(rgu)將各輸入電壓同時加到集成運放的同相輸入端，稱為同相加法電路。 圖7-12 同相加法電路(dinl) 第6頁/共66頁第七頁，共67頁。8三、加減運算(yn sun)電路 能夠?qū)崿F(xiàn)輸出(shch)電壓與多個輸入電壓間代數(shù)加減關系的電路稱為加減運算電路。主要有單運放加減和雙運放加減兩種結(jié)構(gòu)形式。例7-4 設計一個由集成運放構(gòu)成的運算電路，以實現(xiàn)如下的

4、運算關系式 Uo=5Ui1+2Ui20.3Ui3且電路級數(shù)最多不超過兩級。 圖7-13 例7-4選用(xunyng)的電路第7頁/共66頁第八頁，共67頁。9四、積分電路 積分電路的輸出電壓(diny)與輸入電壓(diny)成積分關系。 根據(jù)輸入電壓(diny)加到集成運放的反相輸入端或同相輸入端，有反相積分電路和同相積分電路兩種基本形式。 圖7-14 無源(w yun)RC積分電路及輸入輸出波形第8頁/共66頁第九頁，共67頁。10(一) 反相積分電路 圖7-15 反相積分電路 反相比例電路中的反饋元件Rf 用電容C代替，輸入(shr)回路電阻R1 仍是電阻R，便可構(gòu)成圖7-15所示的反相積

5、分電路。 第9頁/共66頁第十頁，共67頁。11 積分電路在實際應用時要注意兩點。 因為集成運放和積分電容器并非理想元器件，會產(chǎn)生積分誤差，情況嚴重時甚至不能正常工作。因此，應選擇輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流及溫漂小的集成運放；選用泄漏電阻大的電容器以及吸附效應小的電容器。 應用積分電路時，動態(tài)運用(ynyng)范圍也要考慮。集成運放的輸出電壓和輸出電流不允許超過它的額定值Uom和Iom。因而對輸入信號的大小或積分時間應有一定的限制。 圖7-16 階躍電壓作用(zuyng)時的uo波形 第10頁/共66頁第十一頁，共67頁。12(二) 反相求和(qi h)積分電路 如果在基本反相積分電路的反相端加入

6、多個輸入信號，便構(gòu)成(guchng)如圖7-18所示的反相求和積分電路(圖中有兩個輸入信號)。圖7-18 反相求和(qi h)積分電路 第11頁/共66頁第十二頁，共67頁。137.2 集成(j chn)模擬乘法器一、概述(i sh) 模擬乘法器是兩個互不相關的模擬信號實現(xiàn)相乘作用的有源網(wǎng)絡。集成模擬乘法器一般有兩個輸入端和一個輸出端，是一個三端口的非線性有源器件。有同相模擬乘法器和反相模擬乘法器兩種。它們的輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關系為同相乘法器 uo=KuXuY 反相乘法器 uo= KuXuY 其中，K為正數(shù)，稱為增益系數(shù)(xsh)，常數(shù)K=0.1V1。集成模擬乘法器功能符號如圖7-31所

7、示。 圖7-31 模擬乘法器功能符號 (a)同相乘法器；(b)反相乘法器 第12頁/共66頁第十三頁，共67頁。14三、乘除(chngch)運算電路(一) 乘法(chngf)運算電路 1. 乘方電路(dinl) 乘方運算是一個模擬量的自乘運算。如圖7-36所示。輸入電壓的極性任意，自乘后的輸出電壓uo恒為正值，呈平方律特性，即。 圖7-36 乘方電路第13頁/共66頁第十四頁，共67頁。15 圖7-37是三次方及四次方運算電路。串聯(lián)(chunlin)式的高次方運算會積累較大的運算誤差。一般，串聯(lián)(chunlin)相乘數(shù)量不超過23個。圖7-37 三次方和四次方運算(yn sun)電路 第14頁

8、/共66頁第十五頁，共67頁。162. 正弦波倍頻(bi pn)電路 電路如圖7-38所示。設ui=UImsint,則3. 壓控增益 電路如圖7-39所示。設uX為一直流控制電壓(diny)E，uY為輸入電壓(diny)，則uo=KEuY。改變直流電壓(diny)E的大小，就可調(diào)節(jié)電路的增益。除上述乘法運算外，乘法器可以做鑒相、調(diào)制、解調(diào)及電功率測量等應用。 圖7-38 倍頻(bi pn)電路 圖7-39 壓控增益電路 第15頁/共66頁第十六頁，共67頁。17(二) 除法(chf)運算電路 除法運算電路的功能是輸出電壓與兩個輸入電壓之商成正比。下面介紹應用乘法器和運放(yn fn)組合的除法

9、運算電路。1. 反相輸入除法運算電路 除法運算是乘法運算的逆運算，其輸出與輸入的關系應該是 又可寫成 Kuoui2=ui1 Kuoui2表明，以ui2和運放的輸出電壓uo作為模擬乘法器的兩個(lin )輸入電壓，ui1作為集成運放的一個輸入電壓，乘法器作為集成運放的有源負反饋電路，構(gòu)成如圖7-40所示的反函數(shù)式除法運算電路。應用疊加原理和集成運放虛短、虛地概念，有 則 1212ioiuRuKR u(理想情況) 第16頁/共66頁第十七頁，共67頁。18圖7-40 反相除法運算(yn sun)電路 必須必須(bx)指出指出：圖圖7-40電路正常電路正常工作的條件是運工作的條件是運算放大器處于負算

10、放大器處于負反饋工作狀態(tài)。反饋工作狀態(tài)。 若取R2=0.1R1, K=0.1V1，則得uo= + 。 第17頁/共66頁第十八頁，共67頁。192. 同相輸入除法運算(yn sun)電路 電路(dinl)如圖7-41所示。 因U+=ui1，則(7-47) 圖7-41 同相除法(chf)電路 第18頁/共66頁第十九頁，共67頁。203. 開平方運算(yn sun)電路 用平方器作為有源負反饋網(wǎng)絡，接在集成運放的輸出(shch)端和反相端之間，可構(gòu)成圖7-42的平方電路。 圖7-42 負電壓(diny)輸入的開平方電路 第19頁/共66頁第二十頁，共67頁。21 為保證平方器有源反饋網(wǎng)絡使電路為

11、負反饋，ui必須為負值(f zh)。當ui0時，可采用反相乘法器，也能滿足反饋極性為負。二極管的作用是防止輸入電壓ui為正時電路閉鎖。R3為二極管提供直流通路。 同理，對于開m次方運算，只要將m次乘方運算電路接到運放的反饋回路中即可實現(xiàn)。 設乘法器和集成運放均為理想組件(z jin)。根據(jù)疊加原理和集成運放虛短、虛地的概念，則有 得 (7-48) 取R1=10k, R2=1k, K=0.1, 則 第20頁/共66頁第二十一頁，共67頁。227.3 有源濾波(lb)電路 一般情況濾波電路均處于主系統(tǒng)的前級，用它來作信號處理、抑制干擾等。按所處理的信號是連續(xù)變化還是離散的，可分為模擬濾波電路和數(shù)字

12、濾波電路。 由有源器件和RC濾波網(wǎng)絡組成的有源濾波電路。與無源濾波器相比較，有源濾波器有許多優(yōu)點。 它不使用電感元件，故體積小，質(zhì)量小，也不必磁屏蔽。 有源濾波電路中的集成運放可加電壓串聯(lián)深度負反饋，電路的輸入阻抗高，輸出阻抗低，輸入與輸出之間具有良好的隔離。除了濾波作用外，還可以放大信號，而且，調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)不影響濾波特性。 有源濾波電路的缺點主要是，因為通用型集成運放的帶寬較窄，故有源濾波電路不宜用于高頻范圍，一般使用頻率在幾十千赫茲以下，也不適合在高壓(goy)或大電流條件下應用。第21頁/共66頁第二十二頁，共67頁。23一、濾波(lb)電路的基本概念 濾波器是一種選頻電路。它能使指

13、定頻率(pnl)范圍內(nèi)的信號順利通過；而對其他頻率(pnl)的信號加以抑制，使其衰減很大。 濾波電路通常根據(jù)信號通過的頻帶來命名。低通濾波電路(LPF)允許低頻信號通過，將高頻信號衰 減；高通濾波電路(HPF)允許高頻信號通過，將低頻信號衰減；帶通濾波電路(BPF)允許某一頻段內(nèi)的信號通過，將此頻段之外的信號衰減；帶阻濾波電路(BEF)阻止某一頻段內(nèi)的信號通過，而允許此頻段之外的信號通過；全通濾波電路(APF)沒有阻帶，信號全通，但相位變化。 它們的理想幅頻特性如圖7-43所示。 第22頁/共66頁第二十三頁，共67頁。24圖7-43 五種濾波(lb)電路的理想幅頻特性(a)LPF; (b)H

14、PF; (c)BPF; (d)BEF; (e)APF第23頁/共66頁第二十四頁，共67頁。25 對于幅頻響應(xingyng)，通常把能夠通過的信號頻率范圍定義為通帶，而把受阻或衰減的信號頻率范圍稱為阻帶，通帶和阻帶的界限頻率叫做截止頻率。圖7-44 低通濾波電路(dinl)的幅頻特性 以低通濾波電路為例，濾波電路的輸出電壓(diny) 與輸入電壓(diny) 之比稱為電壓(diny)傳遞系數(shù)，即 圖中，Aup是通帶電壓放大倍數(shù)。對于低通濾波電路而言，即為f = 0時輸出電壓與輸入電壓之比。當 下降到|Aup|的0.707(即下降3dB)時，對應的頻率fp稱為通帶截止頻率。 第24頁/共66

15、頁第二十五頁，共67頁。26二、高通濾波電路(dinl)HPF與低通濾波電路(dinl)LPF的對偶關系 RC低通和高通濾波電路(dinl)示于圖7-45。 圖7-45 RC無源(w yun)濾波電路及其幅頻特性(a)LPF (b)HPF 第25頁/共66頁第二十六頁，共67頁。27圖7-45(a)中LPF的傳遞函數(shù)為圖7-45(b)中HPF的傳遞函數(shù)為以上(yshng)兩式中 ,稱為(chn wi)RC電路的特征頻率。 通帶截止頻率 第26頁/共66頁第二十七頁，共67頁。28基于上述分析(fnx)，可總結(jié)出HPF與LPF的對偶關系 1. 幅頻特性對偶性 如果圖7-45中HPF與LPF的R、

16、C參數(shù)相同，則通帶截止頻率fp相同，那么，HPF與LPF的幅頻特性以垂直線f = fp為對稱(duchn)，兩者隨頻率的變化是相反的，即在fp附近，HPF的| u|隨頻率升高而增大，LPF的| u|隨頻率升高而減小。 2. 傳遞函數(shù)的對偶性 如果將LPF傳遞函數(shù)中的s換成 并對其系數(shù)作一些調(diào)整(tiozhng)，則變成了相應的HPF的傳遞函數(shù)。 A第27頁/共66頁第二十八頁，共67頁。293. 電路結(jié)構(gòu)上的對偶性 將LPF電路中起濾波作用的C換成R，R換成C，即R與C互換位置(wi zhi)，就轉(zhuǎn)換成了相應的HPF，其示意圖如圖7-46所示。圖7-46 HPF與LPF的結(jié)構(gòu)(jigu)對偶關

17、系 第28頁/共66頁第二十九頁，共67頁。30三、低通有源濾波(lb)電路(LPF) (一) 一階RC有源低通濾波電路(dinl) 一階有源LPF電路(dinl)如圖7-47所示。圖7-47 一階LPF電路 第29頁/共66頁第三十頁，共67頁。311. 通帶電壓放大倍數(shù) LPF的通帶電壓放大倍數(shù)Aup是指f = 0時輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之比。對于直流信號而言，圖7-47電路中的電容視為開路(kil)。因此，Aup就是同相比例電路的電壓放大倍數(shù)Auf，即 它的主要性能(xngnng)分析如下。2. 電壓(diny)傳遞函數(shù)(7-53) (7-54) 3. 幅頻特性及通帶截止頻率 將式(

18、7-54)中的s 換成 j，并令0=2f0= (f0與元件參數(shù)有關，稱為特征頻率)，可得 (7-55) 第30頁/共66頁第三十一頁，共67頁。32根據(jù)(gnj)式(7-55)，歸一化的幅頻特性的模為 由上式看出(kn ch)，當f=f0時，。因此通帶截止頻率是 (7-56) 利用折線近似法，不難畫出對數(shù)幅頻特性，如圖7-48所示?？梢?kjin)，當f f0時其衰減斜率為20dB/十倍頻程。圖7-49 簡單的二階LPF電路第31頁/共66頁第三十二頁，共67頁。33(二) 二階RC有源低通濾波電路(dinl) 將串聯(lián)的兩節(jié)RC低通網(wǎng)絡直接與同相比例電路(dinl)相連，可構(gòu)成圖7-49所示的

19、簡單二階LPF。主要性能分析： 1.2. 電壓(diny)傳遞函數(shù) 解得 (7-57) 第32頁/共66頁第三十三頁，共67頁。343.通帶(tn di)截止頻率 將式(7-57)中的s換成 j，并令 ，則得 012fRC (7-58) 當 f = fp時，上式右邊的分母(fnm)之模應等于，即 解得 (7-59) 第33頁/共66頁第三十四頁，共67頁。354. 幅頻特性 根據(jù)(gnj)式(7-58)，可畫出電路的幅頻特性，如圖7-50所示。該圖說明，二階LPF的衰減率為40dB/十倍頻程，比一階LPF的斜率之絕對值大一倍。 圖7-50 簡單(jindn)二階LPF的幅頻特性 第34頁/共6

20、6頁第三十五頁，共67頁。36(三) 二階壓控電壓(diny)源LPF 將圖7-49電路中的第一個電容C接地端改接到集成運放的輸出端，形成正反饋，如圖7-51(a)所示。只要(zhyo)參數(shù)選擇合適，既不產(chǎn)生自激振蕩，又在f f0和f f0頻率范圍對其電壓放大倍數(shù)影響不大。有可能改善f0附近的幅頻特性。 圖7-51 壓控電壓(diny)源LPF及幅頻特性 (a)二階壓控電壓(diny)源LPF；(b)幅頻特性；(c)階數(shù)n=2、4、6、8、10的低通濾波電路幅頻響應 第35頁/共66頁第三十六頁，共67頁。37性能(xngnng)分析： 1. 通帶電壓(diny)放大倍數(shù) 11fupRAR 2

21、.傳遞函數(shù)由圖7-51(a)可列出方程組 解得 (7-60) 第36頁/共66頁第三十七頁，共67頁。383. 頻率特性 (7-61) 下面著重(zhuzhng)分析圖7-51(a)電路在f=f0 時， 與Aup的關系。 當f = f0時，式(7-61)可簡化為 (7-62) 我們(w men)將f = f0時的電壓放大倍數(shù)的模與通帶電壓放大倍數(shù)之比稱為Q值，由式(7-62)可得 (7-63) 將上式代入式(7-62)，再兩邊(lingbin)取模，則 (7-64) uA 由此式看出，Q值不同， 值則不同，Q值愈大， 愈大。而Q值的大小只決定于Aup的大小。uAuA第37頁/共66頁第三十八頁

22、，共67頁。39 當2Aup1， Aup。而圖7-49簡單二階LPF電路在f = f0時，由式 (7-58)可知(k zh)， 只有Aup的三分之一。這說明將第一個電容C接地的一端改接到運放的輸出端，形成正反饋后，可使 的幅值在f f0范圍內(nèi)得到加強。因此，圖7-51(a)電路在Q值合適的情況下，其幅頻特性能得到較大的改善。 0uffA4. 幅頻特性將式(7-61)中的(3Aup)用 代替(dit)，其頻率特性寫成 (7-65) 根據(jù)上式可畫出Q取不同值的幅頻特性，如圖7-51(b)所示。不同的Q值將使頻率特性在f0附近范圍變化(binhu)較大。當進一步增加濾波電路階數(shù)，由圖7-51(c)可

23、看出，其幅頻特性更接近理想特性。第38頁/共66頁第三十九頁，共67頁。40強調(diào)(qing dio)說明兩點： (1) 當Q=1時，在f = f0的情況下， =Aup即維持了通帶內(nèi)的電壓(diny)增益，故濾波效果為佳。這時，3Aup=1，Aup=2, Rf=R1。 (2) 當Aup=3時，Q將趨于無窮大，意味著該LPF將產(chǎn)生自激現(xiàn)象。因此，電路(dinl)參數(shù)必須滿足Aup3, Rf2R1,且要求元器件參數(shù)性能穩(wěn)定。(四) 高階LPF 為了使LPF的幅頻特性更接近理想情況，可采用高階LPF。構(gòu)成高階LPF有兩種方法。 (1) 多個二階或一階LPF串聯(lián)法。例如將兩個二階壓控電壓源LPF串聯(lián)起來

24、，就是四階LPF。其幅頻特性的衰減斜率是80dB/十倍頻程。 (2) RC網(wǎng)絡與集成運放直接聯(lián)接法。該方法節(jié)省元件，但設計和計算較復雜。0uffA第39頁/共66頁第四十頁，共67頁。41四、高通有源濾波(lb)電路(HPF)(一) 二階壓控電壓(diny)源HPF 根據(jù)HPF與LPF的對偶原則，可將二階壓控電壓(diny)源LPF變換成如圖7-53(a)所示的二階壓控電壓(diny)源HPF。 性能分析： 1.通帶電壓放大倍數(shù) 當頻率f很高時，電容C可視為短路，通帶電壓放大倍數(shù)仍為 11fupRAR2.傳遞函數(shù)根據(jù)對偶原則，將式(7-60)中的sCR換成 ，則得圖7-53(a)HPF的傳遞函

25、數(shù)(7-66) 第40頁/共66頁第四十一頁，共67頁。42(7-67) 圖7-53 二階壓控電壓(diny)源HPF及幅頻特性(a)二階壓控電壓(diny)源HPF； (b)幅頻特性 第41頁/共66頁第四十二頁，共67頁。433. 頻率特性 將式(7-66)中的s換成j，并令 ，得 (7-68) 13upQA令 ，上式可寫成 20011()upuAAffjfQ f(7-69) 根據(jù)式(7-69)可畫出圖7-53(a)電路的幅頻特性，如圖7-53(b)所示。應注意到，(1) ff0時，幅頻特性的斜率為+40dB/十倍頻程。(2) Aup3，Rf fp1的信號被LPF濾掉；f fp2的信號被H

26、PF濾掉，只有fp2 f fp1的信號被LPF濾掉；f fp2的信號被HPF濾掉，只有fp2 f fp1的信號才能順利(shnl)通過。BPF的示意圖如圖7-54所示。六、帶阻有源濾波(lb)電路(BEF) BEF構(gòu)成的總原則是LPF與HPF相并聯(lián)，條件是LPF的通帶截止頻率fp1小于HPF的通帶截止頻率fp2,只有fp1 f fp2的信號無法通過。阻帶寬度(kund)B=fp2fp1。BEF構(gòu)成的原理框圖如圖7-57所示。圖7-57 BEF組成原理框圖第44頁/共66頁第四十五頁，共67頁。46七、全通濾波電路(dinl)(APF) 在有的場合我們需要改變正弦信號的相位，而且希望輸出電壓幅值

27、與輸入電壓幅值之比為常數(shù)(即不隨頻率變化而變化)。能夠?qū)崿F(xiàn)(shxin)上述意圖的電路是APF，它又稱為移相濾波器。 圖7-60所示電路即為一階APF。 圖7-60 一階APF 第45頁/共66頁第四十六頁，共67頁。47八、反相輸入(shr)有源濾波電路 上面介紹了壓控電壓源濾波電路。它們的輸入信號(xnho)都是引到集成運放的同相輸入端。其優(yōu)點是所用元器件較少，輸入電阻高，性能調(diào)節(jié)比較方便，輸出電阻小，帶負載能力強等，但電路參數(shù)選擇不合適時，容易產(chǎn)生自激振蕩。為了克服這種缺點。可將輸入信號(xnho)引至運放的反相輸入端，構(gòu)成反相輸入有源濾波電路。 第46頁/共66頁第四十七頁，共67頁。

28、48(一) 反相輸入(shr)一階LPF 反相輸入一階LPF電路(dinl)示于圖7-62。在反相比例電路(dinl)的負反饋電阻Rf 兩端并聯(lián)一個電容C。 圖7-62 反相輸入(shr)的一階LPF第47頁/共66頁第四十八頁，共67頁。491. 定性分析 當輸入信號頻率很低時，電容(dinrng)C的容抗很大，電容(dinrng)可視為開路，輸入信號能通過并加以放大Rf /R1倍。當輸入信號頻率很高時，電容(dinrng)C的容抗很小，可近似為短路，信號被大大衰減，輸出電壓很小。因此，圖7-62電路是一個LPF。2. 定量(dngling)計算 因 故 (7-82) 第48頁/共66頁第四

29、十九頁，共67頁。50其中(qzhng) ， (7-84) (7-85) 可見，圖7-62的電路(dinl)是反相輸入的一階RC低通濾波電路(dinl)。(7-83) 第49頁/共66頁第五十頁，共67頁。51(二) 反相輸入(shr)的簡單二階LPF 為了提高濾波(lb)性能，將圖7-62中的電阻R1改為T型低通RC網(wǎng)絡，構(gòu)成圖7-63所示的反相輸入簡單二階LPF。 圖7-63電路實質(zhì)是在圖7-62電路的基礎上，前面(qin mian)又增加一級由R1和C1組成的低通濾波環(huán)節(jié)。因此，這個電路是一個反相輸入二階LPF。圖7-63 反相輸入簡單二階LPF 第50頁/共66頁第五十一頁，共67頁。

30、52(三) 反相輸入(shr)多路反饋LPF 為了改善f0附近的幅頻特性，可將圖7-63電路中的電阻Rf的一端改接到圖中的M點，即如圖7-64所示。電阻Rf和電容C2構(gòu)成兩個反饋(fnku)支路，其反饋(fnku)的強弱均與信號的頻率有關。這個二階LPF不會因通帶電壓放大倍數(shù)過大而產(chǎn)生自激振蕩，所以性能穩(wěn)定。圖7-64 反相輸入(shr)多路反饋LPF 第51頁/共66頁第五十二頁，共67頁。537.5 電壓(diny)比較器 電壓比較器簡稱比較器，其基本功能是對兩個輸入電壓進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高電平或低電平電壓，據(jù)此來判斷輸入信號的大小和極性。電壓比較器常用于自動控制、波形產(chǎn)生與變換

31、(binhun)，模數(shù)轉(zhuǎn)換以及越限報警等許多場合。 電壓比較器通常由集成運放構(gòu)成，與前面章節(jié)不同的是，比較器中的集成運放大多處于開環(huán)或正反饋的狀態(tài)。只要在兩個輸入端加一個很小的信號，運放就會進入非線性區(qū)，屬于集成運放的非線性應用范圍。在分析比較器時，虛斷路原則仍成立，虛短及虛地等概念僅在判斷臨界情況時才適應。 下面分別介紹幾種(j zhn)比較器。第52頁/共66頁第五十三頁，共67頁。54一、零電平(din pn)比較器(過零比較器) 電壓比較器是將一個模擬輸入(shr)信號ui與一個固定的參考電壓UR進行比較和鑒別的電路。 參考電壓為零的比較器稱為零電平比較器。按輸入方式的不同可分為(fn

32、 wi)反相輸入和同相輸入兩種零電位比較器，如圖7-79(a)、(b)所示。圖7-79 過零比較器(a)反相輸入；(b)同相輸入第53頁/共66頁第五十四頁，共67頁。55 通常用閾值電壓和傳輸特性來描述比較器的工作特性。 閾值電壓(又稱門檻電平)是使比較器輸出電壓發(fā)生跳變時的輸入電壓值，簡稱為閾值，用符號UTH表示(biosh)。 估算閾值主要應抓住輸入信號使輸出電壓發(fā)生跳變時的臨界條件。這個臨界條件是集成運放兩個輸入端的電位相等(兩個輸入端的電流也視為零)，即U+=U。對于圖7-79(a)電路，U=Ui, U+=0, UTH=0。 傳輸特性是比較器的輸出電壓uo與輸入電壓ui在平面直角坐標

33、上的關系。畫傳輸特性的一般步驟是：先求閾值，再根據(jù)電壓比較器的具體電路，分析在輸入電壓由最低變到最高(正向過程)和輸入電壓由最高到最低(負向過程)兩種情況下，輸出電壓的變化規(guī)律，然后畫出傳輸特性。 第54頁/共66頁第五十五頁，共67頁。56二、任意(rny)電平比較器(非過零比較器) 將零電平比較器中的接地端改接為一個參考電壓UR(設為直流電壓)，由于UR的大小(dxio)和極性均可調(diào)整，電路成為任意電平比較器或稱非過零比較器。 圖7-83 任意(rny)電平比較器及傳輸特性(a)任意(rny)電平比較器；(b)傳輸特性第55頁/共66頁第五十六頁，共67頁。57圖7-84 電平檢測比較器信

34、傳輸(chun sh)特性(a)電平檢測比較器；(b)傳輸(chun sh)特性 電平電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但它的抗干擾能力差。也就是說，如果輸入信號因干擾在閾值附近變化時，輸出電壓將在高、低兩個電平之間反復(fnf)地跳變，可能使輸出狀態(tài)產(chǎn)生誤動作。為了提高電壓比較器的抗干擾能力，下面介紹有兩個不同閾值的滯回電壓比較器。第56頁/共66頁第五十七頁，共67頁。58三、滯回電壓(diny)比較器 滯回比較器又稱施密特觸發(fā)器。這種比較器的特點是當輸入信號ui逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。 滯回比較器也有反相輸入和同相輸入兩種方式。 UR是某一固定電壓(diny)，改變UR值能改變閾值及回差大小。 以圖7-85(a)所示的反相滯回比較器為例，計算閾值并畫出傳輸特性 第57頁/共66頁第五十八頁，共67頁。59圖7-85 滯回比較器及其傳輸(chun sh)特性(a)反相輸入；(b)同相輸入第58頁/共66頁第五十九頁，共67頁。601正向(zhn