集成運放的應(yīng)用電路教案課件

集成運放的應(yīng)用電路集成運放的應(yīng)用電路12由于運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時常將其理想化，稱其所謂的理想運放。一、在分析信號運算電路時對運放的處理+-第1頁/共109頁2由于運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析3運放工作在線性區(qū)時的特點1.理想運放的差模輸入電壓等于零)uu(Auoo-+-=即2.理想運放的輸入電流等于零所以兩個輸入端均沒有電流虛短虛斷第2頁/共109頁3運放工作在線性區(qū)時的特點1.理想運放的差模輸入電壓等于零)4運放工作在非線性區(qū)時的特點uiuo+UOPP-UOPP1.理想運放的輸出電壓Uo只有兩種可能當2.理想運放的輸入電流等于零例：若UOPP=12V，Ao=106，則|ui|<12V時，運放處于線性區(qū)。Ao越大，運放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間加負反饋才能使其擴大輸入信號的線性范圍。不再有“虛短”的關(guān)系第3頁/共109頁4運放工作在非線性區(qū)時的特點uiuo+UOPP-UOPP15二、分析運放組成的線性電路的出發(fā)點虛短路虛斷路放大倍數(shù)與負載無關(guān)，可以分開分析。信號的放大、運算有源濾波電路運放線性應(yīng)用+-第4頁/共109頁5二、分析運放組成的線性電路的出發(fā)點虛短路信號的放大、運算有6比例運算電路作用：將信號按比例放大。類型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度電壓并聯(lián)負反饋或電壓串聯(lián)負反饋。這樣輸出電壓與運放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。7.2基本運算電路第5頁/共109頁6比例運算電路作用：將信號按比例放大。類型：同相比例放大和反7為提高精度，一般取1.比例運算電路由第4章可知，電路為電壓并聯(lián)負反饋電路。即電路處于深度負反饋條件下，虛短和虛斷成立。（1）反相比例運算電路利用虛短和虛斷得

運算放大器輸入端無共模信號運算電路輸入電阻較小

由于運放的增益一般有，所以輸出與輸入反相平衡電阻，使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時輸入級的對稱性。第6頁/共109頁7為提高精度，一般取1.比例運算電路由第4章可知，電路為電8共模電壓反饋方式電壓并聯(lián)負反饋輸出電阻很??！第7頁/共109頁8共模電壓反饋方式電壓并聯(lián)負反饋輸出電阻很??！第7頁/共109反相比例電路的特點：1.共模輸入電壓為0，因此對運放的共模抑制比要求低。2.由于電壓負反饋的作用，輸出電阻小，可認為是0，因此帶負載能力強。3.由于并聯(lián)負反饋的作用，輸入電阻小，ri=ui/ii=R1，因此對輸入電流有一定的要求。4.在放大倍數(shù)較大時，該電路結(jié)構(gòu)不再適用。第8頁/共109頁9反相比例電路的特點：1.共模輸入電壓為0，因此對運放的共10例：求Au=?I1I2I4I3Muo_+R2R1RPuiR4R3利用虛斷的概念當R3<<R2時，I3>>I1因而I4＝（I2＋I3）比I1大得多該放大電路，在放大倍數(shù)較大時，可避免使用大電阻。但R3的存在，削弱了負反饋。第9頁/共109頁10例：求Au=?I1I2I4I3Muo_+R2R1RPu112.同相比例運算電路uN=u_P=ui反饋方式：電壓串聯(lián)負反饋。輸入電阻高。虛短虛斷結(jié)構(gòu)特點：負反饋引到反相輸入端，信號從同相端輸入。第10頁/共109頁112.同相比例運算電路uN=u_P=ui反饋方式：電壓12同相比例電路的特點：3.因為u-=u+=ui，不存在“虛地”現(xiàn)象，共模輸入電壓為ui，因此對運放的共模抑制比要求高。1.由于電壓負反饋的作用，輸出電阻小，可認為是0，因此帶負載能力強。2.由于串聯(lián)負反饋的作用，輸入電阻大。第11頁/共109頁12同相比例電路的特點：3.因為u-=u+=ui，不存在“13此電路是電壓并聯(lián)負反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。電壓跟隨器結(jié)構(gòu)特點：輸出電壓全部引到反相輸入端，信號從同相端輸入。電壓跟隨器是同相比例運算放大器的特例。第12頁/共109頁13此電路是電壓并聯(lián)負反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中14求和運算電路作用：將若干個輸入信號之和或之差按比例放大。類型：同相求和和反相求和。方法：引入深度電壓并聯(lián)負反饋或電壓串聯(lián)負反饋。這樣輸出電壓與運放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。第13頁/共109頁14求和運算電路作用：將若干個輸入信號之和或之差按比例放大。151.反相求和運算實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。R2RfR1vS2vS1iIvON+-Rp第14頁/共109頁151.反相求和運算實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，16uo調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號的輸入電阻，不影響輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。i12ifi11R12_++RfR11ui2RPui1第15頁/共109頁16uo調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號的輸入電阻，不影響輸入電172.同相求和運算實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。-R1RF++ui1uoR21R22ui2第16頁/共109頁172.同相求和運算實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，18此電路如果以u+為輸入，則輸出為：注意：同相求和電路的各輸入信號的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨調(diào)整。流入運放輸入端的電流為0（虛開路）-R1RF++ui1uoR21R22ui2第17頁/共109頁18此電路如果以u+為輸入，則輸出為：注意：同相求和電19左圖也是同相求和運算電路，如何求同相輸入端的電位？提示：1.虛開路：流入同相端的電流為0。2.節(jié)點電位法求u+。-R1RF++ui1R21R22ui2R′uo第18頁/共109頁19左圖也是同相求和運算電路，如何求同相輸入端的電位？提示：20uo解出：減運算電路（差動放大器）_+RfR1R1ui2R2ui1第19頁/共109頁20uo解出：減運算電路（差動放大器）_+RfR1R1ui221差動放大器放大了兩個信號的差，但是它的輸入電阻不高（=2R1）,這是由于反相輸入造成的。Rf_+R1R1ui2R2ui1第20頁/共109頁21差動放大器放大了兩個信號的差，但是它的輸入電阻不高（=222單運放的加減運算電路實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。uoR2_+R5R1ui2ui1R4ui4ui3R3R6第21頁/共109頁22單運放的加減運算電路實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個23虛短路虛開路虛開路R2_+R5R1ui2ui1R4ui4ui3R3R6第22頁/共109頁23虛短路虛開路虛開路R2_+R5R1ui2ui1R4ui424例：設(shè)計一個加減運算電路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)畫電路。系數(shù)為負的信號從反相端輸入，系數(shù)為正的信號從同相端輸入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3第23頁/共109頁24例：設(shè)計一個加減運算電路，RF=240k，使解:(125(2)求各電阻值。uo=10ui1+8ui2-20ui3-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3第24頁/共109頁25(2)求各電阻值。uo=10ui1+8ui2-26優(yōu)點：元件少，成本低。缺點：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的調(diào)整計算不方便。單運放的加減運算電路改進：采用雙運放電路。第25頁/共109頁26優(yōu)點：元件少，成本低。缺點：要求R1//R2//R5=R27雙運放的加減運算電路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R6第26頁/共109頁27雙運放的加減運算電路-RF1+ui1uo1R1ui2R228例：A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為0~+5V，現(xiàn)有信號變化范圍為-5V~+5V。試設(shè)計一電平抬高電路，將其變化范圍變?yōu)?~+5V。+5V-5V+5V+2.5V電平抬高電路A/D計算機uiuouo=0.5ui+2.5V第27頁/共109頁28例：A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為0~+5V，現(xiàn)29uo=0.5ui+2.5V=0.5(ui+5)V_+10k20k+5V5kui20kuo1uo_+20k20k10k第28頁/共109頁29uo=0.5ui+2.5V30三運放電路uouo2uo1R1R1–A3R2R2++A1–A2RRRWui1ui2ab+第29頁/共109頁30三運放電路uouo2uo1R1R1–A3R2R2++A131虛斷：虛短：+A–ARRRWui1ui2ab+第30頁/共109頁31虛斷：虛短：+A–ARRRWui1ui2ab+第30頁/32三運放電路是差動放大器，放大倍數(shù)可變。由于輸入均在同相端，此電路的輸入電阻高。R1R1–AR2R2+第31頁/共109頁32三運放電路是差動放大器，放大倍數(shù)可變。R1R1–AR2R33例：由三運放放大器組成的溫度測量電路。Rt

：熱敏電阻集成化:儀表放大器uoR1R1R2R2+RRRWE=+5VRRRRtuiA1+A1+A1第32頁/共109頁33例：由三運放放大器組成的溫度測量電路。Rt：熱敏電阻集34Rt=f(T°C)uoR1R1R2R2+RRRWE=+5VRRRRtuiA1+A1+A1第33頁/共109頁34Rt=f(T°C)uoR1R1R2R2+RRRWE=+351.它們都引入電壓負反饋，因此輸出電阻都比較小。2.關(guān)于輸入電阻：反相輸入的輸入電阻小，同相輸入的輸入電阻高。3.同相輸入的共模電壓高，反相輸入的共模電壓小。比例運算電路與加減運算電路小結(jié)第34頁/共109頁351.它們都引入電壓負反饋，因此輸出電阻都比較小。2.36uit0tuo0輸入方波，輸出是三角波。積分運算應(yīng)用舉例1：積分運算電路i1iFui-+RR2Cuo第35頁/共109頁36uit0tuo0輸入方波，輸出是三角波。積分運算應(yīng)用舉37u–=u+=0uit0t0uo若輸入：則：-=)90sin(coso-=tRCtRCuoww微分運算ui–+uoRR2i1iFC微分運算電路第36頁/共109頁37u–=u+=0uit0t0uo若輸入：則：-=)9038tui0tuo0U-UomTM積分時限應(yīng)用舉例2：如果積分器從某一時刻輸入一直流電壓，輸出將反向積分，經(jīng)過一定的時間后輸出飽和。思考：如果輸入是正弦波，輸出波形怎樣，請自己計算。運放實驗中請自己驗證。第37頁/共109頁38tui0tuo0U-UomTM積分時限應(yīng)用舉例2：如果積39其他一些運算電路：對數(shù)與指數(shù)運算電路、乘法與除法運算電路等，由于課時的限制，不作為講授內(nèi)容。積分電路的主要用途：1.在電子開關(guān)中用于延遲。2.波形變換。例：將方波變?yōu)槿遣ā?.A/D轉(zhuǎn)換中，將電壓量變?yōu)闀r間量。4.移相。第38頁/共109頁39其他一些運算電路：對數(shù)與指數(shù)運算電路、乘法與除法運算電路40比例、積分、微分運算電路---PID電路調(diào)節(jié)電路第39頁/共109頁40比例、積分、微分運算電路---PID電路調(diào)節(jié)電路第39頁41uiuo∞

++-R2CFi1R1PI調(diào)節(jié)器ifucRF-+A1比例積分運算電路-PI調(diào)節(jié)器比例微分運算電路-PD調(diào)節(jié)器uiuo∞

++-R2CFi1R1PD調(diào)節(jié)器ifucR-+A1C第40頁/共109頁41uiuo∞++-R2CFi1R1PI調(diào)節(jié)器i42運算電路要求1.熟記各種單運放組成的基本運算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。2.掌握以上基本運算電路的級聯(lián)組合的計算。3.會用“虛斷(ii=0)”和“虛短(u+=u–)

”分析給定運算電路的放大倍數(shù)。第41頁/共109頁42運算電路要求1.熟記各種單運放組成的基本運算電路的電路43

1.電壓比較器將一個模擬量輸入電壓與一個參考電壓進行比較，輸出只有兩種可能的狀態(tài)：高電平或低電平。

2.比較器中的集成運放一般工作在非線性區(qū)；處于開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。

3.分類：單限比較器、滯回比較器及窗口比較器。4.比較器是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元，在測量、控制、D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路中應(yīng)用廣泛。7.3非正弦波產(chǎn)生電路電壓比較器第42頁/共109頁431.電壓比較器將一個模擬量輸入電壓與一個參考44一、電壓比較器的傳輸特性1.電壓比較器的輸出電壓與輸入端的電壓之間函數(shù)關(guān)系2.閾值電壓：UT當比較器的輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所對應(yīng)的輸入電壓。3.電壓傳輸特性的三要素(1)輸出電壓的高電平UOH和低電平UOL的數(shù)值。(2)閾值電壓的數(shù)值UT。(3)當uI變化且經(jīng)過UT時，uO躍變的方向。第43頁/共109頁44一、電壓比較器的傳輸特性1.電壓比較器的輸出電壓與輸入45二、理想運放的非線性工作區(qū)+UOMuOuP-uNO-UOM集成運放的電壓傳輸特性在電壓比較器中，集成運放不是工作在開環(huán)狀態(tài)，就是工作在正反饋。第44頁/共109頁45二、理想運放的非線性工作區(qū)+UOMuOuP-uNO-UO46一、單限電壓比較器1.過零比較器由于理想運放的開環(huán)差模增益為無窮大，所以當uI<0時，uO=+

UOM；當uI>

0時，uO=-

UOM

；過零比較器的傳輸特性為：uIuO+UOM-UOMOUOM

為集成運放的最大輸出電壓。閾值電壓：當比較器的輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所對應(yīng)的輸入電壓。第45頁/共109頁46一、單限電壓比較器1.過零比較器由于理想運放的開環(huán)差47利用穩(wěn)壓管限幅的過零比較器(二)電路圖傳輸特性uIuO+UOpp

-UOppO+UZ-UZ問題：如將輸入信號加在“+”端，傳輸特性如何？第46頁/共109頁47利用穩(wěn)壓管限幅的過零比較器(二)電路圖傳輸特性uIuO+48問題：過零比較器如圖所示，輸入為正負對稱的正弦波時，輸出波形是怎樣的？傳輸特性uIuO+UOpp

-UOppO+UZ-UZ將正弦波變?yōu)榫匦尾ǖ?7頁/共109頁48問題：過零比較器如圖所示，輸入為正負對稱的正弦波時，輸出492.單限比較器單限比較器有一個門限電平，當輸入電壓等于此門限電平時，輸出端的狀態(tài)立即發(fā)生跳變。當輸入電壓uI變化，使反相輸入端的電位為零時，輸出端的狀態(tài)將發(fā)生跳變，門限電平為：uIuO+UOM-UOMO+UZ-UZ過零比較器是門限電平為零的單限比較器。R1R2第48頁/共109頁492.單限比較器單限比較器有一個門限電平，當輸入電壓等50存在干擾時單限比較器的uI、uO

波形單限比較器的作用：檢測輸入的模擬信號是否達到某一給定電平。

缺點：抗干擾能力差。

解決辦法：采用具有滯回傳輸特性的比較器。第49頁/共109頁50存在干擾時單限比較器的uI、uO波形單限比較器51電壓比較器分析方法小結(jié)（1）由限幅電路確定電壓比較器的輸出高電平UOH

和輸出低電平UOL

。（2）寫出up和uN的電位表達式，令up=uN

，解得輸入電壓就是閾值電壓UT。（3）u0在uI

過UT時的躍變方向決定于作用于集成運放的哪個輸入端。當uI從反向輸入端輸入時，uI<UT,u0=U0H

;uI>UT,u0=U0L

。反之，結(jié)論相反。第50頁/共109頁51電壓比較器分析方法小結(jié)（1）由限幅電路確定電壓比較器的輸52[例在圖所示電路中，UZ=±6V，在圖中所示電路中，R1=R2=5kΩ，基準電壓UREF=2V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=±5V；它們的輸入電壓均為圖（a）所示的三角波。試畫出圖所示電路的輸出電壓u01和圖所示電路的輸出電壓u02

解圖為過零比較器圖為一般單限比較器。圖例波形圖R1R2第51頁/共109頁52[例在圖所示電路中，UZ=±6V，在圖中所示電路中，532.滯回比較器一、從反相輸入端輸入的滯回比較器電路計算閾值電壓UT電壓傳輸特性uo從+UZ躍變到-UZ的

閾值電壓為+UTuo從-UZ躍變到+UZ的

閾值電壓為-UTuI在-UT與+UT之間增加或減小,uO不發(fā)生變化第52頁/共109頁532.滯回比較器一、從反相輸入端輸入的滯回比較器電路計算閾54

UREF為參考電壓；；uI為輸入電壓；輸出電壓uO為+UZ或-UZ。當uP=uN時，輸出電壓的狀態(tài)發(fā)生跳變。比較器有兩個不同的門限電平，故傳輸特性呈滯回形狀。+UZuIuO-UZOUT-UT+二、加了參考電壓的滯回比較器第53頁/共109頁54UREF為參考電壓；；uI為輸入電壓；輸出電壓55若uO=

UZ

，當uI

逐漸減小時，使uO由UZ

跳變?yōu)閁Z

所需的門限電平UT-

回差(門限寬度)UT

：若uO=UZ

，當uI

逐漸增大時，使uO由+UZ

跳變?yōu)?UZ

所需的門限電平UT+第54頁/共109頁55若uO=UZ，當uI逐漸減小時，使u56[例已知輸入波形和電壓傳輸特性，分析輸出電壓的波形。圖例波形圖±

UZ

＝±9V圖7.3.4滯回比較器電路uO/Vt0+9-9第55頁/共109頁56[例已知輸入波形和電壓傳輸特性，分析輸出電壓的波形。圖573.窗口比較器參考電壓UREF1>UREF2若uI低于UREF2

，運放A1輸出低電平，A2輸出高電平，二極管VD1

截止，VD2導(dǎo)通，輸出電壓uO為高電平；若uI高于UREF1

，運放A1輸出高電平，A2輸出低電平，二極管VD2

截止，VD1

導(dǎo)通，輸出電壓uO為高電平；圖

雙限比較器(a)前面的比較器在輸入電壓單一方向變化時，輸出電壓只躍變一次，因而不能檢測出輸入電壓是否在二個電壓之間。第56頁/共109頁573.窗口比較器參考電壓UREF1>UREF2若58當uI高于UREF2而低于UREF1時，運放A1、A2均輸出低電平，二極管VD1

、VD2

均截止，輸出電壓uO為低電平；

上門限電平UTH=UREF1；

下門限電平UTL

=UREF2。uIuOOUTHUTL綜上所述，雙限比較器在輸入信號uI<UREF2

或uI>UREF1時，輸出為高電平；而當UREF2<

uI<

UREF1時，輸出為低電平。圖

(b)第57頁/共109頁58當uI高于UREF2而低于UREF1時59補充：集成電壓比較器一、集成電壓比較器的主要特點和分類：1.具有較高的開環(huán)差模增益；2.具有較快的響應(yīng)速度；3.具有較高的共模抑制比和允許共模輸入電壓較高；4.具有較低的失調(diào)電壓、失調(diào)電流及較低的溫漂。分類：單、雙和四電壓比較通用型、高速型、低電壓型和高精度型普通、集電極（或漏極）開路輸出或互補輸出型第58頁/共109頁59補充：集成電壓比較器一、集成電壓比較器的主要特點和分類：60二、集成電壓比較器的基本接法1.通用型集成電壓比較器AD790引腳圖+12V單電源供電，邏輯電源為5V。±5V雙電源供電，邏輯電源為5V?！?5V雙電源供電，邏輯電源為5V。第59頁/共109頁60二、集成電壓比較器的基本接法1.通用型集成電壓比較器AD612.集電極開路集成電壓比較器LM119金屬封裝的管腳圖反相輸入2同相輸入2電路為雙限比較器，能實現(xiàn)線與功能圖由LM119構(gòu)成的雙限比較器及其電壓傳輸特性第60頁/共109頁612.集電極開路集成電壓比較器LM119金屬封裝的管腳圖反62矩形波發(fā)生電路一、電路組成RC

充放電回路滯回比較器圖

7.3.8滯回比較器：集成運放、R1、R2；充放電回路：R、C；（延遲環(huán)節(jié)、反饋網(wǎng)絡(luò)）鉗位電路：VDZ、R3。（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）動畫avi\14-1.avi第61頁/共109頁62矩形波發(fā)生電路一、電路組成RC充放電回路滯回圖7.63二、工作原理設(shè)t=0時，uC=

0，uO=+UZ則tOuCOuOtu+u-當u-=uC

=u+

時，t1t2則當u-=uC

=u+

時，輸出又一次跳變，uO=+UZ輸出跳變，uO=-UZ圖

第62頁/共109頁63二、工作原理設(shè)t=0時，uC=0，uO=64三、振蕩周期電容的充放電規(guī)律：對于放電，解得：結(jié)論：改變充放電回路的時間常數(shù)及滯回比較器的電阻，即可改變振蕩周期。t1t2tOuCOuOtt3圖

7.3.10振蕩頻率f=1/T第63頁/共109頁64三、振蕩周期電容的充放電規(guī)律：對于放電，解得：結(jié)65四、占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路圖

7.3.11a使電容的充、放電時間常數(shù)不同且可調(diào)，即可使矩形波發(fā)生器的占空比可調(diào)。tOuCuOtOT1T2T充電時間T1放電時間T2占空比D圖

第64頁/共109頁65四、占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路圖7.3.11a使電66三角波發(fā)生電路一、電路組成圖采用波形變換的方法得到三角波uO1為方波電路分析uO2為三角波第65頁/共109頁66三角波發(fā)生電路一、電路組成圖采用波形變換的方法得到三角67二、工作原理當u+=u-

=0時，滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。圖

實用電路左邊是同相輸入滯回比較器右邊為反向積分運算電路圖

7.3.12R3R4傳輸特性+UT-UT+UZ-UZuOuI第66頁/共109頁67二、工作原理當u+=u-=0時，滯回比較器的68二、工作原理OuO1tOuOt當u+=u-

=0時，滯回比較器的輸出發(fā)生跳變。圖

圖

7.3.13R3R4設(shè)t=0時，uO1=+UZ

u0=0第67頁/共109頁68二、工作原理OuO1tOuOt當u+=u-=069三、輸出幅度和振蕩周期解得三角波的輸出幅度當u+=u-

=0時，uO1跳變?yōu)?UZ，uO

達到最大值Uom

。振蕩周期調(diào)節(jié)電路中的R1、

R2、R3阻值和C的容量，可改變振蕩頻率，調(diào)節(jié)R1、

R2的阻值，可改變?nèi)遣ǖ姆?。?8頁/共109頁69三、輸出幅度和振蕩周期解得三角波的輸出幅度當u+=70圖

7.3.15a鋸齒波發(fā)生電路一、電路組成OuO1tOuOtT1T2T二、輸出幅度和振蕩周期圖

正向積分時間常數(shù)遠大于反向積分時間常數(shù)或者相反。動畫avi\14-4.avi第69頁/共109頁70圖7.3.15a鋸齒波發(fā)生電路一、電路組成OuO1tO71補充：函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的專用集成電路；當調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)時，還可獲得占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。一、電路結(jié)構(gòu)（ICL8038）③

②1.二個電流源2.二個同相輸入單限比較器3.RS觸發(fā)器4.二個緩沖電路5.三角波變正弦波電路第70頁/共109頁71補充：函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時產(chǎn)生方波、三角波72當Q=0，S斷開，C充電(IS1)至2/3VCCQ=1當Q=1，S閉合，C放電(IS2

-IS1)至1/3VCCQ=0當IS2

=2IS1，引腳9輸出方波，引腳3輸出三角波；當IS2

<2IS1，引腳9輸出矩形波，引腳3輸出鋸齒波。二、工作原理Qn+1=S+RQn③

②第71頁/共109頁72當Q=0，S斷開，C充電(IS1)至2/73三、性能特點12345678ICL803814131211109正弦波失真度調(diào)整正弦波失真度調(diào)整正弦波輸出三角波輸出矩形波輸出調(diào)頻偏置電壓輸入調(diào)頻偏置電壓輸出接電阻RA接電阻RB接電容C+VCC-VEE

(或地)8.3.20

ICL8038的引腳圖ICL8038可單電源供電，也可雙電源供電。第72頁/共109頁73三、性能特點12345678ICL1413121110974四、常用接法第73頁/共109頁74四、常用接法第73頁/共109頁75調(diào)占空比和正弦波失真調(diào)頻率調(diào)占空比和正弦波失真RW1RP4

RW2+VCC-VEERRAICL803845131011128RBRP3CC1692圖失真度減小和頻率可調(diào)電路第74頁/共109頁75調(diào)占空比和正弦波失真調(diào)調(diào)占空比和正弦波失真RW1RP476濾波電路的分類1.按信號性質(zhì)分類3.按電路功能分類:低通濾波器；高通濾波器；帶通濾波器；帶阻濾波器2.按所用元件分類7.4有源濾波器模擬濾波器和數(shù)字濾波器無源濾波器和有源濾波器4.按階數(shù)分類:一階，二階…

高階第75頁/共109頁76濾波電路的分類1.按信號性質(zhì)分類3.按電路功能分類:77傳遞函數(shù)：幅頻特性相頻特性濾波器傳遞函數(shù)的定義第76頁/共109頁77傳遞函數(shù)：幅頻特性相頻特性濾傳遞函數(shù)的定義第76頁/共178低通高通帶通帶阻四種典型的頻率特性第77頁/共109頁78低通高通帶通帶阻四種典型的頻率特性第77頁/共179無源濾波器的缺點（以一階濾波器為例）傳遞函數(shù)：RCR第78頁/共109頁79無源濾波器的缺點（以一階濾波器為例）傳遞函數(shù)：RCR第7801.帶負載能力差。2.無放大作用。3.特性不理想，邊沿不陡。截止頻率處：010.707o截止頻率此電路的缺點：第79頁/共109頁801.帶負載能力差。2.無放大作用。3.特性不理想，81將兩級一階低通濾波器串接？各級互相影響！RCRCR第80頁/共109頁81將兩級一階低通濾波器串接？各級互相影響！RCRCR第882有源濾波器的優(yōu)點：1.不使用電感元件，體積小重量輕。2.有源濾波電路中可加電壓串聯(lián)負反饋，使輸入電阻高、輸出電阻低，輸入輸出之間具有良好的隔離。只需把幾個低階濾波電路串起來就可構(gòu)成高階濾波電路，無需考慮級間影響。3.除濾波外，還可放大信號，放大倍數(shù)容易調(diào)節(jié)。第81頁/共109頁82有源濾波器的優(yōu)點：1.不使用電感元件，體積小重量輕。283有源濾波器的缺點：1.不宜用于高頻。2.不宜在高電壓、大電流情況下使用。3.可靠性較差。4.使用時需外接直流電源。第82頁/共109頁83有源濾波器的缺點：1.不宜用于高頻。2.不宜在高電壓84一、一階有源低通濾波器傳遞函數(shù)中出現(xiàn)

的一次項，故稱為一階濾波器。RR1RFC+-+第83頁/共109頁84一、一階有源低通濾波器傳遞函數(shù)中出現(xiàn)的一次項，故稱為85幅頻特性：相頻特性：第84頁/共109頁85幅頻特性：相頻特性：第84頁/共109頁86有放大作用3.運放輸出，帶負載能力強。幅頻特性與一階無源低通濾波器類似電路的特點：2.=o時1.=0

時第85頁/共109頁86有放大作用3.運放輸出，帶負載能力強。幅頻特性與一階無87解出：其中：RR1RFC+-+CRP二、二階有源低通濾波器傳遞函數(shù)中出現(xiàn)

的二次項，故稱為二階濾波器。第86頁/共109頁87解出：其中：RR1RFC+-+CRP二、二階有源低通濾波8803dB第87頁/共109頁8803dB第87頁/共109頁89R1=

時：AF=1

=o時：RC+-+CRP第88頁/共109頁89R1=時：AF=1=o時：RC+-+CRP90RR1RFC+-+RR1RFC+-+由低階有源濾波器構(gòu)成高階有源濾波器例：兩個一階有源濾波器串接構(gòu)成二階有源濾波器。分析簡單第89頁/共109頁90RR1RFC+-+RR1RFC+-+由低階有源濾波器構(gòu)成91一階低通和二階低通幅頻特性曲線的區(qū)別：-3dBAF理想低通一階低通二階低通階數(shù)越高，幅頻特性曲線越接近理想濾波器。0第90頁/共109頁91一階低通和二階低通幅頻特性曲線的區(qū)別：-3dBAF理想低92如何組成高通濾波器？將低通濾波器中的R、C對調(diào)，低通濾波器就變成了高通濾波器。RCR1RF+-+低通濾波器R1RF+-+高通濾波器R第91頁/共109頁92如何組成高通濾波器？將低通濾波器中的R、C對調(diào)，低通濾93三、一階有源高通濾波器R1RF+-+高通濾波器R第92頁/共109頁93三、一階有源高通濾波器R1RF+-+高通濾波器R第92頁94幅頻特性：0o第93頁/共109頁94幅頻特性：0o第93頁/共109頁95四、帶通濾波電路(BPF)只允許某一段頻帶內(nèi)的信號通過，將此頻帶以外的信號阻斷。低通高通fp1fO低通ffp2O高通阻阻fp1fp2fO通圖

第94頁/共109頁95四、帶通濾波電路(BPF)只允許某一段頻帶內(nèi)的信號通96壓控電壓源二階帶通濾波電路——中心頻率——通帶電壓放大倍數(shù)圖

7.4.8——比例系數(shù)fbw=

fp1–

fp2=f0/Q——通頻帶第95頁/共109頁96壓控電壓源二階帶通濾波電路——中心頻率——通帶電壓放大倍97五、帶阻濾波器(BEF)在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號被阻斷，在此頻帶以外的信號能順利通過。低通高通f2f1fO通阻通fO低通f1f2fO高通圖

第96頁/共109頁97五、帶阻濾波器(BEF)在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號被阻斷，98常用有源帶阻濾波電路——中心頻率——通帶電壓放大倍數(shù)圖

7.4.9常用有源帶阻濾波電路第97頁/共109頁98常用有源帶阻濾波電路——中心頻率——通帶電壓放大倍數(shù)圖99阻帶寬度BW＝fp2–

fp1＝f0

/Q7.4.10帶阻濾波器的幅頻特性六、全通濾波電路圖7.4.11全通濾波電路第98頁/共109頁99阻帶寬度BW＝fp2–fp1＝f0/Q7.4.100集成運放的其他應(yīng)用：電壓源、電流源與電壓、電流、電阻的測量電壓源的要求：輸出電阻小。所以，要有電壓負反饋。電路組成：比例放大器。一、電壓源_++R2R1RPUoUs反向比例放大器組成的電壓源第99頁/共109頁100集成運放的其他應(yīng)用：電壓源、電流源與電壓、電流、電阻的101電路特點:1.輸出電壓的大小調(diào)節(jié)方便。2.同相比例放大器組成的電壓源的輸出大于輸入。3.反相比例放大器組成的電壓源輸出可以小于輸入。4.同相比例放大器的輸入電阻大，從信號源取得的電流小。第100頁/共109頁101電路特點:1.輸出電壓的大小調(diào)節(jié)方便。第100頁/共102要求：輸出電阻大。所以，要有電流負反饋。_++R2R1RPUsRFRLFIL負載懸地！二、電流源I1I2第101頁/共109頁102要求：輸出電阻大。所以，要有電流負反饋。_++R2103R1R1++AR2R2uoUsRLIL負載接地的電流源自己推導(dǎo)第102頁/共109頁103R1R1++AR2R2uoUsRLIL負載接地的電流源104指針式萬用表的缺點：（1）不能測量微小電壓和微小電流；（2）萬用表的內(nèi)阻不是0或，因此引起誤差；（3）作交流測量時，表盤刻度是非線性的，影響精度。三、電壓、電流與電阻的測量第103頁/共109頁104指針式萬用表的缺點：（1）不能測量微小電壓和微小電流；105把表頭改裝成靈敏度較高、輸入電阻較大的電壓表。_++RFRGF輸入電阻大，相當于電壓表的內(nèi)阻是。IG正比于UX若：RF=10，表頭的滿偏電流IGmax=100A，則：滿偏電壓

Uxmax=IGmaxRF=1mV1.電壓表UxIG虛短路虛開路第104頁/共109頁105把表頭改裝成靈敏度較高、輸入電阻較大的電壓表。_++106此電路的優(yōu)點：(1)量程由表頭的滿偏電流IG和電阻RF決定。RF選用小電阻，能測量較小的電壓；(2)輸入電阻高，對被測電路影響小；(3)測量值與表頭內(nèi)阻RG無關(guān)，表頭的互換性好；(4)RF小，可以做得較精密。因此能較準確地測量小電壓。UX=UF=RF

IG第105頁/共109頁106此電路的優(yōu)點：(1)量程由表頭的滿偏電流IG和107電壓表擴大量程_++RFRGFIG1mV表頭分壓電阻的計算取R1=100kR2=900k,R3=1MR1R2R31mV10mV100mV第106頁/共109頁107電壓表擴大量程_++RFRGFIG1mV表頭分壓電108_++RFRGF1mV表頭10010A10100A11mA表頭的滿偏電壓UG=IGRF=1mV2.電流表+RU–=UF=IGRF

，U–=U+=IXRIGIX第107頁/共109頁108_++RFRGF1mV表頭10010A101109_++RFRGF3.電阻表IGRUsRXUX1mV表頭第108頁/共109頁109_++RFRGF3.電阻表IGRUsRXUX1110感謝您的觀看。第109頁/共109頁110感謝您的觀看。第109頁/共109頁集成運放的應(yīng)用電路集成運放的應(yīng)用電路111112由于運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時常將其理想化，稱其所謂的理想運放。一、在分析信號運算電路時對運放的處理+-第1頁/共109頁2由于運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析113運放工作在線性區(qū)時的特點1.理想運放的差模輸入電壓等于零)uu(Auoo-+-=即2.理想運放的輸入電流等于零所以兩個輸入端均沒有電流虛短虛斷第2頁/共109頁3運放工作在線性區(qū)時的特點1.理想運放的差模輸入電壓等于零)114運放工作在非線性區(qū)時的特點uiuo+UOPP-UOPP1.理想運放的輸出電壓Uo只有兩種可能當2.理想運放的輸入電流等于零例：若UOPP=12V，Ao=106，則|ui|<12V時，運放處于線性區(qū)。Ao越大，運放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間加負反饋才能使其擴大輸入信號的線性范圍。不再有“虛短”的關(guān)系第3頁/共109頁4運放工作在非線性區(qū)時的特點uiuo+UOPP-UOPP1115二、分析運放組成的線性電路的出發(fā)點虛短路虛斷路放大倍數(shù)與負載無關(guān)，可以分開分析。信號的放大、運算有源濾波電路運放線性應(yīng)用+-第4頁/共109頁5二、分析運放組成的線性電路的出發(fā)點虛短路信號的放大、運算有116比例運算電路作用：將信號按比例放大。類型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度電壓并聯(lián)負反饋或電壓串聯(lián)負反饋。這樣輸出電壓與運放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。7.2基本運算電路第5頁/共109頁6比例運算電路作用：將信號按比例放大。類型：同相比例放大和反117為提高精度，一般取1.比例運算電路由第4章可知，電路為電壓并聯(lián)負反饋電路。即電路處于深度負反饋條件下，虛短和虛斷成立。（1）反相比例運算電路利用虛短和虛斷得

運算放大器輸入端無共模信號運算電路輸入電阻較小

由于運放的增益一般有，所以輸出與輸入反相平衡電阻，使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時輸入級的對稱性。第6頁/共109頁7為提高精度，一般取1.比例運算電路由第4章可知，電路為電118共模電壓反饋方式電壓并聯(lián)負反饋輸出電阻很?。〉?頁/共109頁8共模電壓反饋方式電壓并聯(lián)負反饋輸出電阻很?。〉?頁/共10119反相比例電路的特點：1.共模輸入電壓為0，因此對運放的共模抑制比要求低。2.由于電壓負反饋的作用，輸出電阻小，可認為是0，因此帶負載能力強。3.由于并聯(lián)負反饋的作用，輸入電阻小，ri=ui/ii=R1，因此對輸入電流有一定的要求。4.在放大倍數(shù)較大時，該電路結(jié)構(gòu)不再適用。第8頁/共109頁9反相比例電路的特點：1.共模輸入電壓為0，因此對運放的共120例：求Au=?I1I2I4I3Muo_+R2R1RPuiR4R3利用虛斷的概念當R3<<R2時，I3>>I1因而I4＝（I2＋I3）比I1大得多該放大電路，在放大倍數(shù)較大時，可避免使用大電阻。但R3的存在，削弱了負反饋。第9頁/共109頁10例：求Au=?I1I2I4I3Muo_+R2R1RPu1212.同相比例運算電路uN=u_P=ui反饋方式：電壓串聯(lián)負反饋。輸入電阻高。虛短虛斷結(jié)構(gòu)特點：負反饋引到反相輸入端，信號從同相端輸入。第10頁/共109頁112.同相比例運算電路uN=u_P=ui反饋方式：電壓122同相比例電路的特點：3.因為u-=u+=ui，不存在“虛地”現(xiàn)象，共模輸入電壓為ui，因此對運放的共模抑制比要求高。1.由于電壓負反饋的作用，輸出電阻小，可認為是0，因此帶負載能力強。2.由于串聯(lián)負反饋的作用，輸入電阻大。第11頁/共109頁12同相比例電路的特點：3.因為u-=u+=ui，不存在“123此電路是電壓并聯(lián)負反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。電壓跟隨器結(jié)構(gòu)特點：輸出電壓全部引到反相輸入端，信號從同相端輸入。電壓跟隨器是同相比例運算放大器的特例。第12頁/共109頁13此電路是電壓并聯(lián)負反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中124求和運算電路作用：將若干個輸入信號之和或之差按比例放大。類型：同相求和和反相求和。方法：引入深度電壓并聯(lián)負反饋或電壓串聯(lián)負反饋。這樣輸出電壓與運放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。第13頁/共109頁14求和運算電路作用：將若干個輸入信號之和或之差按比例放大。1251.反相求和運算實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。R2RfR1vS2vS1iIvON+-Rp第14頁/共109頁151.反相求和運算實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，126uo調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號的輸入電阻，不影響輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。i12ifi11R12_++RfR11ui2RPui1第15頁/共109頁16uo調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號的輸入電阻，不影響輸入電1272.同相求和運算實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。-R1RF++ui1uoR21R22ui2第16頁/共109頁172.同相求和運算實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，128此電路如果以u+為輸入，則輸出為：注意：同相求和電路的各輸入信號的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨調(diào)整。流入運放輸入端的電流為0（虛開路）-R1RF++ui1uoR21R22ui2第17頁/共109頁18此電路如果以u+為輸入，則輸出為：注意：同相求和電129左圖也是同相求和運算電路，如何求同相輸入端的電位？提示：1.虛開路：流入同相端的電流為0。2.節(jié)點電位法求u+。-R1RF++ui1R21R22ui2R′uo第18頁/共109頁19左圖也是同相求和運算電路，如何求同相輸入端的電位？提示：130uo解出：減運算電路（差動放大器）_+RfR1R1ui2R2ui1第19頁/共109頁20uo解出：減運算電路（差動放大器）_+RfR1R1ui2131差動放大器放大了兩個信號的差，但是它的輸入電阻不高（=2R1）,這是由于反相輸入造成的。Rf_+R1R1ui2R2ui1第20頁/共109頁21差動放大器放大了兩個信號的差，但是它的輸入電阻不高（=2132單運放的加減運算電路實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。uoR2_+R5R1ui2ui1R4ui4ui3R3R6第21頁/共109頁22單運放的加減運算電路實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個133虛短路虛開路虛開路R2_+R5R1ui2ui1R4ui4ui3R3R6第22頁/共109頁23虛短路虛開路虛開路R2_+R5R1ui2ui1R4ui4134例：設(shè)計一個加減運算電路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)畫電路。系數(shù)為負的信號從反相端輸入，系數(shù)為正的信號從同相端輸入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3第23頁/共109頁24例：設(shè)計一個加減運算電路，RF=240k，使解:(1135(2)求各電阻值。uo=10ui1+8ui2-20ui3-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3第24頁/共109頁25(2)求各電阻值。uo=10ui1+8ui2-136優(yōu)點：元件少，成本低。缺點：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的調(diào)整計算不方便。單運放的加減運算電路改進：采用雙運放電路。第25頁/共109頁26優(yōu)點：元件少，成本低。缺點：要求R1//R2//R5=R137雙運放的加減運算電路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R6第26頁/共109頁27雙運放的加減運算電路-RF1+ui1uo1R1ui2R2138例：A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為0~+5V，現(xiàn)有信號變化范圍為-5V~+5V。試設(shè)計一電平抬高電路，將其變化范圍變?yōu)?~+5V。+5V-5V+5V+2.5V電平抬高電路A/D計算機uiuouo=0.5ui+2.5V第27頁/共109頁28例：A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為0~+5V，現(xiàn)139uo=0.5ui+2.5V=0.5(ui+5)V_+10k20k+5V5kui20kuo1uo_+20k20k10k第28頁/共109頁29uo=0.5ui+2.5V140三運放電路uouo2uo1R1R1–A3R2R2++A1–A2RRRWui1ui2ab+第29頁/共109頁30三運放電路uouo2uo1R1R1–A3R2R2++A1141虛斷：虛短：+A–ARRRWui1ui2ab+第30頁/共109頁31虛斷：虛短：+A–ARRRWui1ui2ab+第30頁/142三運放電路是差動放大器，放大倍數(shù)可變。由于輸入均在同相端，此電路的輸入電阻高。R1R1–AR2R2+第31頁/共109頁32三運放電路是差動放大器，放大倍數(shù)可變。R1R1–AR2R143例：由三運放放大器組成的溫度測量電路。Rt

：熱敏電阻集成化:儀表放大器uoR1R1R2R2+RRRWE=+5VRRRRtuiA1+A1+A1第32頁/共109頁33例：由三運放放大器組成的溫度測量電路。Rt：熱敏電阻集144Rt=f(T°C)uoR1R1R2R2+RRRWE=+5VRRRRtuiA1+A1+A1第33頁/共109頁34Rt=f(T°C)uoR1R1R2R2+RRRWE=+1451.它們都引入電壓負反饋，因此輸出電阻都比較小。2.關(guān)于輸入電阻：反相輸入的輸入電阻小，同相輸入的輸入電阻高。3.同相輸入的共模電壓高，反相輸入的共模電壓小。比例運算電路與加減運算電路小結(jié)第34頁/共109頁351.它們都引入電壓負反饋，因此輸出電阻都比較小。2.146uit0tuo0輸入方波，輸出是三角波。積分運算應(yīng)用舉例1：積分運算電路i1iFui-+RR2Cuo第35頁/共109頁36uit0tuo0輸入方波，輸出是三角波。積分運算應(yīng)用舉147u–=u+=0uit0t0uo若輸入：則：-=)90sin(coso-=tRCtRCuoww微分運算ui–+uoRR2i1iFC微分運算電路第36頁/共109頁37u–=u+=0uit0t0uo若輸入：則：-=)90148tui0tuo0U-UomTM積分時限應(yīng)用舉例2：如果積分器從某一時刻輸入一直流電壓，輸出將反向積分，經(jīng)過一定的時間后輸出飽和。思考：如果輸入是正弦波，輸出波形怎樣，請自己計算。運放實驗中請自己驗證。第37頁/共109頁38tui0tuo0U-UomTM積分時限應(yīng)用舉例2：如果積149其他一些運算電路：對數(shù)與指數(shù)運算電路、乘法與除法運算電路等，由于課時的限制，不作為講授內(nèi)容。積分電路的主要用途：1.在電子開關(guān)中用于延遲。2.波形變換。例：將方波變?yōu)槿遣ā?.A/D轉(zhuǎn)換中，將電壓量變?yōu)闀r間量。4.移相。第38頁/共109頁39其他一些運算電路：對數(shù)與指數(shù)運算電路、乘法與除法運算電路150比例、積分、微分運算電路---PID電路調(diào)節(jié)電路第39頁/共109頁40比例、積分、微分運算電路---PID電路調(diào)節(jié)電路第39頁151uiuo∞

++-R2CFi1R1PI調(diào)節(jié)器ifucRF-+A1比例積分運算電路-PI調(diào)節(jié)器比例微分運算電路-PD調(diào)節(jié)器uiuo∞

++-R2CFi1R1PD調(diào)節(jié)器ifucR-+A1C第40頁/共109頁41uiuo∞++-R2CFi1R1PI調(diào)節(jié)器i152運算電路要求1.熟記各種單運放組成的基本運算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。2.掌握以上基本運算電路的級聯(lián)組合的計算。3.會用“虛斷(ii=0)”和“虛短(u+=u–)

”分析給定運算電路的放大倍數(shù)。第41頁/共109頁42運算電路要求1.熟記各種單運放組成的基本運算電路的電路153

1.電壓比較器將一個模擬量輸入電壓與一個參考電壓進行比較，輸出只有兩種可能的狀態(tài)：高電平或低電平。

2.比較器中的集成運放一般工作在非線性區(qū)；處于開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。

3.分類：單限比較器、滯回比較器及窗口比較器。4.比較器是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元，在測量、控制、D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路中應(yīng)用廣泛。7.3非正弦波產(chǎn)生電路電壓比較器第42頁/共109頁431.電壓比較器將一個模擬量輸入電壓與一個參考154一、電壓比較器的傳輸特性1.電壓比較器的輸出電壓與輸入端的電壓之間函數(shù)關(guān)系2.閾值電壓：UT當比較器的輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所對應(yīng)的輸入電壓。3.電壓傳輸特性的三要素(1)輸出電壓的高電平UOH和低電平UOL的數(shù)值。(2)閾值電壓的數(shù)值UT。(3)當uI變化且經(jīng)過UT時，uO躍變的方向。第43頁/共109頁44一、電壓比較器的傳輸特性1.電壓比較器的輸出電壓與輸入155二、理想運放的非線性工作區(qū)+UOMuOuP-uNO-UOM集成運放的電壓傳輸特性在電壓比較器中，集成運放不是工作在開環(huán)狀態(tài)，就是工作在正反饋。第44頁/共109頁45二、理想運放的非線性工作區(qū)+UOMuOuP-uNO-UO156一、單限電壓比較器1.過零比較器由于理想運放的開環(huán)差模增益為無窮大，所以當uI<0時，uO=+

UOM；當uI>

0時，uO=-

UOM

；過零比較器的傳輸特性為：uIuO+UOM-UOMOUOM

為集成運放的最大輸出電壓。閾值電壓：當比較器的輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所對應(yīng)的輸入電壓。第45頁/共109頁46一、單限電壓比較器1.過零比較器由于理想運放的開環(huán)差157利用穩(wěn)壓管限幅的過零比較器(二)電路圖傳輸特性uIuO+UOpp

-UOppO+UZ-UZ問題：如將輸入信號加在“+”端，傳輸特性如何？第46頁/共109頁47利用穩(wěn)壓管限幅的過零比較器(二)電路圖傳輸特性uIuO+158問題：過零比較器如圖所示，輸入為正負對稱的正弦波時，輸出波形是怎樣的？傳輸特性uIuO+UOpp

-UOppO+UZ-UZ將正弦波變?yōu)榫匦尾ǖ?7頁/共109頁48問題：過零比較器如圖所示，輸入為正負對稱的正弦波時，輸出1592.單限比較器單限比較器有一個門限電平，當輸入電壓等于此門限電平時，輸出端的狀態(tài)立即發(fā)生跳變。當輸入電壓uI變化，使反相輸入端的電位為零時，輸出端的狀態(tài)將發(fā)生跳變，門限電平為：uIuO+UOM-UOMO+UZ-UZ過零比較器是門限電平為零的單限比較器。R1R2第48頁/共109頁492.單限比較器單限比較器有一個門限電平，當輸入電壓等160存在干擾時單限比較器的uI、uO

波形單限比較器的作用：檢測輸入的模擬信號是否達到某一給定電平。

缺點：抗干擾能力差。

解決辦法：采用具有滯回傳輸特性的比較器。第49頁/共109頁50存在干擾時單限比較器的uI、uO波形單限比較器161電壓比較器分析方法小結(jié)（1）由限幅電路確定電壓比較器的輸出高電平UOH

和輸出低電平UOL

。（2）寫出up和uN的電位表達式，令up=uN

，解得輸入電壓就是閾值電壓UT。（3）u0在uI

過UT時的躍變方向決定于作用于集成運放的哪個輸入端。當uI從反向輸入端輸入時，uI<UT,u0=U0H

;uI>UT,u0=U0L

。反之，結(jié)論相反。第50頁/共109頁51電壓比較器分析方法小結(jié)（1）由限幅電路確定電壓比較器的輸162[例在圖所示電路中，UZ=±6V，在圖中所示電路中，R1=R2=5kΩ，基準電壓UREF=2V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=±5V；它們的輸入電壓均為圖（a）所示的三角波。試畫出圖所示電路的輸出電壓u01和圖所示電路的輸出電壓u02

解圖為過零比較器圖為一般單限比較器。圖例波形圖R1R2第51頁/共109頁52[例在圖所示電路中，UZ=±6V，在圖中所示電路中，1632.滯回比較器一、從反相輸入端輸入的滯回比較器電路計算閾值電壓UT電壓傳輸特性uo從+UZ躍變到-UZ的

閾值電壓為+UTuo從-UZ躍變到+UZ的

閾值電壓為-UTuI在-UT與+UT之間增加或減小,uO不發(fā)生變化第52頁/共109頁532.滯回比較器一、從反相輸入端輸入的滯回比較器電路計算閾164

UREF為參考電壓；；uI為輸入電壓；輸出電壓uO為+UZ或-UZ。當uP=uN時，輸出電壓的狀態(tài)發(fā)生跳變。比較器有兩個不同的門限電平，故傳輸特性呈滯回形狀。+UZuIuO-UZOUT-UT+二、加了參考電壓的滯回比較器第53頁/共109頁54UREF為參考電壓；；uI為輸入電壓；輸出電壓165若uO=

UZ

，當uI

逐漸減小時，使uO由UZ

跳變?yōu)閁Z

所需的門限電平UT-

回差(門限寬度)UT

：若uO=UZ

，當uI

逐漸增大時，使uO由+UZ

跳變?yōu)?UZ

所需的門限電平UT+第54頁/共109頁55若uO=UZ，當uI逐漸減小時，使u166[例已知輸入波形和電壓傳輸特性，分析輸出電壓的波形。圖例波形圖±

UZ

＝±9V圖7.3.4滯回比較器電路uO/Vt0+9-9第55頁/共109頁56[例已知輸入波形和電壓傳輸特性，分析輸出電壓的波形。圖1673.窗口比較器參考電壓UREF1>UREF2若uI低于UREF2

，運放A1輸出低電平，A2輸出高電平，二極管VD1

截止，VD2導(dǎo)通，輸出電壓uO為高電平；若uI高于UREF1

，運放A1輸出高電平，A2輸出低電平，二極管VD2

截止，VD1

導(dǎo)通，輸出電壓uO為高電平；圖

雙限比較器(a)前面的比較器在輸入電壓單一方向變化時，輸出電壓只躍變一次，因而不能檢測出輸入電壓是否在二個電壓之間。第56頁/共109頁573.窗口比較器參考電壓UREF1>UREF2若168當uI高于UREF2而低于UREF1時，運放A1、A2均輸出低電平，二極管VD1

、VD2

均截止，輸出電壓uO為低電平；

上門限電平UTH=UREF1；

下門限電平UTL

=UREF2。uIuOOUTHUTL綜上所述，雙限比較器在輸入信號uI<UREF2

或uI>UREF1時，輸出為高電平；而當UREF2<

uI<

UREF1時，輸出為低電平。圖

(b)第57頁/共109頁58當uI高于UREF2而低于UREF1時169補充：集成電壓比較器一、集成電壓比較器的主要特點和分類：1.具有較高的開環(huán)差模增益；2.具有較快的響應(yīng)速度；3.具有較高的共模抑制比和允許共模輸入電壓較高；4.具有較低的失調(diào)電壓、失調(diào)電流及較低的溫漂。分類：單、雙和四電壓比較通用型、高速型、低電壓型和高精度型普通、集電極（或漏極）開路輸出或互補輸出型第58頁/共109頁59補充：集成電壓比較器一、集成電壓比較器