第7章集成運算放大器及其應用電路振蕩器簡介

集成電路是20世紀60年代發(fā)展起來的固體組件。它是利用微電子技術將元件、導線、電路集成在一塊很小的半導體芯片上而成。集成電路的發(fā)展進程：1960年：小規(guī)模集成電路SSI。1966年：中規(guī)模集成電路MSI。1969年：大規(guī)模集成電路LSI。1975年：超大規(guī)模集成電路VLSI?，F(xiàn)在是1頁\一共有105頁\編輯于星期四集成電路分類(1)模擬集成電路處理模擬信號的電路。如集成功率放大器、集成運算放大器等。(2)數(shù)字集成電路處理數(shù)字信號的電路。如集成門電路、編碼器、譯碼器、觸發(fā)器等。集成電路芯片現(xiàn)在是2頁\一共有105頁\編輯于星期四

集成運放是具有很高開環(huán)電壓放大倍數(shù)的多級直接耦合放大器，由輸入級、中間級和輸出級三個基本部分組成。7.1.1集成運算放大器的基本概念7.1集成運算放大器概述現(xiàn)在是3頁\一共有105頁\編輯于星期四特點：①輸入級采用差分放大電路，KCMR和ri很高。②中間級采用多級共射電路，起電壓放大作用。③輸出級采用互補對稱功率放大電路或共集放大電路，ro很小，帶負載能力很強。④直接耦合的多級放大電路，電壓放大倍數(shù)很高。⑤體積小、重量輕、功耗低、可靠性高。輸入級

中間級

輸出級

輸入端輸出端集成運算放大器的組成運算放大器的組成現(xiàn)在是4頁\一共有105頁\編輯于星期四集成運放741的電路原理圖+VCCuO+–-VEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C⑦⑥④⑤①②③現(xiàn)在是5頁\一共有105頁\編輯于星期四凈輸入電壓－uD＋－＋＋u－u＋uO

Ao同相輸入端反相輸入端輸出端集成運算放大器的另一種符號集成運算放大器的電路符號現(xiàn)在是6頁\一共有105頁\編輯于星期四12345678μA741空腳調零端輸出調零端反相輸入同相輸入+UCC-UEE外形集成運算放大器的外形及管腳排列現(xiàn)在是7頁\一共有105頁\編輯于星期四集成運算放大器的外部接線圖+UCC－UEE87100dB231546u－u+uO12345678μA741空腳調零端輸出調零端反相輸入同相輸入+UCC-UEE－uD＋－＋＋u－u＋uO

Ao現(xiàn)在是8頁\一共有105頁\編輯于星期四7.1.2集成運算放大器的主要技術指標1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

Auo2.開環(huán)差模輸入電阻rid4.共模抑制比KCMRR5.輸入失調電壓Uio、輸入失調電流Iio

6.輸入偏置電流IB1、IB23.開環(huán)輸出電阻ro7.通頻帶寬度BW現(xiàn)在是9頁\一共有105頁\編輯于星期四一、理想集成運算放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)：Ao→∞開環(huán)輸入電阻：ri→∞開環(huán)輸出電阻：ro→0共模抑制比：KCMR→∞u－u＋uO

－

uD＋－＋∞＋理想運放的符號7.1.3理想運算放大器及其分析特點現(xiàn)在是10頁\一共有105頁\編輯于星期四uo=f(uD)+UOM

uD=u+–u–

uo–UOMuo++u+u–+UCC–UEE–OuDuD

=

u+–

u–

集成運放的輸出電壓uo與輸入電壓uD之間的關系稱為集成運放的電壓傳輸特性。二、電壓傳輸特性現(xiàn)在是11頁\一共有105頁\編輯于星期四+UOM

uD=u+–u–

uo–UOM線性區(qū)O飽和區(qū)在線性區(qū)：uo

=Au×uD在飽和區(qū)：uD>0

時，uo=+UOM

≈+UCC

uD<0

時，uo=–UOM

≈–UEE

討論正飽和區(qū)負飽和區(qū)非線性區(qū)現(xiàn)在是12頁\一共有105頁\編輯于星期四集成運放工作在線性區(qū)時稱為線性應用，工作在非線性區(qū)時稱為非線性應用。而開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo越大，運放的線性區(qū)范圍越窄，因此，在線性應用時必須引入負反饋降低電壓放大倍數(shù)，使得線性區(qū)范圍變寬，才能使其穩(wěn)定地工作于線性區(qū)。在線性區(qū)：uo

=Au×uD現(xiàn)在是13頁\一共有105頁\編輯于星期四（一）理想運放工作在線性區(qū)的特點因為uo

=Auoud

=Auo(u+–

u–

)(1)由于理想運放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo→∞，所以u+–

u–

約等于0即u+

u–

，稱之為“虛短路”(2)由于理想運放的輸入電阻ri→∞，所以輸入電流約等于0，即i+=i–0，稱之為“虛斷路”

++∞uou–u+i+i––三、理想運放的分析要點(3)因為理想運放的輸出電阻ro→0，所以uOL≈uOC，即輸出電壓不受負載大小的影響?，F(xiàn)在是14頁\一共有105頁\編輯于星期四

當運放處于開環(huán)狀態(tài)或引入了正反饋之后，運放的線性區(qū)變得很陡，此時運放工作在飽和區(qū)（非線性區(qū)）。uo++u+u–+UCC–UEE–uD+UOM

uD=u+–u–

uo–UOM飽和區(qū)O飽和區(qū)（二）理想運放工作在飽和區(qū)的特點

由電壓傳輸特性可見，當uD稍有變化時，運放即進入飽和區(qū)，輸出電壓即為正、負飽和值?，F(xiàn)在是15頁\一共有105頁\編輯于星期四(1)uD>0時，即u+>

u–時，

uo=+UOM

≈+UCC

，輸出為正的飽和值；(2)uD

<0時，即u+<

u–時，

uo=-UOM

≈

-UEE

，輸出為負的飽和值；(3)uD=0時，即u+=u–時，輸出電壓產(chǎn)生跳變。uo++u+u–+UCC–UEE–uD+UOM

uD=u+–u–

uo–UOM飽和區(qū)O飽和區(qū)運放工作在飽和區(qū)的特點：(4)i+=i–0,仍存在“虛斷”現(xiàn)象現(xiàn)在是16頁\一共有105頁\編輯于星期四7.1.4運算放大器應用電路中的反饋與晶體管放大電路相同，集成運放應用電路中也存在著各種不同形式的反饋，其分類、判別及對電路性能的影響與第6章所述相關內容基本相同?，F(xiàn)在是17頁\一共有105頁\編輯于星期四一、正反饋和負反饋的判別正、負反饋的判別方法：“瞬時極性法”

運放輸出信號與輸入信號間的極性關系反相輸入同相輸入－＋＋XO

AoXi(+)(-)－＋＋XO

AoXi(+)(+)現(xiàn)在是18頁\一共有105頁\編輯于星期四例：判斷下圖所示電路引入的是正反饋還是負反饋？若反饋信號引回到輸入信號的同一端，兩者瞬時極性相反時為負反饋，兩者瞬時極性相同時為正反饋。結論：uIuORLRFR1－＋＋

Ao(+)(+)(-)(-)(-)凈輸入量減小uORFiF

－＋∞＋R1R2uIiI

iD

RL＋＋＋反饋通路凈輸入量增大正反饋負反饋＋反饋通路現(xiàn)在是19頁\一共有105頁\編輯于星期四若反饋信號引回到輸入信號的不同端，兩者瞬時極性相反時為正反饋，兩者瞬時極性相同時為負反饋。uIuO-+RLRFR1

Ao+反饋通路(+)(+)(-)(-)凈輸入量增大結論：正反饋－＋Ao

＋RFRL

R

R1R2＋uO

－uI反饋通路＋＋＋＋＋凈輸入量減小負反饋例：判斷下圖所示電路引入的是正反饋還是負反饋？現(xiàn)在是20頁\一共有105頁\編輯于星期四小結：正反饋負反饋－＋＋XO

AoXi(+)(-)Xf·－＋＋XO

AoXi(+)Xf·(+)反饋信號引回到輸入信號的同一端，兩者瞬時極性相反時為負反饋，兩者瞬時極性相同時為正反饋?，F(xiàn)在是21頁\一共有105頁\編輯于星期四小結：負反饋正反饋－＋＋XO

AoXi(+)Xf·(+)(-)－＋＋XO

AoXi(+)Xf·反饋信號引回到輸入信號的不同端，兩者瞬時極性相反時為正反饋，兩者瞬時極性相同時為負反饋?，F(xiàn)在是22頁\一共有105頁\編輯于星期四二、直流反饋和交流反饋的判別

判別方法分別畫出電路的直流通路和交流通路，觀察反饋通路是否存在，從而進行判別。現(xiàn)在是23頁\一共有105頁\編輯于星期四(+)(+)(+)直流負反饋

Ao直流通路-+uIuOC2C1R1R2+R3交流通路

AouIuOC2C1R1R2+-+R3(+)(+)(+)(+)交流負反饋(+)交流正反饋交、直流負反饋例：

Ao-+uIuOC2C1R1R2+R3(+)現(xiàn)在是24頁\一共有105頁\編輯于星期四三、電壓反饋和電流反饋的判別

判別方法：令負載RL=0（即將輸出端短路），則輸出電壓uO=0，若反饋量等于零（即反饋不存在）則為電壓反饋，反之則為電流反饋?，F(xiàn)在是25頁\一共有105頁\編輯于星期四反饋量uF取自輸出電壓uo，反饋量與輸出電壓成比例=0uORF＋－∞＋R1R2uIRL－

uF＋電壓反饋現(xiàn)在是26頁\一共有105頁\編輯于星期四反饋量uF取自輸出電流io，反饋量與輸出電流成比例≠0－＋Ao

＋RFRL

R

R1R2＋uO

－uI－

uF＋電流反饋iO

=0現(xiàn)在是27頁\一共有105頁\編輯于星期四判別方法若反饋引回到輸入信號的同一端，反饋量與輸入量在輸入端形成一個并聯(lián)節(jié)點，反饋量與輸入量在輸入端以電流的形式相比較、相加減，則為并聯(lián)反饋。若反饋引回到輸入信號的不同端，反饋量與輸入量在輸入端形成一個串聯(lián)回路，反饋量與輸入量在輸入端以電壓的形式相比較、相加減，則為串聯(lián)反饋。四、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判別現(xiàn)在是28頁\一共有105頁\編輯于星期四反饋信號引回到輸入信號的不同輸入端，反饋量與輸入量在輸入端以電壓的形式相比較。－＋Ao

＋RFRL

R

R1R2＋uO

－uI－

uF＋

－uD＋串聯(lián)反饋即：現(xiàn)在是29頁\一共有105頁\編輯于星期四反饋信號引回到輸入信號的同一輸入端，反饋量與輸入量在輸入端以電流的形式相比較。uORFiF

＋－∞＋R1R2uIiI

iD

RL并聯(lián)反饋即：現(xiàn)在是30頁\一共有105頁\編輯于星期四五、本級反饋和級間反饋的判別uOR5R4R3-+uIR1R6

AoR2+++-

Ao若將本級放大電路的輸出量反饋到本級的輸入端，就稱為本級反饋；若將后級放大電路的輸出量反饋到前級放大電路的輸入端，則稱為級間反饋。反饋通路本級反饋通路級間反饋通路現(xiàn)在是31頁\一共有105頁\編輯于星期四uiRRF1RF2RF3A1A2A3uORF1電壓并聯(lián)負反饋(級間)RF2電壓串聯(lián)負反饋(級間)RF3電壓并聯(lián)負反饋(本級)???例1.試判斷如圖所示電路中RF1、RF2、RF3引入的反饋類型?，F(xiàn)在是32頁\一共有105頁\編輯于星期四uiuoA1A2ufuoRF1R1R2RFR4R3R5R6RF2利用瞬時極性法判斷反饋的正負反饋類型：串聯(lián)電壓負反饋電流RLuf

與uo成正比io負反饋例2.試判斷如圖所示電路中電阻RF引入的反饋類型。現(xiàn)在是33頁\一共有105頁\編輯于星期四1.信號的運算：比例；加、減；乘、除； 對數(shù)、指數(shù)等運算電路2.信號的處理：有源濾波器、精密整流、電壓比較器和采樣－保持電路3.信號的發(fā)生：正弦波、方波、三角波產(chǎn)生等電路集成運放的主要應用7.2集成運放的信號運算應用現(xiàn)在是34頁\一共有105頁\編輯于星期四集成運算放大器與外部電阻、電容、半導體器件等構成閉環(huán)電路后，能對各種模擬信號進行運算，如：比例、加法、減法、微分、積分、對數(shù)、反對數(shù)、乘法和除法等運算。運算放大器工作在線性區(qū)時，通常要引入深度負反饋。所以，它的輸出電壓和輸入電壓的關系基本取決于反饋電路和輸入電路的結構和參數(shù)，而與運算放大器本身的參數(shù)關系不大。改變輸入電路和反饋電路的結構形式，就可以實現(xiàn)不同的運算?，F(xiàn)在是35頁\一共有105頁\編輯于星期四由虛斷路由虛短路RF引入深度負反饋uiuoi1ifi-RFR1R2i+可得：則有：故有：虛地7.2.1比例運算電路一、反相比例運算電路現(xiàn)在是36頁\一共有105頁\編輯于星期四uiuoi1ifidRFR1R2當RF=R1時，Auf=-1，uo=-ui，稱為反相器。平衡電阻R2=R1//RF現(xiàn)在是37頁\一共有105頁\編輯于星期四⑤因反饋類型為電壓并聯(lián)負反饋，故輸入電阻和輸出電阻都比較小，ri≈

R1，

ro≈0。結論：①因為ui加在反相輸入端，

Auf為負值，即uo與ui

極性相反。②Auf

只與外部電阻R1、RF

有關，與運放本身參數(shù)無關。③|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。④因u–=u+=0，所以反相輸入端“虛地”?，F(xiàn)在是38頁\一共有105頁\編輯于星期四由虛斷路i+

=i-

0又由虛短路故有：RFRR12uiuouf平衡電阻R2=R1//RF二、同相比例運算電路現(xiàn)在是39頁\一共有105頁\編輯于星期四RFRR12uiuouf平衡電阻R2=R1//RF則閉環(huán)放大倍數(shù)為現(xiàn)在是40頁\一共有105頁\編輯于星期四當R1=(開路)或RF

=0(短路)時：uo=ui，Auf=1，稱為電壓跟隨器。uoRFuiR2R1++––++–由運放構成的電壓跟隨器輸入電阻高、輸出電阻低，其跟隨性能比射極輸出器更好。uoui++––++–現(xiàn)在是41頁\一共有105頁\編輯于星期四⑤因反饋類型為電壓串聯(lián)負反饋，故輸入電阻高、輸出電阻低，ri→∞，ro≈0。結論：①因為ui加在同相輸入端，

Auf為正值，即uo與ui

極性相同，兩者同相位。②Auf只與外部電阻R1、RF有關，與運放本身參數(shù)無關。③Auf≥1，不能小于1。④u–=u+

=

ui

≠0，反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象?，F(xiàn)在是42頁\一共有105頁\編輯于星期四例：試寫出如圖電路uo與ui的運算關系式。RFRR12uiuoR3現(xiàn)在是43頁\一共有105頁\編輯于星期四分析題：電路如圖所示，已知UI=1V，試求如下三種情況下的輸出電壓UO：（6分）（1）開關S1和S2同時閉合時；（2）開關S1閉合，S2打開時；（3）開關S1和S2同時打開時?，F(xiàn)在是44頁\一共有105頁\編輯于星期四7.2.2加法(求和)和減法運算電路一、反相加法運算電路因虛短,u–=u+=0

平衡電阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFi1i2ifui1uoRFui2Ri1Ri2++–R2+–因虛斷，i–=0

所以

i1+i2=if

現(xiàn)在是45頁\一共有105頁\編輯于星期四①當R11=R12=R1時：②當R11=R12=RF時：uO=－(uI1+uI2)，

③平衡電阻：R2

=R11∥R12∥RF。說明u－u＋uORFiF－＋∞＋R12R2uI1iI1iI2uI2R11ＲFＲ12ＲFＲ11+uI2)uO=－(uI1ＲFＲ1uO=－(uI1+uI2)加法運算電路現(xiàn)在是46頁\一共有105頁\編輯于星期四1.輸入電阻低，輸出電阻低；2.當改變某一路輸入電阻時，對其它路無影響。反相加法運算電路的特點：ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–ＲFＲi2ＲFＲi1+uI2)uO=－(uI1現(xiàn)在是47頁\一共有105頁\編輯于星期四設計題（10分）:試用集成運放實現(xiàn)如下運算，求出各電阻阻值并畫出電路。（設反饋電阻RF=100kΩ）ui1uo1RFui2Ri1Ri2++–R21+–uoRR++–R22Ri1=20kΩRi2=50kΩ平衡電阻R21=Ri1//Ri2//RF=12.5kΩR=20kΩ，R22=R//R=10kΩ現(xiàn)在是48頁\一共有105頁\編輯于星期四三、減法運算電路

當uI1單獨作用時,uO1=－ＲFＲ1uI1當uI2單獨作用時,RFR1uO2=(1＋)u＋R3R2＋R3u＋=uI2=(1＋RFR1)R3R2＋R3uI2u－u＋uORF－＋∞＋R1R2uI2uI1R3u－u＋uORF－＋∞＋R1R2uI1R3u－u＋uORF－＋∞＋R1R2uI2R3減法運算電路應用疊加定理分析現(xiàn)在是49頁\一共有105頁\編輯于星期四ＲFＲ1R3R2＋R3RFR1=(1＋)uI2－uI1

uO=uO1＋uO2ＲFＲ1uO=(uI2－uI1)Ｒ3Ｒ2ＲFＲ1當=時,①②又當R1=RF時,uO=uI2

–uI1③平衡電阻R2∥R3=R1∥RF。

說明u－u＋uORF－＋∞＋R1R2uI2uI1R3R3/R21＋R3/R2減法運算電路

=k2uI2-k1uI1根據(jù)疊加定理:uO=uO1＋uO2現(xiàn)在是50頁\一共有105頁\編輯于星期四[例2]如圖為兩級運放組成的電路，已知RF1

=R11=R12=30k，RF2

=R2=R3=R4=R5=10k。（1）說明運放A1和A2分別實現(xiàn)何種運算？（2）試寫出輸出電壓uO與輸入電壓uI1、uI2之間的運算關系式。（3）若uI1=0.1V，uI2

=0.2V，uI3

=0.3V，求uO?！蓿鱱I1uI2∞－＋＋△uI3

+uO－R11R12RF1R2R4R3R5RF2A2A1現(xiàn)在是51頁\一共有105頁\編輯于星期四第一級為反相加法運算電路，[解]∞－＋＋△uI1uI2∞－＋＋△uI3

+uO－R11R12RF1R2R4R3R5RF2已知RF1

=R11=R12=30k，RF2

=R2=R3=R4=R5=10k（1）由電路可見：第二級為減法運算電路。uO1現(xiàn)在是52頁\一共有105頁\編輯于星期四ＲF1Ｒ12ＲF1Ｒ11uO1=－(uI1＋uI2)因第一級為反相加法運算電路：（2）uO1∞－＋＋△uI1uI2∞－＋＋△uI3

+uO－R11R12RF1R2R4R3R5RF2已知RF1

=R11=R12=30k，RF2

=R2=R3=R4=R5=10k=－(uI1＋uI2)現(xiàn)在是53頁\一共有105頁\編輯于星期四第二級為減法運算電路：uO1∞－＋＋△uI1uI2∞－＋＋△uI3

+uO－R11R12RF1R2R4R3R5RF2RF2R3(1＋)u2+ＲF2Ｒ3－uO1

uO=＋R5R4+R5RF2R3(1＋)uI3ＲF2Ｒ3－uO1

=＋=－(uI1＋uI2)uO1R5R4+R5RF2R3(1＋)uI3ＲF2Ｒ3（uI1＋

uI2）=＋現(xiàn)在是54頁\一共有105頁\編輯于星期四uO1已知RF1

=R11=R12=30k，RF2

=R2=R3=R4=R5=10k∞－＋＋△uI1uI2∞－＋＋△uI3

+uO－R11R12RF1R2R4R3R5RF2uO

=uI1＋uI2＋uI3R5R4+R5RF2R3(1＋)uI3ＲF2Ｒ3（uI1＋

uI2）=＋現(xiàn)在是55頁\一共有105頁\編輯于星期四=0.6VuO1∞－＋＋△uI1uI2∞－＋＋△uI3

+uO－R11R12RF1R2R4R3R5RF2uO

=uI1＋uI2＋uI3(3)若uI1=0.1V，uI2

=0.2V，uI3

=0.3V，求uO?，F(xiàn)在是56頁\一共有105頁\編輯于星期四

11ui121132212A2A1uoF1uRRRRRRRi2F2

例：電路如下圖所示，試求輸出電壓uO與輸入電壓uI1、uI2之間的運算關系式。說明其實現(xiàn)何種運算?uO1現(xiàn)在是57頁\一共有105頁\編輯于星期四一、積分運算電路

u－=u＋=

0，iI=iC1R1CuO=-

uIdt∫＋uC－u－u＋uOR1－＋∞＋R2uIiCCiIduCdt

CuIR1=uC=u-

-uO

=-

uO平衡電阻R2=R1。

積分運算電路虛地

uIR1=duOdt-C

i＋=i－=

0即：7.2.3積分和微分運算電路現(xiàn)在是58頁\一共有105頁\編輯于星期四若輸入信號電壓為恒定直流量，即ui=Ui

時，則：uitO積分飽和

uotO

ui=Ui>0

ui=–Ui<0

采用集成運算放大器組成的積分電路，由于充電電流基本上是恒定的，故uo是時間t的一次函數(shù)，從而提高了它的線性度。輸出電壓隨時間線性變化Ui–Ui+Uo(sat)–Uo(sat)現(xiàn)在是59頁\一共有105頁\編輯于星期四-++RR2Cuouiuo0uitUom-Uom若輸入為方波則輸出波形為三角波現(xiàn)在是60頁\一共有105頁\編輯于星期四二、微分運算電路u－u＋uORF－＋∞＋R2uIiFC＋uC－iC

u－=u+=

0iF=iC

duCuO=－RFCdtduIuO=－RFCdtduC=CdtuORF－平衡電阻R2=RF。

微分運算電路虛地uC=uI-u-

=uI即：現(xiàn)在是61頁\一共有105頁\編輯于星期四uouI若輸入為方波則輸出波形為尖脈沖u－u＋uORF－＋∞＋R2uIiFC＋uC－iCduIuO=－RFCdt現(xiàn)在是62頁\一共有105頁\編輯于星期四各種基本運算電路小結uo

=

uiRFR1uiuoRFR1R21.反相比例運算電路現(xiàn)在是63頁\一共有105頁\編輯于星期四uo

=

1+

uiRFR12.同相比例運算電路RFRR12uiuo現(xiàn)在是64頁\一共有105頁\編輯于星期四3.反相加法運算電路ui1uoRFui2Ri1Ri2++–R2現(xiàn)在是65頁\一共有105頁\編輯于星期四uoRFR1R2R3ui1i2uuo=1+ui2RFR1R2+R3R3-

ui1RFR14.

減法運算電路現(xiàn)在是66頁\一共有105頁\編輯于星期四5.反相積分運算電路=

–

——–uoR1C１uidt∫１uiCuoＲＲ2現(xiàn)在是67頁\一共有105頁\編輯于星期四6.反相微分運算電路

duidtuo=

–

RF

C

–—uuOiCＲＲF現(xiàn)在是68頁\一共有105頁\編輯于星期四分析題(8分)：電路如下圖所示，試分析運放A1～A4

分別實現(xiàn)何種運算？寫出輸出電壓uO與輸入電壓uI1、uI2間的運算關系式?，F(xiàn)在是69頁\一共有105頁\編輯于星期四7.3.2電壓比較器

電壓比較器的基本功能是對兩個輸入電壓的大小進行比較，以電壓輸出的形式顯示它們的比較結果，當輸入電壓滿足某一條件時輸出電壓發(fā)生躍變。

電壓比較器主要用于對輸入信號進行鑒幅和比較，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路，在波形變換、測量和控制等方面有著相當廣泛的應用，也常用于模擬電路和數(shù)字電路的接口電路。

電壓比較器中的集成運算放大器處于開環(huán)或正反饋工作狀態(tài)，工作在電壓傳輸特性的飽和區(qū)，屬于集成運算放大器的非線性應用。7.2集成運放的信號處理應用現(xiàn)在是70頁\一共有105頁\編輯于星期四(1)u+>

u–

時，

uo=+UOM

，輸出為正的飽和值；(2)u+<

u–

時，

uo=-UOM

，輸出為負的飽和值；

當運放工作在非線性區(qū)時，其處于開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。(3)u+=u–

時，ui=0，輸出電壓產(chǎn)生躍變。uo++u+u–+UCC–UEE–ui+UOM

ui=u+–u–

uo–UOM飽和區(qū)O飽和區(qū)(4)i+=i–0,仍存在“虛斷”現(xiàn)象理想運放工作在飽和區(qū)的特點回顧現(xiàn)在是71頁\一共有105頁\編輯于星期四電壓比較器的分析方法及分類1.

輸出電壓躍變的條件u–u

=+由此可求出電壓比較器的門限電壓UT2.

電壓傳輸特性u–u

>+uo>0；時，u–u

<+uo<0。時，輸出端不接限幅電路時，

uo

=

UOM輸出端接限幅電路(DZ)時，

uo

=

UZ現(xiàn)在是72頁\一共有105頁\編輯于星期四3.

電壓傳輸特性的三要素①輸出電壓的高、低電平值UOH、UOL；②門限(檻)電壓UT

（輸出電壓發(fā)生跳變時所對應的輸入電壓）

；③輸出電壓在輸入電壓經(jīng)過UT時的跳變方向。uoui0UOHUOLUT上行現(xiàn)在是73頁\一共有105頁\編輯于星期四4、電壓比較器的種類①

單限電壓比較器uoui0UOHUOLUT輸出電壓在輸入電壓單方向變化時僅跳變一次，只有一個門限電壓?，F(xiàn)在是74頁\一共有105頁\編輯于星期四UZ-UZUT2UT10uiuo②

滯回電壓比較器輸出電壓在輸入電壓單方向變化時僅跳變一次，但輸入電壓變化方向時門限電壓不同?，F(xiàn)在是75頁\一共有105頁\編輯于星期四③

窗口電壓比較器有兩個門限電壓，但輸出電壓在輸入電壓單方向變化時可跳變兩次?，F(xiàn)在是76頁\一共有105頁\編輯于星期四電壓傳輸特性由“虛斷路”的概念一、單限電壓比較器uiuoURR2++–R1+–++––當u+>u–

時，uo=+UOM

即ui>UR時，uo=+UOM可見，在ui=UR處輸出電壓uo發(fā)生跳變。參考電壓

u+=ui，u–

=UR即

ui

<UR

時，uo=–

UOM當

u+<u–

時，uo=–UOM

–UOM

+UOMuiuoOUR單限電壓比較器：當ui

單方向變化時，uo

只跳變一次。1.輸入信號接在同相輸入端現(xiàn)在是77頁\一共有105頁\編輯于星期四ui<UR時，u+>u

-，uo=+UOMui

>

UR時，u+<

u

-

，uo=–UOMURuouiR2++–R1+–++––2.輸入信號接在反相輸入端電壓傳輸特性–UOM+UOMuiuoOUR

u+=UR，u–

=ui現(xiàn)在是78頁\一共有105頁\編輯于星期四uiuoURR2++–R1+–++––Ot+UOM–UOMuouitO2Vt1t2

將三角波變換為矩形波

–UOM

+UOMuiuoO2Vt3t4

分析題(5分)：電壓比較器電路及輸入電壓ui波形如圖所示，已知輸入電壓幅值為±4V，門限電壓UR=2V，

試畫出輸出電壓uo對應的波形。

解：＋4V-4V現(xiàn)在是79頁\一共有105頁\編輯于星期四3.輸出帶限幅的單限電壓比較器設穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略穩(wěn)壓管的正向導通壓降則ui

<

UR，uo

=+UZ

ui>UR，uo=–UZUZ–UZuo'RDZURuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–UOM+UOMuiuoOURui<UR時，uo'

=+UOM

ui

>UR

時，uo'

=–

UOM

現(xiàn)在是80頁\一共有105頁\編輯于星期四4.單限過零電壓比較器(UR=0)-UOMUOM

同相輸入過零比較器uiuo0R1R2uouiUOM-UOM

反相輸入過零比較器uiuo0R1R2uoui現(xiàn)在是81頁\一共有105頁\編輯于星期四單限過零電壓比較器的應用利用過零比較器將正弦波變換為方波URuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–UOM+UOMuiuoOUR=0tuiOtuo+UOM–UOMO現(xiàn)在是82頁\一共有105頁\編輯于星期四[例]如圖所示是利用運放比較器組成的過溫保護電路，R3是負溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時，阻值變小，KA是繼電器，要求該電路在溫度超過上限值時，繼電器動作，自動切斷加熱電源。試分析該電路的工作原理。[解]從圖中可得：在溫度正常時，uI＜UR，uO=－UOM晶體管T截止，uOR1

－＋∞＋R2uI＋UCCR4R3UR

T

KA

R4R3＋R4uI=UCC(1)u+

=R2R1＋R2UR=UCC(2)u-

=iC=0→KA線圈不通電,→KA不會動作?，F(xiàn)在是83頁\一共有105頁\編輯于星期四根據(jù)公式(1)可知uI增加，uO=＋UOM晶體管T飽和導通，→

KA線圈通電→KA產(chǎn)生動作，繼電器吸合→切除加熱電源→實現(xiàn)過溫保護。uOR1

－＋∞＋R2uI＋UCCR4R3UR

T

KA

當溫度上升時，R3的阻值下降；R4R3＋R4uI=UCC(1)

uI

≥

UR，當溫度超過上限值時，iC現(xiàn)在是84頁\一共有105頁\編輯于星期四二、滯回電壓比較器上門限電壓下門限電壓

電路中引入正反饋(1)提高了比較器的響應速度；(2)輸出電壓的躍變不是發(fā)生在同一門限電壓上。RF當uo=+UOM，則有：當uo

=–UOM，則有：門限電壓受輸出電壓的控制R2uoui++–R1+–+–－－，分析現(xiàn)在是85頁\一共有105頁\編輯于星期四uo=+UOM

uo

=–UOM可見：uiuoO

–UOM+UOM電壓傳輸特性現(xiàn)在是86頁\一共有105頁\編輯于星期四上門限電壓UT1：ui逐漸增加時的門限電壓下門限電壓UT2：ui

逐漸減小時的門限電壓uiuoO

–UOM+UOM電壓傳輸特性兩次跳變之間具有遲滯特性——滯回比較器現(xiàn)在是87頁\一共有105頁\編輯于星期四例：某滯回電壓比較器的電壓傳輸特性如圖(a)所示，比較器的輸入電壓ui的波形如圖(b)所示，試畫出輸入電壓uo的波形。uiuoO

–UOM+UOM(a)uitOuoOt(b)+UOM–UOM解：現(xiàn)在是88頁\一共有105頁\編輯于星期四三、窗口電壓比較器①當

uI＜URL時,

uO1=－UOMuO2=＋UOMuO=uO2

=＋UOM電路如圖所示，已知URH>URL則二極管D1截止、D2導通，輸出電壓為：uRHuO2uO1

D1

uO－＋∞＋uRL－＋∞＋uIA1A2D2現(xiàn)在是89頁\一共有105頁\編輯于星期四②當

uI>URH時,

uO1=＋UOMuO2=

－UOMuO=uO1

=＋UOM

URH>URL則二極管D1導通、D2截止，輸出電壓為：uRHuO2uO1

D1

uO－＋∞＋uRL－＋∞＋uIA1A2D2現(xiàn)在是90頁\一共有105頁\編輯于星期四

uO1=－UOMuO2=

－

UOMuO=0

URH>URL則二極管D1、D2均截止，輸出電壓為：③當URL＜uI＜URH時,uRLuRHuIuOO+uOM電壓傳輸特性uRHuO2uO1

D1

uO－＋∞＋uRL－＋∞＋uIA1A2D2現(xiàn)在是91頁\一共有105頁\編輯于星期四

電壓比較器小結1.在電壓比較器中，集成運放工作在非線性區(qū)，輸出電壓只有高、低電平兩種數(shù)值；2.輸出電壓與輸入電壓的關系一般用電壓傳輸特性來描述；3.

電壓傳輸特性的三個要素是：①輸出電壓的高、低電平值UOH、UOL（取決于電源電壓或限幅電路）；②門限電壓UT（令u+=u-時求出的輸入電壓uI就是門限電壓)；③輸出電壓在輸入電壓經(jīng)過門限電壓UT時的跳變方向。現(xiàn)在是92頁\一共有105頁\編輯于星期四填空題（每空2分）：1.常用的電壓比較器有

、

和