模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課件 （張菁）第5、6章 電子電路中的負反饋、信號運算與處理電路

一、反饋的基本概念二、交流負反饋的四種組態(tài)三、反饋的判斷一、反饋的基本概念1.什么是反饋

電子電路輸出量的一部分或全部通過一定的方式引回到輸入回路，影響輸入量，稱為反饋。要研究哪些問題？怎樣引回是從輸出電壓還是輸出電流引出反饋影響輸入電壓還是輸入電流多少怎樣引出

反饋放大電路可用方框圖表示。2.正反饋和負反饋

從反饋的結(jié)果來判斷，凡反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的為負反饋，否則為正反饋；引入反饋后其變化是增大？還是減?。恳敕答伜笃渥兓窃龃螅窟€是減?。?/p>

或者，凡反饋的結(jié)果使凈輸入量減小的為負反饋，否則為正反饋。3.直流反饋和交流反饋

直流通路中存在的反饋稱為直流反饋，交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。交流負反饋直流負反饋4.局部反饋和級間反饋

只對多級放大電路中某一級起反饋作用的稱為局部反饋，將多級放大電路的輸出量引回到其輸入級的輸入回路的稱為級間反饋。通過R3引入的是局部反饋通過R4引入的是級間反饋通常，重點研究級間反饋或稱總體反饋。二、反饋的判斷

1.有無反饋的判斷

“找聯(lián)系”：找輸出回路與輸入回路的聯(lián)系，若有則有反饋，否則無反饋。引入反饋了嗎？將輸出電壓全部反饋回去無反饋

有無反饋的判斷：“找聯(lián)系”：是找輸出回路與輸入回路的聯(lián)系，不僅是輸出端與輸入端的聯(lián)系！既在輸入回路又在輸出回路，因而引入了反饋。2.直流反饋和交流反饋的判斷僅有直流反饋僅有交流反饋

“看通路”，即看反饋是存在于直流通路還是交流通路。設(shè)以下電路中所有電容對交流信號均可視為短路。

直流反饋和交流反饋的判斷:交、直流反饋共存僅有直流反饋3.

正、負反饋（反饋極性）的判斷“看反饋的結(jié)果”，即凈輸入量是被增大還是被減小。瞬時極性法：給定的瞬時極性，并以此為依據(jù)分析電路中各電流、電位的極性從而得到的極性；的極性→的極性→、、的疊加關(guān)系－－正反饋－－負反饋例題.

正、負反饋的判斷反饋量是僅僅決定于輸出量的物理量,而與輸入量無關(guān)。

在判斷集成運放構(gòu)成的反饋放大電路的反饋極性時，凈輸入電壓指的是集成運放兩個輸入端的電位差，凈輸入電流指的是同相輸入端或反相輸入端的電流。反饋量反饋電流反饋量僅決定于輸出量凈輸入電流減小，引入了負反饋凈輸入電流增大，引入了正反饋4.電壓反饋和電流反饋的判斷電路引入了電壓負反饋

令輸出電壓為0，若反饋量隨之為0，則為電壓反饋；若反饋量依然存在，則為電流反饋。

電壓反饋和電流反饋的判斷:僅受基極電流的控制電路引入了電流負反饋反饋電流5.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷

在輸入端，輸入量、反饋量和凈輸入量以電壓的方式疊加，為串聯(lián)反饋；以電流的方式疊加，為并聯(lián)反饋。引入了并聯(lián)反饋引入了串聯(lián)反饋負反饋的類型有：AF+–判別圖示電路的反饋類型17ui+–R1R2uoRF+–+–+RLud+–uf+–

凈輸入信號反饋電壓uf與ui在輸入端以電壓形式作比較，兩者串聯(lián)，故為串聯(lián)反饋。1.電壓串聯(lián)負反饋首先用電位的瞬時極性判別反饋的正、負。AF+–ufuduiuo電壓串聯(lián)負反饋方框圖判別圖示電路的反饋類型2.電壓并聯(lián)負反饋AF+–uiuoifidiiuoR1R2RF+–ui+–+–+RLidif

ii-

凈輸入電流反饋電流取自輸出電壓，并與之成正比，故為電壓反饋。

if與ii在輸入端以電流形式作比較，兩者并聯(lián)，故為并聯(lián)反饋。電壓并聯(lián)負反饋方框圖19

為負反饋；反饋電壓與輸出電流成比，故為電流反饋；判別圖示電路的反饋類型3.電流串聯(lián)負反饋AF+–ufuduiio電流串聯(lián)負反饋方框圖uf與ui

在輸入端串聯(lián)，故為串聯(lián)反饋。R2uoR+–+–+RLud+–

uf+–ioui+–20圖中判別圖示電路的反饋類型4.電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋方框圖AF+–uiioidiiififRFiRuRRui+–+–+RL

ioR1iiidR2-分立元件放大電路中反饋的分析

圖示電路有無引入反饋？是直流反饋還是交流反饋？是正反饋還是負反饋？若為交流負反饋，其組態(tài)為哪種？3.若在第三級的射極加旁路電容，且在輸出端和輸入端跨接一電阻，則反饋的性質(zhì)有何變化？+__+++_uF

1.若第三級從射極輸出，則電路引入了哪種組態(tài)的交流負反饋？

2.若在第三級的射極加旁路電容，則反饋的性質(zhì)有何變化？引入了電流串聯(lián)負反饋RAAF+–5.2負反饋放大電路的方框圖及一般表達式一、負反饋放大電路的方框圖

分別為輸入信號、輸出信號和反饋信號；開環(huán)放大倍數(shù)-----無反饋時放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)；AF+–所以：閉環(huán)放大倍數(shù)：反饋系數(shù)：AF+–反饋深度:(說明反饋強弱的一個重要的物理量)1)若,則,即引入負反饋；

2)若,則,即引入正反饋；

3)負反饋時,若,則AF+–二、負反饋放大電路的一般表達式——深度負反饋27反饋放大電路的基本方程+–AF+–AF

同相，所以

AF是正實數(shù)

負反饋時,例：|A|=300，|F|=0.01。加入負反饋無負反饋FufAuiuo大小接近正弦波uouiA+–uiduf---引入負反饋使電路的通頻帶寬度增加無負反饋f|Am|0.707|Am|Of′2|Amf|f2|Af|,|Af|0.707|Amf|33uiubeib++––在同樣的

ib下，ui=ube+uf

>ube，所以

rif

提高。無負反饋時：有負反饋時：uf+–34if無負反饋時：有負反饋時：iiibube+–35

電壓負反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。

電流負反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。36四種負反饋對ri和ro的影響riro減低增高增高增高增高減低減低減低串聯(lián)電壓串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)電流思考題：為了分別實現(xiàn)

(a)

穩(wěn)定輸出電壓；(b)

穩(wěn)定輸出電流；

(c)

提高輸入電阻；(d)

降低輸出電阻；

(e)提高輸出電阻；(f)降低輸入電阻；

(g)穩(wěn)定靜態(tài)工作點；(h)穩(wěn)定動態(tài)值。應(yīng)引入哪種類型的負反饋？返回371.要穩(wěn)定靜態(tài)工作點，應(yīng)引入直流負反饋；2.要改善動態(tài)性能，應(yīng)引入交流負反饋；3.要穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)引入電壓負反饋；4.要穩(wěn)定輸出電流，應(yīng)引入電流負反饋；5.要提高輸入電阻，應(yīng)引入串聯(lián)負反饋；6.要減小輸入電阻，應(yīng)引入并聯(lián)負反饋；7.要提高輸出電阻，應(yīng)引入電流負反饋；8.要減小輸出電阻，應(yīng)引入電壓負反饋；一、深度負反饋的實質(zhì)凈輸入量可忽略不計5.4負反饋放大電路的分析計算AF+–二、深度負反饋條件下電壓放大倍數(shù)的估算1.電壓串聯(lián)負反饋電路2.電壓并聯(lián)負反饋電路Rif很小為什么?為什么?2.電壓并聯(lián)負反饋電路（續(xù)）3.電流串聯(lián)負反饋電流4.電流并聯(lián)負反饋電路為什么?為什么?Rif很小深度負反饋條件下四種組態(tài)負反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)反饋組態(tài)電壓串聯(lián)電壓并聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)

討論一

求解在深度負反饋條件下電路的電壓放大倍數(shù)。+__+++_uF比較兩電路

討論二

求解在深度負反饋條件下電路的電壓放大倍數(shù)。

1.第三級從射極輸出；

2.若在第三級的射極加旁路電容，且在輸出端和輸入端跨接一電阻。R5.理想運放情況下負反饋放大電路的估算因為uo為有限值，Aod＝∞，所以uN－uP＝0，即因為rid＝∞，所以

理想運放參數(shù)特點：Aod＝∞，rid＝∞，ro＝0。電路特征：反饋網(wǎng)絡(luò)為無源網(wǎng)絡(luò)，如圖。uN＝uP-------虛短路iN＝iP＝0-----虛斷路求解放大倍數(shù)的基本出發(fā)點

討論三

利用“虛短”、“虛斷”求解電路。為深度電壓串聯(lián)負反饋虛短例1：估算圖示電路的電壓放大倍數(shù)。解：uf虛斷虛地為深度電壓并聯(lián)負反饋解：（1）判別反饋組態(tài)

電壓并聯(lián)負反饋。（2）

例2：在深度負反饋條件，試求電壓放大倍數(shù)。（1）判別反饋組態(tài)

電流串聯(lián)負反饋。（2）例3：

在深度負反饋條件，試求電壓放大倍數(shù)。5.6負反饋放大電路的穩(wěn)定性

對于多級放大電路，如果引入過深的負反饋，可能引起自激振蕩。一、產(chǎn)生自激振蕩的原因和條件放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為：在中頻段，

放大電路沒有輸入信號，但仍有一定頻率和幅度的輸出信號，這種現(xiàn)象稱為自激振蕩。在高、低頻段，放大倍數(shù)和反饋系數(shù)的模和相角都隨頻率變化，使。幅頻特性fOfL-20dB/十倍頻fH20dB/十倍頻-270o-225o-135o-180o相頻特性-90o10fL0.1fL0.1fH10fHfO

單管阻容耦合共射放大電路的頻率響應(yīng)可見，在低、高頻段，放大電路分別產(chǎn)生了0

~+90

和0

~-90

的附加相移。

兩級放大電路將產(chǎn)生0

~

180

附加相移；三級放大電路將產(chǎn)生0

~

270

的附加相移。對于多級放大電路，如果某個頻率的信號產(chǎn)生的附加相移為180o，而反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻，則：滿足自激振蕩的相位條件，如果同時滿足自激振蕩的幅值條件，放大電路將產(chǎn)生自激振蕩。-270o-225o-135o-180o相頻特性-90o10fL0.1fL0.1fH10fHfO

但三級放大電路，在深度負反饋條件下，對于某個頻率的信號，既滿足相位條件，也滿足幅度條件，可以產(chǎn)生自激振蕩。結(jié)論：

單級放大電路不會產(chǎn)生自激振蕩；

兩級放大電路當(dāng)頻率趨于無窮大或趨于零時，雖然滿足相位條件，但不滿足幅度條件，所以也不會產(chǎn)生自激振蕩；

2、自激振蕩的條件AF+–1、判斷方法利用負反饋放大電路回路增益的波特圖，分析是否同時滿足自激振蕩的幅度和相位條件。二、負反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷滿足自激振蕩的幅度條件頻率為f0,滿足自激振蕩的相位條件頻率為f

∏

。(1)因為存在f

∏

，且

f∏＜

f0

，則電路不穩(wěn)定。判斷方法:（2）雖然存在

f∏

，但f∏

＞

f0

，則電路穩(wěn)定，不產(chǎn)生自激振蕩。判斷方法小結(jié)如下：

1）若不存在f∏，則電路穩(wěn)定2）若存在f

∏，且

f∏

＜

f0，則電路不穩(wěn)定，必然產(chǎn)生自激振蕩。3）若存在f∏，但f

∏＞

f0

，則電路穩(wěn)定，不產(chǎn)生自激振蕩。2、穩(wěn)定裕度

當(dāng)環(huán)境溫度、電路參數(shù)及電源電壓等在一定范圍內(nèi)變化時，為保證放大電路也能滿足穩(wěn)定條件，要求放大電路要有一定的穩(wěn)定裕度。（1）幅值裕度Gm

對于穩(wěn)定的負反饋放大電路，Gm為負值。Gm值愈負，負反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求Gm≤-10dB。（2）相位裕度

m當(dāng)f=f0時，負反饋放大電路穩(wěn)定

對于穩(wěn)定的負反饋放大電路，

m為正值。

m值愈大，負反饋放大電路愈穩(wěn)定。一般要求

m≥45

例1：已知負反饋放大電路的波特圖，判斷電路的穩(wěn)定性f/HZf/HZf∏60402000-90°-180°

AF

(a)產(chǎn)生自激

由波特圖中的相頻特性可見，當(dāng)f=f∏時，相位移

AF=-180o，滿足相位條件；結(jié)論：當(dāng)f=f∏

時，電路同時滿足自激振蕩的相位條件和幅度條件，將產(chǎn)生自激振蕩。

此頻率對應(yīng)的對數(shù)幅頻特性位于橫坐標軸之上，即：f∏f/HZf/HZ604020OO-90°-180°

AFf0f0(b)不產(chǎn)生自激f∏f∏

結(jié)論：該負反饋放大電路不會產(chǎn)生自激振蕩，能夠穩(wěn)定工作。

由負反饋放大電路的波特圖可見，當(dāng)f=f∏，相位移

AF=-180o時例2：已知負反饋放大電路的波特圖，判斷電路的穩(wěn)定性三、負反饋放大電路自激振蕩的消除方法

為保證放大電路穩(wěn)定工作，對于三級或三級以上的負反饋放大電路，需采取適當(dāng)措施破壞自激振蕩的幅度條件和相位條件。最簡單的方法是減小反饋系數(shù)或反饋深度，使得在滿足相位條件時不滿足幅度條件。

但是，由于反饋深度下降，不利于放大電路其他性能的改善，因此通常采用接入電容或RC元件組成校正網(wǎng)絡(luò)，以消除自激振蕩。消除自激振蕩的方法1.簡單滯后補償常用的方法為滯后補償方法。

設(shè)放大電路為直接耦合方式，反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)。

在最低的上限頻率所在回路加補償電容。補償電容1.簡單滯后補償（續(xù)）最大附加相移為-135°

具有45°的相位裕度，故電路穩(wěn)定補償前補償后

滯后補償法是以頻帶變窄為代價來消除自激振蕩的。2.

RC

滯后補償：在最低的上限頻率所在回路加補償。

上式表明，最大附加相移為－180o，不滿足起振條件，閉環(huán)后一定不會產(chǎn)生自激振蕩，電路穩(wěn)定。RRC

滯后補償與簡單滯后補償比較簡單補償后的幅頻特性RC滯后補償后的幅頻特性補償前

滯后補償法消振均以頻帶變窄為代價，RC滯后補償較簡單電容補償使頻帶的變化小些。為使消振后頻帶變化更小，可考慮采用超前補償?shù)姆椒ǎ?。[例1]

已知放大電路幅頻特性近似如圖所示。引入負反饋時，反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，且其參數(shù)的變化對基本放大電路的影響可忽略不計?；卮鹣铝袉栴}：（2）若引入負反饋系數(shù)F=1則電路是否會產(chǎn)生自激振蕩？（1）當(dāng)Hz，310=f（3）若想引入負反饋后電路穩(wěn)定，則

的上限值約為多少？解：

A的表達式為:（1）當(dāng)Hz，310=f所以放大電路一定會產(chǎn)生自激振蕩（2）由（1）知當(dāng)Hz，且當(dāng)0時，因310=ff=f（3）為了使Hz，

試問電路閉環(huán)后會產(chǎn)生自激振蕩嗎？若已知反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，且，則使電路不產(chǎn)生自激振蕩的的上限值為多少？[例2]A的表達式為解：當(dāng),電路不產(chǎn)生自激振蕩需滿足作業(yè)5.11題作業(yè)5.12題作業(yè)5.15題1.了解集成運放的基本組成及主要參數(shù)的意義；2.理解運算放大器的電壓傳輸特性，理解理想運算放大器并掌握其基本分析方法；3.理解用集成運放組成的比例、加減、微分和積分運算電路的工作原理，了解有源濾波器的工作原理；4.理解電壓比較器的工作原理和應(yīng)用。本章要求第6章信號運算與處理電路6.1基本運算電路

集成運算放大器與外部電阻、電容、半導(dǎo)體器件等構(gòu)成閉環(huán)電路后，能對各種模擬信號進行比例、加法、減法、微分、積分、對數(shù)、反對數(shù)、乘法和除法等運算?；仡櫥具\算電路：1、同向比例器T形反饋網(wǎng)絡(luò)反相比例運算電路2、反向比例器一、加法運算電路

1.反相加法運算電路因虛短,u–=u+=0

平衡電阻：

因虛斷，i–=0

所以令

有:方法二：利用疊加原理

首先求解每個輸入信號單獨作用時的輸出電壓，然后將所有結(jié)果相加，即得到所有輸入信號同時作用時的輸出電壓。2024/9/249/24/20242.同相加法運算電路由虛斷，反相輸入端電壓為:對于同相輸入端，解之得:其中，

平衡電阻：

方法2.

疊加原理：設(shè)R1∥R2∥R3∥R4＝R∥Rf利用疊加原理求解：令uI2=uI3=0，求uI1單獨作用時的輸出電壓

在求解運算電路時，應(yīng)選擇合適的方法，使運算結(jié)果簡單明了，易于計算。同理可得，

uI2、uI3單獨作用時的uO2、uO3，形式與uO1相同，uO=uO1+uO2+uO3。物理意義清楚，計算麻煩！2024/9/24二、減法運算電路由虛斷可得：由虛短可得：分析方法1：ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––如果取R1

=R2

，R3

=RF

如R1

=R2

=R3

=RF

R2//R3

=R1

//RF分析方法2：利用疊加原理

減法運算電路可看作是反相比例運算電路與同相比例運算電路的疊加。u+ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––由于“虛斷”，i-

=0，故iC

=iR又由于“虛地”，u+

=u-=0

可見，輸出電壓正比于輸入電壓對時間的微分。2、實現(xiàn)波形變換，如將方波變成雙向尖頂波。1.基本微分運算電路微分電路的作用：1、微分電路的作用有移相功能。三、微分運算電路2.實際微分運算電路

為了克服集成運放的阻塞現(xiàn)象和自激振蕩，實用電路應(yīng)采取措施。限制輸入電流限制輸出電壓幅值滯后補償2024/9/249/24/20243.比例-微分運算電路上式表明：輸出電壓是對輸入電壓的比例-微分

控制系統(tǒng)中，PD調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)過程中起加速作用，即使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度和工作穩(wěn)定性?！?/p>

PD調(diào)節(jié)器uoC1uiR2RF++––++

–

R1ifiRiC1、積分運算電路由于“虛地”，u-

=0，故uO=-uC由于“虛斷”，iR

=iC

，故ui

=iRR=iCR得：τ=RC——積分時間常數(shù)四、積分運算電路移相2、利用積分運算的基本關(guān)系實現(xiàn)不同的功能1)輸入為階躍信號時的輸出電壓波形？2)輸入為方波時的輸出電壓波形？3)輸入為正弦波時的輸出電壓波形？線性積分，延時波形變換2024/9/249/24/2024

3、比例-積分運算電路：將比例運算和積分運算結(jié)合上式表明：輸出電壓是對輸入電壓的比例-積分

這種運算器又稱PI

調(diào)節(jié)器,常用于控制系統(tǒng)中,以保證自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。改變RF

和CF，可調(diào)整比例系數(shù)和積分時間常數(shù),以滿足控制系統(tǒng)的要求。ifi1uoCFuiR2R1++––++

–

RF由二極管方程知當(dāng)uD

UT

時，或：利用“虛地”原理，可得：用三極管代替二極管可獲得較大的工作范圍。1)采用二極管對數(shù)運算電路五、對數(shù)與反對數(shù)運算電路

1.對數(shù)運算電路2)采用三極管對數(shù)運算電路當(dāng)uI

>0時，根據(jù)集成運放反相輸入端“虛地”及“虛斷”的特點，可得：所以：可見，輸出電壓正比于輸入電壓的指數(shù)。指數(shù)運算電路2.反對數(shù)運算電路6.3

集成運放應(yīng)用舉例

在自動控制和非電測量等系統(tǒng)中，常用各種傳感器將非電量(如溫度、應(yīng)變、壓力和流量等)的變化轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流)，而后輸入系統(tǒng)。但這種非電量的變化是緩慢的，電信號的變化量常常很小(一般只有幾毫伏到幾十毫伏)，所以要將電信號加以放大。

測量放大電路的作用是將測量電路或傳感器送來的微弱信號進行放大，再送到后面電路去處理。一般對測量放大電路的要求是輸入電阻高、噪聲低、穩(wěn)定性好、精度及可靠性高、共模抑制比大、線性度好、失調(diào)小、并有一定的抗干擾能力。一、電流源電路如圖所示，它實際上是一個電流串聯(lián)負反饋電路，在理想的情況下有：

所以輸出電流IL為

即IL與負載電阻RL無關(guān)，又因為該電路引入的是電流串聯(lián)負反饋，其輸入電阻和輸出電阻均很大，具有電流源性質(zhì)。 此時輸出電壓UL為二、

電壓源電路如圖所示，它實際上是一個電壓串聯(lián)負反饋電路，在理想的情況下有：

輸出電壓的大小與負載電阻RL無關(guān)，由于該電路引入的是電壓串聯(lián)負反饋，其輸入電阻很大，輸出電阻很小，具有電壓源性質(zhì)。三、直流電壓表電流表的內(nèi)阻為Rg，從圖中可得被測電壓UX為

若電阻R=10Ω，當(dāng)微安表的滿量程讀數(shù)為100μA時，直流毫伏表的滿量程為100

10-6A

10Ω=10-3V=1mV。該毫伏表的特點是：

1、能測量小于1mV的微弱信號，靈敏度高；

2、具有很高的輸入電阻；

3、同時毫伏表的滿量程電壓值不受表頭內(nèi)阻Rg阻值的影響，只要是100μA滿量程的電流表均可利用，互換性較好。

直流電壓表如果將上述1mV表頭作為基本元件，配以分壓器，就可以構(gòu)成多量程的直流電壓表，電路如圖所示。四、測量放大器-精密相減器+–ui1++∞R2++∞uo2uo1uoR6R6R4R4++∞R2R1+ui2ui+A2A1A3

––––––+對A1和A2有對A3有

改變R1的阻值，即可調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)五、電壓-電流轉(zhuǎn)換電路

設(shè)集成運放是理想的，利用“虛短”和“虛斷”的概念，可知uN=uP=0，i0=iR，從而可得

iO與uI成線性關(guān)系，且與負載電阻RL無關(guān)，實現(xiàn)了電壓-電流轉(zhuǎn)換。電壓-電流轉(zhuǎn)換電路

豪蘭德（Howland）電流源電路。設(shè)集成運放是理想的，利用“虛短”和“虛斷”的概念，可知uN=uP，i1=if，列出節(jié)點N和節(jié)點P的KCL方程分別為求解可得

若取

六、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路

該電路中引入了電壓并聯(lián)負反饋，在理想運放條件下，輸入電阻Rif=0，因而if=iS，所以輸出電壓七、

高精度整流電路工作原理如下：

1、當(dāng)ui<0時，集成運放的輸出電壓uA>0，二極管D2截止，D1導(dǎo)通，集成運放工作在深度負反饋狀態(tài)，這時的電路相當(dāng)于反相比例電路，因此輸出電壓uo為

當(dāng)R1=Rf時，uo=-ui，由于ui<0，所以輸出電壓uo為正值。

2、當(dāng)ui>0時，uA<0，二極管D2導(dǎo)通，集成運放仍然工作在深度負反饋狀態(tài)，且uA

-0.7V，D1截止，反饋電阻Rf上沒有電流流過。又因為集成運放的反相輸入端為虛地點，所以輸出電壓uo=0。

高精度整流電路綜上所述，可以畫出它的輸入輸出波形如圖所示，在電路中即使輸入電壓小于二極管的死區(qū)電壓，輸出電壓uo仍為

|-ui|。所以該整流電路具有較高的精度。

高精度整流電路如果利用反相求和電路，讓圖電路的輸出-Kui與ui相加，就可以實現(xiàn)全波整流，電路如圖所示。

濾波器是一種選頻電路。

它能選出有用的信號，而抑制無用的信號，使一定頻率范圍內(nèi)的信號能順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減很大。

無源濾波器：由電阻、電容和電感組成的濾波器。

有源濾波器：含有運算放大器的濾波器。

缺點：低頻時體積大，很難做到小型化。

優(yōu)點：體積小、效率高、頻率特性好。6.4

有源濾波電路一、濾波器的基礎(chǔ)知識1、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LPF；高通濾波器HPF；帶通濾波器BPF；帶阻濾波器BEF；2）按所用元件分類模擬濾波器和數(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

低通帶通帶阻2、四種典型的頻率特性高通

3、無源濾波電路和有源濾波電路2024/9/24負載變化，通帶放大倍數(shù)和截止頻率均變化。空載時帶負載時

無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負載變化；有源濾波電路的濾波參數(shù)不隨負載變化，可放大，不能輸出高電壓大電流。有源濾波電路

用電壓跟隨器隔離濾波電路與負載電阻2024/9/242024/9/241、有源低通濾波器uoRFR1Cui+–+–uC+–+–+R由同相比例運算關(guān)系得：二、一階有源濾波器2.電壓傳遞函數(shù)：幅角為:其模為:3.幅頻特性：

低通濾波器具有使低頻信號易通過，而抑制高頻信號的作用。時，時，時，O

n

頻率特性

當(dāng)

>

n時，|T(j

)|

衰減很快，稱一階有源低通濾波器。uoRFR1Cui+–+–uC+–+–+R

特點：一階低通有源濾波器與無源低通濾波器的通帶截止頻率相同；但通帶電壓放大倍數(shù)得到提高。

缺點：一階低通有源濾波器在f>f0

時，濾波特性不理想。對數(shù)幅頻特性下降速度為-20dB/十倍頻。

解決辦法：采用二階低通有源濾波器。一階有源低通濾波器：

為了改善濾波效果，使

>

0時信號衰減得更快些，常將兩節(jié)RC濾波環(huán)節(jié)串接起來，組成二階有源低通濾波器。uoRFCR++

–

R1+–ui+–RC一階二階幅頻特性

0|Auf0||T(j

)|

O

為了改善濾波效果，使

>

0時信號衰減得更快些，常將兩節(jié)RC濾波環(huán)節(jié)串接起來，組成二階有源低通濾波器。二階有源低通濾波器：二、有源高通濾波器RFR1Cui+–+–+–+Ruo1.電路：

由同相比例運算關(guān)系得出其模為幅角為2.電壓傳遞函數(shù)：時，時，時，高通濾波器具有使高頻信號易通過，而抑制低頻信號的用。頻率特性O(shè)

0

一階有源高通濾波器，當(dāng)

＜

0時，|T(j

)|

衰減很快。

為了改善濾波效果，使

＜

0時信號衰減得更快些，常將兩節(jié)RC濾波環(huán)節(jié)串接起來，組成二階有源低通濾波器。3.幅頻特性：

二階有源高通濾波器RFR1Cui+–+–+–+Ruo三、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fHfO低通ffLO高通阻阻fHfLfO通阻阻fH通二階有源帶通濾波電路四、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低通f1f2fO高通低通高通fO常用有源帶阻濾波電路——中心頻率——通帶電壓放大倍數(shù)常用有源帶阻濾波電路運算電路與有源濾波器的比較相同之處電路中均引入深度負反饋，因而集成運放均工作在線性區(qū)。均具有“虛短”和“虛斷”的特點，均可用節(jié)點電流法求解電路。不同之處運算電路研究的是時域問題，有源濾波電路研究的是頻域問題；測試時，前者是在輸入信號頻率不變或直流信號下測量輸出電壓與輸入電壓有效值或幅值的關(guān)系，后者是在輸入電壓幅值不變的情況下測量輸出電壓幅值與輸入電壓頻率的關(guān)系。運算電路用運算關(guān)系式描述輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系，有源濾波器用電壓放大倍數(shù)的幅頻特性描述濾波特性。一、概述1.電壓比較器的功能：比較電壓的大小。廣泛用于各種報警電路。輸入電壓是連續(xù)的模擬信號；輸出電壓表示比較的結(jié)果，只有高電平和低電平兩種情況。使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓。2.電壓比較器的描述方法:電壓傳輸特性uO＝f(uI)電壓傳輸特性的三個要素：（1）輸出高電平UOH和輸出低電平UOL（2）閾值電壓UT（3）輸入電壓過閾值電壓時輸出電壓躍變的方向6.5電壓比較器3.

幾種常用的電壓比較器（1）單限比較器：只有一個閾值電壓（3）窗口比較器：有兩個閾值電壓，輸入電壓單調(diào)變化時輸出電壓躍變兩次。（2）滯回比較器：具有滯回特性輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次。回差電壓4、集成運放的非線性工作區(qū)電路特征：集成運放處于開環(huán)或僅引入正反饋集成運放工作在非線性區(qū)的特點1.輸出只有兩種可能+Uo

(sat)

或–Uo(sat)

當(dāng)u+>u－

時，uo=+Uo

(sat)

u+<u－

時，uo=–Uo(sat)

不存在“虛短”現(xiàn)象

2.i+=i－

0仍存在“虛斷”現(xiàn)象uo

u+–u–

–Uo(sat)+Uo(sat)O飽和區(qū)二、單限電壓比較器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI>0時uO＝－UOM;uI<0時uO＝＋UOM

集成運放的凈輸入電壓等于輸入電壓，為保護集成運放的輸入端，需加輸入端限幅電路。集成運放的凈輸入電壓最大值為±UD1、過零電壓比較器電壓傳輸特性

–Uo(sat)

+Uo(sat)運放處于開環(huán)狀態(tài)閾值電壓(門限電平)：輸出躍變所對應(yīng)的輸入電壓。uiuoOURURuouiR2++

–

R1+–++––當(dāng)ui<UR時，uo=+Uo

(sat)

ui

>UR

時，uo=–

Uo

(sat)參考電壓2、任意電壓比較器uitOUROuot

+Uo

(sat)

–Uo

(sat)t1t2當(dāng)ui

單方向變化時，uo

只變化一次。URuouiR2++

–

R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR例如：若UR=0,過零電壓比較器利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲妷簜鬏斕匦渊CUo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR=0tuiOtuo+Uo(sat)–Uo(sat)OURuouiR2++

–

R1+–++––輸出帶限幅的電壓比較器設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略穩(wěn)壓管的正向?qū)▔航祫tui

<

UR，uo

=UZ

ui>UR，uo

=–UZUZ

–UZ

電壓傳輸特性

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOURui<UR時，uo'

=+Uo

(sat)

ui

>UR

時，uo'

=–

Uo

(sat)

uo'RDZURuouiR2++

–

R1+–++––3.一般單限比較器（1）若要UT<0，則應(yīng)如何修改電路？（2）若要改變曲線躍變方向，則應(yīng)如

何修改電路？（3）若要改變UOL、UOH呢？作用于反相輸入端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。三、滯回比較器1、閾值電壓滯回比較器的特點：可大大提高比較器的抗干擾能力。2、工作原理及電壓傳輸特性

設(shè)uI＜－UT，uO＝+UZ。此時uP＝+UT，增大

uI至+UT，

uO從+UZ躍變?yōu)椋璘Z。

設(shè)uI＞+UT，uO＝－UZ。此時uP＝－UT，減小uI至-UT，

uO從－UZ躍變?yōu)?UZ。1.若要電壓傳輸特性曲線左右移動，則應(yīng)如何修改電路？討論一：如何改變滯回比較器的電壓傳輸特性2.若要電壓傳輸特性曲線上下移動，則應(yīng)如何修改電路？3.若要改變輸入電壓過閾值電壓時輸出電壓的躍變方向，則應(yīng)如何修改電路？改變輸出限幅電路應(yīng)用舉例抗干擾單門限比較器遲滯比較器整形OuItUTHUTLOuOtUOHUOLOuItUTHUTLOuOtUOHUOL波形變換OuItUTOuOtUOHUOL

當(dāng)uI>URH時，uO1=－uO2=UOM，D1導(dǎo)通，D2截止；uO=UZ。

當(dāng)uI<URH時，uO2=－uO1=UOM，D2導(dǎo)通，D1截止；uO=UZ

。

當(dāng)URL<uI<URH時，

uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。四、窗口電壓比較器窗口電壓比較器：檢測輸入電壓是否在兩個規(guī)定電壓之間，討論二：

已知各電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示，說出它們各為哪種電壓比較器；輸入電壓為5sinωt(V)，畫出各電路輸出電壓的波形。

你能分別組成具有圖示電壓傳輸特性的電壓比較器電路嗎？同相輸入單限比較器反相輸入滯回比較器窗口比較器6.5.4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一、集成電壓比較器的主要特點和分類：二、集成電壓比較器的基本接法1.通用型集成電壓比較器AD