第八章 集成運(yùn)算放大器

1、第第 8 章章集成運(yùn)算放大器（集成運(yùn)算放大器（IOP）8.1 8.1 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介8.2 8.2 運(yùn)放的線性應(yīng)用運(yùn)放的線性應(yīng)用電路電路 8.3 8.3 運(yùn)放的非線性應(yīng)用運(yùn)放的非線性應(yīng)用電路電路8.4 8.4 使用中的一些問(wèn)題使用中的一些問(wèn)題內(nèi)容提要內(nèi)容提要運(yùn)算放大器實(shí)質(zhì)運(yùn)算放大器實(shí)質(zhì)：高開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)并帶有：高開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)并帶有深度深度負(fù)反饋負(fù)反饋的直接耦合多級(jí)放大的直接耦合多級(jí)放大電路電路一、方框圖8.1.1 OP的組成（P227 7.1）簡(jiǎn)單運(yùn)算放大器簡(jiǎn)單運(yùn)算放大器同相同相反相反相輸入級(jí)輸入級(jí)的零點(diǎn)漂移小，具有較大的共模抑的零點(diǎn)漂移小，具有較大的共模抑制比，輸入阻抗高

2、，一般為雙入制比，輸入阻抗高，一般為雙入- -雙出差動(dòng)雙出差動(dòng)放大電路。放大電路。中間級(jí)中間級(jí)將雙出變?yōu)閱纬霾⑦M(jìn)行電平轉(zhuǎn)移使將雙出變?yōu)閱纬霾⑦M(jìn)行電平轉(zhuǎn)移使 uo 靜態(tài)為靜態(tài)為0 0，具有很高的放大倍數(shù)。，具有很高的放大倍數(shù)。輸出級(jí)輸出級(jí)采用采用OCLOCL（無(wú)輸出電容無(wú)輸出電容的互補(bǔ)功率輸?shù)幕パa(bǔ)功率輸出），出），輸出阻抗小輸出阻抗小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。，帶負(fù)載能力強(qiáng)。二、符號(hào)二、符號(hào) (a) (b) (a) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào) (b)原符號(hào)原符號(hào) v+（vP）同相輸入同相輸入端端 v-（vN）反相輸入端反相輸入端 vo輸出端輸出端 另外：正、負(fù)電源端，補(bǔ)償端和調(diào)零端等另外：正、負(fù)電源端，補(bǔ)償

3、端和調(diào)零端等集成運(yùn)放的符號(hào)和電壓傳輸特性集成運(yùn)放的符號(hào)和電壓傳輸特性)(uuAuoo在線性區(qū)域在線性區(qū)域線性區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)兩個(gè)工作區(qū)域兩個(gè)工作區(qū)域運(yùn)放的電壓傳輸特性運(yùn)放的電壓傳輸特性設(shè)：電源電壓設(shè)：電源電壓VCC=10V。運(yùn)放的。運(yùn)放的AVO=104Ui1mV時(shí)，運(yùn)放處于時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)線性區(qū)。AVO越大，線性區(qū)越小，越大，線性區(qū)越小，當(dāng)當(dāng)AVO時(shí)，線性區(qū)時(shí)，線性區(qū)0AVO為為開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件：理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件： 電路中有負(fù)反饋！電路中有負(fù)反饋！非線性區(qū)非線性區(qū)（正、負(fù)飽和輸出狀態(tài)）（正、負(fù)飽和輸出狀態(tài)）運(yùn)放工作在非線性區(qū)

4、的條件：運(yùn)放工作在非線性區(qū)的條件：電路中開(kāi)環(huán)工作或引入正反饋！電路中開(kāi)環(huán)工作或引入正反饋！運(yùn)放工作在非線性區(qū)的分析方法：運(yùn)放工作在非線性區(qū)的分析方法：“虛斷虛斷” 三、型號(hào)命名三、型號(hào)命名 數(shù)字序號(hào) (與世界上其它廠家同類型產(chǎn)品的序號(hào)相同。) 其它例如:集成功率放大器的型號(hào)命名CD 集成穩(wěn)壓器的型號(hào)命名CW第一部第一部分分第二部分第二部分第三第三部分部分第四部分第四部分第五部分第五部分字字 母母符號(hào)國(guó)符號(hào)國(guó)標(biāo)標(biāo)字字 母母器件類型器件類型數(shù)字?jǐn)?shù)字品種品種字字 母母工作條件工作條件字字 母母封封 裝裝符符號(hào)號(hào)意 義符符號(hào)號(hào)意 義符符號(hào)號(hào)意 義符符號(hào)號(hào)意 義C中中國(guó)國(guó)制制造造THECFDWJBTTL

5、HTLECLCMOS線性放大線性放大音響電視音響電視穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器接口電路接口電路非線性非線性CERM0 70 C 40 85 C 55 85 C 55 125 CWBFDPJKT陶瓷扁平陶瓷扁平塑料扁平塑料扁平全封閉扁平全封閉扁平陶瓷直插陶瓷直插塑料直插塑料直插黑陶瓷直插黑陶瓷直插金屬菱形金屬菱形金屬圓形金屬圓形CF741 目前，集成電路的命名國(guó)際上還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)目前，集成電路的命名國(guó)際上還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各制造公司都有自己的一套命名方法，一的標(biāo)準(zhǔn)，各制造公司都有自己的一套命名方法，給我們識(shí)別集成電路帶來(lái)很大的困難，但各制造給我們識(shí)別集成電路帶來(lái)很大的困難，但各制造公司對(duì)集成電路的命名存在一

6、些規(guī)律。公司對(duì)集成電路的命名存在一些規(guī)律。National Semiconductor Corp.National Semiconductor Corp.（國(guó)家半導(dǎo)體公司（國(guó)家半導(dǎo)體公司ADAD：A/DA/D轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換器； DADA：D/AD/A轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換器；CDCD：CMOSCMOS數(shù)字電路；數(shù)字電路； LFLF：線性場(chǎng)效應(yīng)；：線性場(chǎng)效應(yīng)；LHLH：線性電路（混合；：線性電路（混合；LMLM：線性電路單塊；：線性電路單塊；LPLP：線性低功耗電路。：線性低功耗電路。LM324N 3LM324N 3字頭代表民品字頭代表民品 LM224N 2LM224N 2字頭代表工業(yè)級(jí)字頭代表工業(yè)級(jí) LM

7、124J 1LM124J 1字頭代表軍品字頭代表軍品 LF356 BI-FETLF356 BI-FET單運(yùn)算放大器單運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器外形圖運(yùn)算放大器外形圖運(yùn)算放大器外形圖運(yùn)算放大器外形圖F007 ( A741) 電路原理圖電路原理圖F007 ( A741) 電路中的放大電路部分電路中的放大電路部分 一、靜態(tài)參數(shù)一、靜態(tài)參數(shù) 1.輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓Uio ：(input offset voltage) 對(duì)稱性對(duì)稱性 mV/uV 2.輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 Iio ：(input offset current) Iio= I+ - I- uA/pA 3.輸入偏置電流輸入偏置電流IB ：

8、(input bias current) Iio= (I+ I-)/2平均值平均值 nA8.1.2 8.1.2 主要參數(shù)主要參數(shù)4.輸入失調(diào)電壓溫漂輸入失調(diào)電壓溫漂 dUio /dT5.輸入失調(diào)電流溫漂輸入失調(diào)電流溫漂 dIio /dT 6.最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Uidmax 超過(guò)反向擊穿超過(guò)反向擊穿7.最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Uicmax 超過(guò)時(shí)差動(dòng)對(duì)管飽和，放大器不能正常工作。超過(guò)時(shí)差動(dòng)對(duì)管飽和，放大器不能正常工作。P229 7.1.4二、動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)二、動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 1.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Auo 沒(méi)有外接反饋電阻（即開(kāi)環(huán)）時(shí)沒(méi)有外接反饋電阻（即開(kāi)

9、環(huán)）時(shí)的電壓放大的電壓放大倍數(shù)倍數(shù)10105 510107 7，80dB80dB140dB.140dB. 理想運(yùn)算放大器是理想運(yùn)算放大器是 2.差模輸入電阻差模輸入電阻rid 4.共模抑制比共模抑制比 KCMRR 3.差模輸出電阻差模輸出電阻rod 5.轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR（Slew Rate 壓擺率）壓擺率） 反映對(duì)信號(hào)變化速度的適應(yīng)能力（反映對(duì)信號(hào)變化速度的適應(yīng)能力（V/ s）。maxdtduo簡(jiǎn)化的集成運(yùn)放簡(jiǎn)化的集成運(yùn)放低頻等效低頻等效電路電路n一、 通用型n二、 高速型和寬帶型n三、 高精度(低漂移型）n四、 高輸入阻抗型n五、 低功耗型n六、 功率型* *運(yùn)放分類簡(jiǎn)介運(yùn)放分類簡(jiǎn)介通用

10、型通用型專用型專用型性能指標(biāo)比較適中性能指標(biāo)比較適中某些技術(shù)指標(biāo)某些技術(shù)指標(biāo)比較突出比較突出輸入失調(diào)電壓：輸入失調(diào)電壓：12 mV輸入失調(diào)電流：輸入失調(diào)電流：20 nA差模輸入電阻：差模輸入電阻：2 M 開(kāi)環(huán)增益：開(kāi)環(huán)增益：100 dB共模抑制比：共模抑制比：90 dB輸出電阻：輸出電阻：75 共模輸入電壓范圍：共模輸入電壓范圍： 13 V轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換速率：0.5 V/ s一、通 用 型技術(shù)指標(biāo)比較適中，價(jià)格低廉。技術(shù)指標(biāo)比較適中，價(jià)格低廉。典型：典型：CF741 ( A741)例如：例如： CF2520/2525 AD9620 AD9618 OP37 CF357 sV/201=RSMHz2

11、0=BWGSRV/2200=SZHMH600fSRV/0018=SZMH8000BWGSRV/17=SSRV/05=SZMH63BWGZMH20BWG二、高速型和寬帶型 用于寬頻帶放大器，高速用于寬頻帶放大器，高速A/D、D/A，高，高速數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)等。速數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)等。帶寬：開(kāi)環(huán)增益下降到帶寬：開(kāi)環(huán)增益下降到1時(shí)的頻率時(shí)的頻率 用于精密儀表放大器，精密測(cè)試系統(tǒng)，精密用于精密儀表放大器，精密測(cè)試系統(tǒng)，精密傳感器信號(hào)變送器等。傳感器信號(hào)變送器等。 例如：例如： OP177 CF714 CpA/5 . 1ddCV/03. 0ddnA3 . 0V4IOIOIOIOTITVIVCpA/128d

12、dCV/5 . 03 . 0ddnA8 . 04 . 0V6030IOIOIOIOTITVIV三、高精度(低漂移型） 用于測(cè)量設(shè)備及采樣保持電路中。用于測(cè)量設(shè)備及采樣保持電路中。 例如：例如： AD549 CF155/255/355 四、高輸入阻抗型 用于空間技術(shù)和生物科學(xué)研究中，工作于較低電壓下，工作電流微弱。 例如： OP22 正常工作靜態(tài)功耗可低至36 W。 OP290 在0.8 V電壓下工作，功耗為24 W 。 CF7612 在5 V電壓下工作，功耗為50 W 。五、低功耗型 這種運(yùn)放的輸出功率可達(dá)這種運(yùn)放的輸出功率可達(dá)1W以上，輸以上，輸出電流可達(dá)幾個(gè)安培以上。出電流可達(dá)幾個(gè)安培以上

13、。 例如： LM12 TP1465 A10oIA75. 0oI六、 功 率 型1. Auo （實(shí)際上（實(shí)際上Auo80dB即可）即可）一、四個(gè)條件2.差模輸入電阻差模輸入電阻Rid 3.輸出電阻輸出電阻Ro 08.1.3 8.1.3 理想運(yùn)放理想運(yùn)放的條件與特性的條件與特性 4.KCMRR _+uid理想運(yùn)放符號(hào)理想運(yùn)放符號(hào)P228 7.1.3條件條件：線性運(yùn)用線性運(yùn)用( (在在深度深度負(fù)反饋下負(fù)反饋下） 二、線性與非線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)特性二、線性與非線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)特性 (1)(1)虛短虛短兩輸入端視為等電位（兩輸入端視為等電位（ ） VV (2)(2)虛斷虛斷0II 兩輸入端視為等效開(kāi)路（兩

14、輸入端視為等效開(kāi)路（ ） 差模輸入電阻差模輸入電阻Rid 0)()(uuAuuoo有有限限值值典型運(yùn)放的電壓傳輸特性典型運(yùn)放的電壓傳輸特性1：_+uiduid(mV)uo(V)2-24-4-5510+UCC-10-UEE負(fù)飽和負(fù)飽和Uo(sat)正飽和正飽和+Uo(sat)線性工作區(qū)線性工作區(qū)典型運(yùn)放的電壓傳輸特性典型運(yùn)放的電壓傳輸特性2：_+uiduid(mV)uo(V)2-24-4-5510+UCC-10-UEE負(fù)飽和負(fù)飽和Uo(sat)正飽和正飽和+Uo(sat)線性工作區(qū)線性工作區(qū)條件條件：非非線性運(yùn)用線性運(yùn)用( (無(wú)負(fù)反饋或正反饋下無(wú)負(fù)反饋或正反饋下） (1)(1)工作在非線性區(qū)，輸

15、出電壓只種狀態(tài)。工作在非線性區(qū)，輸出電壓只種狀態(tài)。 (2)(2)虛斷虛斷0II 兩輸入端視為等效開(kāi)路（兩輸入端視為等效開(kāi)路（ ） 差模輸入電阻差模輸入電阻Rid 無(wú)無(wú)虛虛短短的的概概念念時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)或或UUUuUUUuUUUUusatosatosatsato: 由于運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻由于運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時(shí)常將其高，輸出電阻小，在分析時(shí)常將其理想化理想化，稱，稱其所謂的其所謂的理想運(yùn)放理想運(yùn)放。理想運(yùn)放的條件理想運(yùn)放的條件oAir0or)uu(Auoo虛短路虛短路uu0iI放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)。分析多。分析多個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組合的

16、線性電路時(shí)個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組合的線性電路時(shí)可以分別對(duì)每個(gè)運(yùn)放進(jìn)行?？梢苑謩e對(duì)每個(gè)運(yùn)放進(jìn)行。虛開(kāi)路虛開(kāi)路運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)8. 2 運(yùn)放的線性應(yīng)用電路（信號(hào)運(yùn)算）運(yùn)放的線性應(yīng)用電路（信號(hào)運(yùn)算）理論上有理論上有無(wú)限無(wú)限的的帶負(fù)載能力帶負(fù)載能力（P239 7.3） 由運(yùn)放為放大電路組成的運(yùn)算電路均工由運(yùn)放為放大電路組成的運(yùn)算電路均工作在線性工作區(qū)，并且輸入、輸出信號(hào)均以作在線性工作區(qū)，并且輸入、輸出信號(hào)均以“地地”為參考點(diǎn)。為參考點(diǎn)。 在運(yùn)算電路中，以輸入電壓為自變量，在運(yùn)算電路中，以輸入電壓為自變量，以輸出電壓為函數(shù)，通過(guò)對(duì)輸入端子及反饋以輸出電壓為函數(shù)，通過(guò)對(duì)輸入端子及反饋電

17、路的不同組合，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，電路的不同組合，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，通過(guò)輸出電壓反映運(yùn)算結(jié)果。這就是運(yùn)算電通過(guò)輸出電壓反映運(yùn)算結(jié)果。這就是運(yùn)算電路的基本思想。路的基本思想。“運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器”也因此得名。也因此得名。比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路微積分運(yùn)算電路微積分運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路電壓跟隨器電壓跟隨器微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路反相求和電路反相求和電路同相求和電路同相求和電路差分電路差分電路其他運(yùn)算電路其他運(yùn)算電路指數(shù)運(yùn)算電路指數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路乘法運(yùn)算電路乘法運(yùn)算電路除法運(yùn)

18、算電路除法運(yùn)算電路0uui1= iFFoiRuRu111RRuuAFofuo_+ + RFR1RPuii1id1. 放大倍數(shù)放大倍數(shù)虛短路虛短路虛開(kāi)路虛開(kāi)路一、反相比例運(yùn)算一、反相比例運(yùn)算電路電路虛開(kāi)路虛開(kāi)路iF運(yùn)算放大器在線性應(yīng)用運(yùn)算放大器在線性應(yīng)用時(shí)同時(shí)存在虛短和虛斷時(shí)同時(shí)存在虛短和虛斷2. 電路的輸入電阻電路的輸入電阻ri=R1平衡電阻，使輸入端對(duì)地平衡電阻，使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等，的靜態(tài)電阻相等，保證靜保證靜態(tài)時(shí)輸入級(jí)的對(duì)稱性。態(tài)時(shí)輸入級(jí)的對(duì)稱性。RP =R1 / RF為使兩輸入端對(duì)地直為使兩輸入端對(duì)地直流電阻相等流電阻相等uo_+ + RFR1RPuii1iF為保證一定的輸入為保

19、證一定的輸入電阻，當(dāng)放大倍數(shù)電阻，當(dāng)放大倍數(shù)大時(shí)，需增大大時(shí)，需增大RF，4. 共模電壓共模電壓02uu電位為電位為0 0，虛地，虛地輸入電阻小、共模電壓輸入電阻小、共模電壓為為 0 0 以及以及“虛地虛地”是反是反相輸入的特點(diǎn)。相輸入的特點(diǎn)。_+ + R2R1RPuii1i23. 反饋方式反饋方式電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋輸出電阻很?。≥敵鲭娮韬苄。‰妷翰⒙?lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路電路+FoFfRuiX11RuiXiRuXiiFFof深度負(fù)反饋深度負(fù)反饋電壓負(fù)反饋電壓負(fù)反饋電壓反饋與電流反饋的判斷（一）電壓反饋與電流反饋的判斷（一）+電壓并聯(lián)電壓并聯(lián)電壓反饋與電流反饋的判斷（二）電壓反饋與

20、電流反饋的判斷（二）+電流并聯(lián)電流并聯(lián)反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的的分分析析電壓并聯(lián)電壓并聯(lián)電流并聯(lián)電流并聯(lián)電壓串聯(lián)電壓串聯(lián)電流串聯(lián)電流串聯(lián)反相比例電路的特點(diǎn)：反相比例電路的特點(diǎn)：1. 共模輸入電壓為共模輸入電壓為0，因此對(duì)運(yùn)放的共模抑制比要求低。，因此對(duì)運(yùn)放的共模抑制比要求低。2. 由于電壓負(fù)反饋的作用，輸出電阻小，可認(rèn)為是由于電壓負(fù)反饋的作用，輸出電阻小，可認(rèn)為是0，因此帶負(fù)載能力強(qiáng)。因此帶負(fù)載能力強(qiáng)。3. 由于由于并聯(lián)負(fù)反饋的作用，輸入電阻小并聯(lián)負(fù)反饋的作用，輸入電阻小，因此對(duì)輸入，因此對(duì)輸入電流有一定的要求。電流有一定的要求。u+ = u = 0虛地虛地Auf = Rf / R 1T型反饋反相比

21、例運(yùn)算電路：型反饋反相比例運(yùn)算電路：_+ + R1Ruii1Rf1Rf2Rf3If1If2If3uORf1、 Rf2、 Rf3代替代替Rf 求求Au =?0uui1= i2虛短路虛短路虛開(kāi)路虛開(kāi)路3M3Rui 2M21i1RuiRui 為提高比例系數(shù)，采用為提高比例系數(shù)，采用T形網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路形網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路uoR2R1RPuiR4R3i1i2i4i3MA解：解：4oM4Ruui 432iii )RRRR(1RRRRRRRRRRuuA34241231434232iou i31434232ou)RRRRRRRR(u 該放大電路，在放大倍數(shù)較大時(shí)，可避免使用大電該放大電路，在放大倍數(shù)較

22、大時(shí)，可避免使用大電阻。但阻。但R3的存在，削弱了負(fù)反饋。的存在，削弱了負(fù)反饋。例：例：自舉擴(kuò)展自舉擴(kuò)展輸入電阻反相比例電路，求輸入電阻反相比例電路，求Ri。解：解： A1為一反相比例放大器，則為一反相比例放大器，則I12OURRU A2也為一反相比例放大器，則也為一反相比例放大器，則II1221O21O22UU)RR)(R2R(UR2RU 有有II=IR1IR，而而1IR1RUI RURU2URUUIIIIIO2R 故故I11I1IRR1IU)RRRR(RURUI-II 11IIiRRRRIUR 二、同相比例運(yùn)算二、同相比例運(yùn)算電路電路_+ + RFR1R2uiuou-= u+= ui1Ru

23、RuuiFioiFouRRu)(11反饋方式：反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋。輸入電阻高。電壓串聯(lián)負(fù)反饋。輸入電阻高。111RRuuAFof虛短路虛短路虛開(kāi)路虛開(kāi)路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：負(fù)反饋引到反負(fù)反饋引到反相輸入端，信號(hào)從同相端相輸入端，信號(hào)從同相端輸入。輸入。虛開(kāi)路虛開(kāi)路同相比例電路的特點(diǎn)：同相比例電路的特點(diǎn)：3. 共模輸入電壓為共模輸入電壓為ui，因此對(duì)運(yùn)放的共模抑制比，因此對(duì)運(yùn)放的共模抑制比要求要求高高。（。（代價(jià)代價(jià)）1. 由于電壓負(fù)反饋的作用，輸出電阻小，可認(rèn)由于電壓負(fù)反饋的作用，輸出電阻小，可認(rèn)為是為是0，因此帶負(fù)載能力強(qiáng)。，因此帶負(fù)載能力強(qiáng)。2. 由于串聯(lián)負(fù)反饋的作用，輸入電阻由于串

24、聯(lián)負(fù)反饋的作用，輸入電阻大大。ri= ，對(duì)，對(duì) KCMRR 的要求高的要求高uIC = u iu+ = u = uIiouuuu此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，輸輸入電阻大，輸出電阻小出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是器相同，但是電壓跟隨性能好電壓跟隨性能好。三、電壓跟隨器三、電壓跟隨器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：輸出電壓全輸出電壓全部引到反相輸入端，信部引到反相輸入端，信號(hào)從同相端輸入。號(hào)從同相端輸入。電壓電壓跟隨器是跟隨器是同相比例運(yùn)算同相比例運(yùn)算放大器的特例。放大器的特例。_+ + uiuo電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)

25、反饋電路電路+oFFfuRRRuX11iiFoFfuXuuRRRX11深度負(fù)反饋深度負(fù)反饋電壓負(fù)反饋電壓負(fù)反饋四、四、反相反相求和運(yùn)算求和運(yùn)算( (加法電路加法電路) )R12_+ R2R11ui2uoRPui1 實(shí)際應(yīng)用時(shí)可實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加適當(dāng)增加或減少輸入端的或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。FPR/R/RR12110uuFiii1211)(21221112iiouRRuRRui12iFi11R12_+ R2R11ui2uoRPui1 調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號(hào)的輸入電阻，不影調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號(hào)的輸入電阻，不影響其它路輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系

26、，響其它路輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便調(diào)節(jié)方便。五、同相求和運(yùn)算五、同相求和運(yùn)算 實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。22211R/RR/RF-R1RF+ui1uoR21R22ui2此電路如果以此電路如果以 u+ 為輸入為輸入 ，則輸出為：則輸出為：uRRuFo)1 (1-R1RF+ui1uoR21R22ui2u+ 與與 ui1 和和 ui2 的關(guān)系如何？的關(guān)系如何？)(1 (212111111211121iiFouRRRuRRRRRu注意：注意：同相求和電路的各輸入信號(hào)的放大倍數(shù)同相求和電路的各輸入信號(hào)

27、的放大倍數(shù)互相影響互相影響，不能，不能單獨(dú)調(diào)整。單獨(dú)調(diào)整。流入運(yùn)放輸入端的電流為流入運(yùn)放輸入端的電流為0（虛開(kāi)路）虛開(kāi)路）22221211222122iiuRRRuRRRu疊疊加加-R1RF+ui1uoR21R22ui2R 左圖也是同相求和運(yùn)算電路，左圖也是同相求和運(yùn)算電路，如何求如何求同相輸入端同相輸入端的電位？的電位？提示：提示：1. 虛開(kāi)路：流入同相端的虛開(kāi)路：流入同相端的電流為電流為0。2. 疊加定理求疊加定理求u+。 R2 / R3 / R4 = R1/ Rf uRRu)1(1fO)/)(1(I242342I1432431fOuRRRRRuRRRRRRRu I242342I14324

28、3/uRRRRRuRRRRRu 若若 R2 = R3 = R4 ，則則 uO = uI1+ uI2 Rf = 2R1 同相加法運(yùn)算（續(xù)）同相加法運(yùn)算（續(xù)）六、單運(yùn)放的六、單運(yùn)放的加減加減運(yùn)算電路運(yùn)算電路 實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521R/R/RR/R/R差動(dòng)求和電路差動(dòng)求和電路_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1 uu112RuuRuuio212RuRuui)(1212iiouuRRu解出：解出：?jiǎn)芜\(yùn)放的單運(yùn)放的加減加減運(yùn)算電路的特例

29、：運(yùn)算電路的特例：差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器也可用疊加定理也可用疊加定理減法運(yùn)算實(shí)際是差分電路減法運(yùn)算實(shí)際是差分電路_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1 差動(dòng)放大器放大了兩個(gè)信號(hào)的差，但是它差動(dòng)放大器放大了兩個(gè)信號(hào)的差，但是它的的輸入電阻不高輸入電阻不高（= =2R1）, , 這是由于反相輸入這是由于反相輸入造成的。造成的。反相反相求和式求和式減法電路（雙運(yùn)放）減法電路（雙運(yùn)放）應(yīng)用較為廣泛應(yīng)用較為廣泛 上圖所示是用加法電路構(gòu)成的減法電路，上圖所示是用加法電路構(gòu)成的減法電路，第一級(jí)為反相比例放大電路，第一級(jí)為反相比例放大電路， 若若R Rf1f1= =R R1 1，則，則v vO1O1= =

30、v vS1S1；第二級(jí)為反相；第二級(jí)為反相加法電路，可以推導(dǎo)出加法電路，可以推導(dǎo)出 )()(21222122ssfsofovvRRvvRRv若取若取R R2 2= = R Rf2f2，則，則v vo o = = v vS1S1v vS2S2 由于兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的電路均存在虛地，電由于兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的電路均存在虛地，電路路沒(méi)有共模輸入沒(méi)有共模輸入信號(hào)信號(hào)，故允許，故允許v vS1S1、v vS2S2的共模的共模電壓范圍較大。電壓范圍較大。 P244 P244 【例【例7-3-17-3-1】 運(yùn)放運(yùn)放電路電路測(cè)量放大器測(cè)量放大器uo2+A+ARRRWui1ui2uo1ab+R1R1+AR2R2uo+1

31、 iauu 2ibuu WbaWooRuuRRuu221WiiRuu2112oouu)(212iiWWuuRRRuo2+A+ARRRWui1ui2uo1ab+虛短路：虛短路：虛開(kāi)路：虛開(kāi)路：)(121221iiWouuRRRRu 三運(yùn)放電路是差三運(yùn)放電路是差動(dòng)放大器，放大動(dòng)放大器，放大倍數(shù)倍數(shù)可變可變。 由于輸入均在同由于輸入均在同相端，此電路的相端，此電路的輸入電阻高輸入電阻高。)(1212ooouuRRuuo2uo1R1R1+AR2R2uo+例例：由三運(yùn)放放大器組成的溫度測(cè)量由三運(yùn)放放大器組成的溫度測(cè)量電路。電路。uoR1R1+A3R2R2+A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtuiR

32、t ：熱敏電阻：熱敏電阻集成化集成化:儀表放大器儀表放大器Rt=f ( t )uoR1R1+A3R2R2+A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtuiERRRREERRRutttti)( 22ERRRRRRRRRuRRRRRuttWWiWWo)( 2221212選擇題選擇題 1. 1.反相比例運(yùn)算電路中，運(yùn)放的反相輸入為反相比例運(yùn)算電路中，運(yùn)放的反相輸入為_(kāi) 。 A. A. 接地點(diǎn)接地點(diǎn) B. B. 虛地點(diǎn)虛地點(diǎn) C. C. 與地與地點(diǎn)無(wú)關(guān)點(diǎn)無(wú)關(guān) 2.2.反相比例運(yùn)算電路的輸入電流基本上反相比例運(yùn)算電路的輸入電流基本上 流過(guò)反流過(guò)反饋電阻饋電阻R Rf f 上的電流。上的電流。 A. A.

33、大于大于 B. B. 小于小于 C. C. 等于等于 D. D. 無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)3.3. 運(yùn)算電路的電壓增益運(yùn)算電路的電壓增益A AVFVF為一為一R Rf f/ /R R1 1。A.A.反相比例反相比例 B. B. 同相比同相比例例 B.B.C. C. 加法加法 D. D. 減法減法4._4._ 比例運(yùn)算電路的特例是電壓跟比例運(yùn)算電路的特例是電壓跟隨器，它具有隨器，它具有R Ri i 很大很大和和R Ro o很小的特點(diǎn)，很小的特點(diǎn)，常用作緩沖器。常用作緩沖器。A.A.反相比例反相比例 B. B. 同相比同相比例例 C. C. 加法加法 D. D. 減法減法5.5.電路如下圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。當(dāng)

34、電路如下圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。當(dāng)輸入電壓為輸入電壓為+1V+1V時(shí)，則時(shí)，則V VO O= = V V。A. 1 B. 2 C. A. 1 B. 2 C. 3 D. 43 D. 4電壓跟隨器電壓跟隨器6.電路如下圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。電路如下圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。當(dāng)輸入電壓為當(dāng)輸入電壓為+ +2V V時(shí)，則時(shí)，則V VO= V。A. -4 B. -5 A. -4 B. -5 C. -7.5C. -7.5vi=2VviVvvviii504122121./7.7.電路如上題圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。電路如上題圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。電阻電阻R RP P的值應(yīng)約為的值應(yīng)約為 k k 。A. 1

35、B. 1.7 C. A. 1 B. 1.7 C. 10 D. 2.310 D. 2.310122/)/(8.8.電路如電路如下下圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。當(dāng)輸入電壓為當(dāng)輸入電壓為+ +1V V時(shí)，則輸出電壓時(shí)，則輸出電壓V VO= V。A. -1 B. A. -1 B. +1 +1 C. -2 D. +2C. -2 D. +2vi0.5V1V-1V9.9.電路如下圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。電路如下圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。當(dāng)輸入電壓為當(dāng)輸入電壓為+1V+1V時(shí)，則流過(guò)電阻時(shí)，則流過(guò)電阻R Rf f的電的電流流I If f為為 mAmA。A. 0.5 B. A. 0.5 B.

36、-0.5 -0.5 C. 0.25 D. C. 0.25 D. -0.25 -0.25 vi答案：答案：1.1.B B 2. 2.C C 3. 3.A A 4. 4.BB 5. 5.A A 6. 6.B B 7.7.B B 8. 8.D D 9. 9.A A V1O1 UV320302O2 UV2.1)20/30301(30/203030/201 . 2O3 UV35. 3)20/30301(30/302030/305 . 3O4 UV35. 35.252.131O U課堂練習(xí)課堂練習(xí)u= u+= 0RuioFtuCiidd1Fii 1tuRCuiodduit0t0uou i+uoRR2i1i

37、FCtuisin若輸入：若輸入：則：則：)90sin(costRCtRCuo七、微分運(yùn)算七、微分運(yùn)算i1iFtui0Ruii1tuCioFddtuRCuiod1tuo0輸入方波，輸出是三角波。輸入方波，輸出是三角波。ui-+RR2Cuo八、積分運(yùn)算八、積分運(yùn)算應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例1 1：ttOiotudtuRCtu111)()(1I1Rui tuCiddoF =)0(d1oIf1CutuCRu 當(dāng)當(dāng) uI = UI 時(shí)，時(shí)，f1IoCRtUu 設(shè)設(shè) uC(0) = 0 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) = R1Cf積分運(yùn)算電路在不同輸入情況下的波形積分運(yùn)算電路在不同輸入情況下的波形移相移相9090時(shí)間延遲時(shí)間延遲

38、方波轉(zhuǎn)換方波轉(zhuǎn)換為三角波為三角波同相同相積分運(yùn)算電路圖積分運(yùn)算電路圖C1=C2=CttoIotudtuRCu111)(推導(dǎo)過(guò)程推導(dǎo)過(guò)程: :dtduCRudtduCdtduCdtduCdtuudCRuiiNNNOONONNC)(:,:即即電流方程電流方程上上在節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)的原則的原則虛斷虛斷和和虛短虛短根據(jù)根據(jù)11dtduCRuRudtduCRuuiiPPPIPPIC:,:即即電流方程電流方程上上在節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)的原則的原則虛斷虛斷和和虛短虛短根據(jù)根據(jù)22uN uPttOIOIOIOtudtuRCudtuRCuRudtduC1111)(PID 調(diào)節(jié)器電路圖調(diào)節(jié)器電路圖dtuCRdtduCRuCCRR

39、uIIIO211221121)(比例比例-積分積分-微分調(diào)節(jié)器微分調(diào)節(jié)器常用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中做為一種做為一種經(jīng)典的控制算經(jīng)典的控制算法法。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，需要將其進(jìn)行離散中，需要將其進(jìn)行離散化。化。在常規(guī)調(diào)節(jié)中，比在常規(guī)調(diào)節(jié)中，比例運(yùn)算、積分運(yùn)算常用例運(yùn)算、積分運(yùn)算常用來(lái)來(lái)提高調(diào)節(jié)精度提高調(diào)節(jié)精度，而微，而微分運(yùn)算則用來(lái)分運(yùn)算則用來(lái)加速過(guò)渡加速過(guò)渡過(guò)程。過(guò)程。 【例題【例題】: :電路如圖電路如圖1 1所示所示, ,uc(0)=0V，輸出，輸出電壓的最大值電壓的最大值|UO(sat)|=10V，輸入信號(hào)的波形，輸入信號(hào)的波形如圖如圖2所示，所示，R=1

40、M。試求：當(dāng)試求：當(dāng)C=1F和和C=0.05 F時(shí)的輸出波形。時(shí)的輸出波形。ui-+RRCuo圖圖1 1t /sui /V+1-1123457680圖圖2解答解答： （1）當(dāng)）當(dāng)C=1FttoiotuuRCtu111)()(輸輸出出電電壓壓線線性性增增加加在在且且輸輸出出電電壓壓下下降降在在2222214222101011202066)()()()(,tRCtudtuRCuusVuttdtuRCuustoicootico.:復(fù)復(fù)上上述述過(guò)過(guò)程程又又朝朝負(fù)負(fù)方方向向線線性性增增加加重重時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)sVuost6402244t /suo /V-1-2123457680圖圖3解答解答： （2）當(dāng)）當(dāng)C=

41、0.05F 則則 RC=0.05ssttuoUuVUVutRCtudtuRCuussatoosatootoico502010104022001200.,?)(,)()()(達(dá)達(dá)到到最最大大值值的的時(shí)時(shí)間間為為最最大大值值早早已已達(dá)達(dá)到到說(shuō)說(shuō)明明但但且且輸輸出出電電壓壓下下降降在在)(,)()(,.satootoicooUVustttudtuRCuusVus3045020102202142102502時(shí)時(shí)輸輸出出電電壓壓線線性性增增加加期期間間在在保保持持不不變變?yōu)闉槠谄陂g間在在.,.,保保持持不不變變之之間間達(dá)達(dá)到到最最大大值值的的時(shí)時(shí)間間為為早早已已到到達(dá)達(dá)最最大大值值所所以以ooussts

42、ttu433502010t /suo /V123457680圖圖4-10+10例例. .電路如圖電路如圖(a)(a)所示，所示，若若R R1 1=1K=1K，R R2 2=2K=2K，C=1FC=1F，u ui1i1 和和u ui2i2的波形如圖的波形如圖（b b）所示，在）所示，在t=0t=0時(shí)時(shí)u uC C =0 =0，試畫(huà)出，試畫(huà)出u uo o 的波形圖。的波形圖。解：解：利用疊加原理可得輸出為利用疊加原理可得輸出為在在 0t0t2ms 2ms 時(shí)，時(shí)，u ui2i2=0=0，這時(shí)，這時(shí)在在 t=2ms t=2ms 時(shí)時(shí)在在 t t2ms 2ms 時(shí)，時(shí)，u ui2i2=-2V=-2V，

43、這時(shí)，這時(shí)所以所以,u,uo o的波形如圖（的波形如圖（b b）所示。）所示。電流電流- -電壓轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)換電路電路 是是一種一種 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，在工業(yè)控制儀在工業(yè)控制儀表中應(yīng)用十分廣泛。表中應(yīng)用十分廣泛。電流電壓電流電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路uo_+ + RFR2iiFu+u-反相輸入端是反相輸入端是“虛虛地地”iRuFO電壓電流轉(zhuǎn)換的基本原理電路電壓電流轉(zhuǎn)換的基本原理電路成線性關(guān)系成線性關(guān)系與與ILIILuiRuii這里負(fù)載無(wú)接地點(diǎn)這里負(fù)載無(wú)接地點(diǎn)。實(shí)用的電壓電流轉(zhuǎn)換電路實(shí)用的電壓電流轉(zhuǎn)換電路R1=R2=R3=R4=R推導(dǎo)：推導(dǎo)：A1A1是同相求和運(yùn)算電路，是同相求和運(yùn)算電路，A2

44、A2是電壓比較器。是電壓比較器。1112122433434122215050PPOPIPIPPOuuRRuuuuRRRuRRRuuu)(.)(電壓跟隨器電壓跟隨器OIOROOIPOROROOIPORuRuiuuuuuRuuu2121:為為上的電壓上的電壓小結(jié)小結(jié)1. 運(yùn)算電路的兩種基本形式運(yùn)算電路的兩種基本形式1ffRRAu 1ff1RRAu 同相輸入同相輸入反相輸入反相輸入2. 運(yùn)算電路的分析方法運(yùn)算電路的分析方法1) 運(yùn)用運(yùn)用“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的概念分析電路中各電量的概念分析電路中各電量 間關(guān)系。運(yùn)放在線性工作時(shí)，間關(guān)系。運(yùn)放在線性工作時(shí)，“虛短虛短”和和“虛斷虛斷” 總是同時(shí)存

45、在。虛地只存在于同相輸入端接地的電總是同時(shí)存在。虛地只存在于同相輸入端接地的電 路中。路中。2) ) 運(yùn)用疊加定理解決多個(gè)輸入端的問(wèn)題。運(yùn)用疊加定理解決多個(gè)輸入端的問(wèn)題。 8.3.1 比較器 8.3.1.1 概述概述 8.3.1.2 三種比較器三種比較器 8.3.1.3 比較器的應(yīng)用比較器的應(yīng)用 8.3.2 非正弦波發(fā)生電路8.3 比較器和非正弦波發(fā)生電路比較器和非正弦波發(fā)生電路P239 9.68.3.1 比較器 將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)門(mén)限電壓門(mén)限電壓相相比較，輸出一定的高低電平。比較，輸出一定的高低電平。 門(mén)限電壓門(mén)限電壓VT ：使輸出電壓發(fā)生使輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)的

46、輸入電跳變時(shí)的輸入電壓壓(Threshold)閾值電壓閾值電壓閥閥值電壓值電壓8.3.1.1 概述概述功能：功能：特性：特性： 非線性開(kāi)關(guān)特性（高低電平）非線性開(kāi)關(guān)特性（高低電平）1、電路電路2、傳輸特性曲線傳輸特性曲線8.3.1.2 三種比較器三種比較器 分析方法分析方法： 對(duì)于開(kāi)環(huán)或正反饋運(yùn)放對(duì)于開(kāi)環(huán)或正反饋運(yùn)放：如果如果“+”端電位高，正飽和端電位高，正飽和如果如果“ ”端電位高，負(fù)飽和端電位高，負(fù)飽和)()(ovvvvAvvd一、單門(mén)限一、單門(mén)限(固定幅度固定幅度)uu(Auoo限幅電路限幅電路P240 9.6.2電路圖和傳輸特性曲線如圖所示。電路圖和傳輸特性曲線如圖所示。(a)(b)

47、(a)電路圖電路圖(b)傳輸特性曲線傳輸特性曲線3、特例特例過(guò)零比較器過(guò)零比較器電壓比較器的輸出限幅電路電壓比較器的輸出限幅電路將穩(wěn)壓管接在反饋通路中將穩(wěn)壓管接在反饋通路中保護(hù)了輸入級(jí)并且不需要從飽和區(qū)脫離的時(shí)間保護(hù)了輸入級(jí)并且不需要從飽和區(qū)脫離的時(shí)間一般一般單限比較器及其電壓傳輸特性單限比較器及其電壓傳輸特性設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器，要求如下設(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；輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為，輸出高電平約為0.7V；當(dāng)輸入電壓大于當(dāng)輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平時(shí)，輸出為低電平。 解解：因輸入電壓大于因輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平

48、。故輸入信時(shí)，輸出為低電平。故輸入信號(hào)應(yīng)加在反相輸入端，同相輸入端加號(hào)應(yīng)加在反相輸入端，同相輸入端加2V的參考電壓。的參考電壓。 又因輸出低電平約為又因輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為，輸出高電平約為0.7V，故可，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。當(dāng)輸出高電平時(shí)，穩(wěn)壓管作普通二極管使用，其導(dǎo)通電壓約為電壓約為0.7V，故輸出電壓為，故輸出電壓為0.7V；當(dāng)輸出低電平時(shí)，穩(wěn)壓；當(dāng)輸出低電平時(shí)，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓為管穩(wěn)定電壓為6V，故輸出電壓為，故輸出電壓為-6V。綜上

49、所述，滿足設(shè)計(jì)。綜上所述，滿足設(shè)計(jì)要求的電路如下圖所示要求的電路如下圖所示。 電路如下圖所示電路如下圖所示uo-+uIDZUZ=6VUREF=2VP241 【例【例9-7】 【例【例9-8】【例題】電路如下圖所示【例題】電路如下圖所示uo1-+R=1KC=1Fuo-+uIDZ過(guò)零比較器過(guò)零比較器積分器積分器UZ=6VuC(0)=0V正弦信號(hào)正弦信號(hào)T=2msUim=1V問(wèn)題問(wèn)題: :1 1、電路由哪幾部分組成。、電路由哪幾部分組成。2 2、由、由uI畫(huà)出畫(huà)出uO1 、uO 的波形。的波形。3 3、計(jì)算、計(jì)算uO的幅度。的幅度。解答解答: :1 1、電路、電路過(guò)零比較器過(guò)零比較器和和積分器積分器

50、組成。組成。2 2、由、由uI畫(huà)出畫(huà)出uO1 、uO 的波形。的波形。 （見(jiàn)下圖）（見(jiàn)下圖）t /suO1 /V+1-1123413240t/ms0uI /V+6V 6VuO /VVumstVtudtuRCumstVumstVttudtuRCumsttudtuRCuVuuVuuOtOOOOtOOOttOOOOIOI02616112161661011016060110111111)()()()()();)()()()(,取取取取而而當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)uO的幅度為的幅度為6V6V 單門(mén)限電壓比較器雖然有電路簡(jiǎn)單、靈敏單門(mén)限電壓比較器雖然有電路簡(jiǎn)單、靈敏度高等特點(diǎn)，但其抗干擾能力差。度高等特點(diǎn)，但其抗干擾能力

51、差。 例如，在單門(mén)限電壓比較器的下圖中，當(dāng)例如，在單門(mén)限電壓比較器的下圖中，當(dāng)v vI I 中含有噪聲或干擾電壓時(shí)，其輸入和輸出中含有噪聲或干擾電壓時(shí)，其輸入和輸出電壓波形如圖所示，由于在電壓波形如圖所示，由于在 v vI I= =V Vthth= =V VREFREF附近出附近出現(xiàn)干擾，現(xiàn)干擾，v vO O 將時(shí)而為將時(shí)而為V VOHOH，時(shí)而為，時(shí)而為V VOLOL，導(dǎo)致比，導(dǎo)致比較器輸出不穩(wěn)定。如果用這個(gè)輸出電壓較器輸出不穩(wěn)定。如果用這個(gè)輸出電壓v vO O 去去控制電機(jī)，將出現(xiàn)頻繁的起停現(xiàn)象，這種情況控制電機(jī)，將出現(xiàn)頻繁的起?，F(xiàn)象，這種情況是不允許的。提高抗干擾能力的一種方案是采是不允

52、許的。提高抗干擾能力的一種方案是采用用遲滯比較器。遲滯比較器。二、二、 雙門(mén)限（雙門(mén)限（滯回、遲滯滯回、遲滯）比較器）比較器om21221REF1TVRRRRRVRVom21221REF1TVRRRRRVRV上限上限閾值閾值下限下限閾值閾值傳輸特性：傳輸特性：omOVvomOVv或已知：已知：則，兩門(mén)限：則，兩門(mén)限：omom212 TTVVRRRVVV回差回差電壓電壓電壓串聯(lián)正反饋電壓串聯(lián)正反饋閾值隨輸出信號(hào)的閾值隨輸出信號(hào)的大小與極性而變化大小與極性而變化. .1 1電路組成電路組成 遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)特性遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)特性的比較器。圖的比較器。圖a a所示為反相輸入

53、遲滯比較器所示為反相輸入遲滯比較器原理電路，它是在反相輸入單門(mén)限電壓比較原理電路，它是在反相輸入單門(mén)限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)，其傳輸特性，其傳輸特性如圖如圖b b所示。如將所示。如將v vI I與與V VREFREF位置互換，就可組位置互換，就可組成成同相輸入同相輸入遲滯比較器。遲滯比較器。 滯回比較器滯回比較器特點(diǎn)：特點(diǎn)：u uI I 從小逐漸增大，以及從小逐漸增大，以及 u uI I從大逐漸減小時(shí)，兩種情況的門(mén)限電平是不同的。從大逐漸減小時(shí)，兩種情況的門(mén)限電平是不同的。（a）（b）2 2門(mén)限電壓的估算門(mén)限電壓的估算 由于比較器中的運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀由于比較

54、器中的運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)或正反饋狀態(tài)，因此一般情況下，輸出態(tài)或正反饋狀態(tài)，因此一般情況下，輸出電壓電壓v vO O與輸入電壓與輸入電壓v vI I不成線性關(guān)系，只有不成線性關(guān)系，只有在輸出電壓發(fā)生跳變瞬間，集成運(yùn)放兩個(gè)在輸出電壓發(fā)生跳變瞬間，集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間的電壓才可近似認(rèn)為等于零。輸入端之間的電壓才可近似認(rèn)為等于零。設(shè)運(yùn)放是理想的并利用疊加原理，則有設(shè)運(yùn)放是理想的并利用疊加原理，則有om21221REF1TVRRRRRVRVom21221REF1TVRRRRRVRV上限上限閾值閾值下限下限閾值閾值omom212 TTVVRRRVVV回差回差電壓電壓（針對(duì)輸入）（針對(duì)輸入）（針對(duì)輸入）（針

55、對(duì)輸入）設(shè)電路參數(shù)如圖設(shè)電路參數(shù)如圖a a所示，所示，Vom+=5V,Vom-=-5VVVRRRRRVRV041212211.REFomTVVRRRRRVRV940212211.REFomTVVVV10. TT3 3傳輸特性傳輸特性VTVT分析過(guò)程分析過(guò)程: :TomOTIomOTITomoomoIVVvVvVvVvVVvVvv同時(shí)閾值變?yōu)橄孪揲撝低瑫r(shí)閾值變?yōu)橄孪揲撝底優(yōu)樽優(yōu)樵黾拥铰源笥谠黾拥铰源笥诋?dāng)當(dāng)一直保持一直保持由由當(dāng)當(dāng)所以上限閾值為所以上限閾值為由于由于開(kāi)始討論開(kāi)始討論從從,:,:;00.,重復(fù)以上步驟重復(fù)以上步驟成為成為當(dāng)當(dāng)不變不變則則只要只要減小減小若若不變不變繼續(xù)增加繼續(xù)增加om

56、OTIomoTIIomoIVvVvVvVvvVvvvIvOOVOM+VOMVT+VT 傳輸特性傳輸特性 滯回比較器滯回比較器波形圖波形圖 可見(jiàn)，遲滯比較器的門(mén)限電壓是可見(jiàn)，遲滯比較器的門(mén)限電壓是隨輸出電壓隨輸出電壓v vo o 的變化而改變的。它的變化而改變的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高了。大大提高了。 【例【例】設(shè)電路參數(shù)如圖設(shè)電路參數(shù)如圖a a所示，輸入所示，輸入信號(hào)信號(hào)v vI I 的波形如圖的波形如圖c c所示。試畫(huà)出其所示。試畫(huà)出其傳輸特性和輸出電壓傳輸特性和輸出電壓v vO O 的波形。的波形。VT+VT-R2R1R4R3+Avi/Vvo

57、/V解答：解答：解：解：1. 1. 求門(mén)限電壓求門(mén)限電壓由于由于V Vrefref=0=0，根據(jù)求門(mén)限電壓的公式有，根據(jù)求門(mén)限電壓的公式有VURRRVVURRRVZTZT52125212)(2. 2. 畫(huà)傳輸特性畫(huà)傳輸特性 見(jiàn)圖（見(jiàn)圖（b)b)3畫(huà)出畫(huà)出vO的波形的波形根據(jù)圖根據(jù)圖b、c可畫(huà)出可畫(huà)出vO的波形的波形.,不變不變保持保持內(nèi)變化內(nèi)變化在在以后以后時(shí)時(shí)VvVVvvvVvVvVVvtoTiioTi10551050.,不變不變保持保持內(nèi)變化內(nèi)變化在在以后以后發(fā)生變化發(fā)生變化時(shí)時(shí)VvVVvvvVvVvvVVvvttoTiiooTi10551051.,不變不變保持保持內(nèi)變化內(nèi)變化在在以后以后

58、發(fā)生變化發(fā)生變化時(shí)時(shí)VvVVvvvVvVvvVVvvttoTiiooTi10551052 依此類推，可畫(huà)出依此類推，可畫(huà)出vO 的波形，如圖的波形，如圖d d所所示。由圖可知，雖然示。由圖可知，雖然vI 的波形很不的波形很不“整整齊齊”，但得到的，但得到的vO 是一近似矩形波。因此，是一近似矩形波。因此，圖圖a a所示電路可用于波形整形。具有遲滯所示電路可用于波形整形。具有遲滯特性的比較器在控制系統(tǒng)、信號(hào)甄別和波特性的比較器在控制系統(tǒng)、信號(hào)甄別和波形產(chǎn)生電路中應(yīng)用較廣。形產(chǎn)生電路中應(yīng)用較廣。6V同相輸入同相輸入時(shí)的滯回比較器時(shí)的滯回比較器習(xí)題習(xí)題 9-1850K100K三、三、 窗口比較器窗口

59、比較器 1、電路電路設(shè)設(shè)R1 =R2，則兩門(mén)限兩門(mén)限：)2(21)2(=DCC212DCCLVVRRRVVV 2、傳輸特性、傳輸特性DLH2=VVV用來(lái)檢測(cè)輸入電壓是否用來(lái)檢測(cè)輸入電壓是否在兩個(gè)給定電壓之間在兩個(gè)給定電壓之間. .8.3.1.3 比較器的應(yīng)用比較器的應(yīng)用主要用于：對(duì)輸入波形進(jìn)行整形，即主要用于：對(duì)輸入波形進(jìn)行整形，即 將不規(guī)則的輸入波形整形為將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出方波輸出(a) 正弦波變換為矩形波正弦波變換為矩形波 (b) 有干擾正弦波變換為方波有干擾正弦波變換為方波 用比較器實(shí)現(xiàn)波形變換用比較器實(shí)現(xiàn)波形變換 通過(guò)以上三種電壓比較器的分析通過(guò)以上三種電壓比較器的分析,

60、 ,可得如下結(jié)論可得如下結(jié)論: :1 1、在電壓比較器中，集成運(yùn)放多工作在、在電壓比較器中，集成運(yùn)放多工作在非線性區(qū)非線性區(qū)，輸出電壓只有高電平和低電平兩種可能情況。輸出電壓只有高電平和低電平兩種可能情況。2 2、一般用、一般用電壓傳輸特性電壓傳輸特性來(lái)描述輸出電壓與輸入電壓來(lái)描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。的函數(shù)關(guān)系。3 3、電壓傳輸特性的三個(gè)要素是、電壓傳輸特性的三個(gè)要素是輸出電壓的高、低輸出電壓的高、低電平電平，閾值電壓閾值電壓和和輸出電壓的輸出電壓的躍變方向躍變方向。輸出。輸出電壓的高、低電平的值取決于限幅電路；令電壓的高、低電平的值取決于限幅電路；令u+=u-所所求出的求出的uI