第8章 集成運(yùn)算放大器

電路與電子技術(shù)(電工學(xué)I)第8章集成運(yùn)算放大器

教學(xué)目標(biāo)基本概念應(yīng)用分析《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器基本電路理想運(yùn)放反饋定義與類型虛短和虛斷運(yùn)算和濾波電路比較器電路正弦信號產(chǎn)生條件反饋類型判別反饋放大電路性能估算線性應(yīng)用電路分析非線性應(yīng)用電路分析信號產(chǎn)生電路《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器本章目錄第一節(jié)集成運(yùn)算放大器第二節(jié)放大電路中的負(fù)反饋第三節(jié)運(yùn)放在信號運(yùn)算電路中應(yīng)用第四節(jié)運(yùn)放在信號處理電路中應(yīng)用第五節(jié)運(yùn)放在信號產(chǎn)生電路中應(yīng)用第六節(jié)運(yùn)算放大器的選擇和使用8.1集成運(yùn)算放大器目前以硅材料器件為主，不能直接制成電感器，也難以生成大電容和大電阻，而易于生成晶體管、小電容和一般的電阻。集成電路把整個電路的元器件制作在一塊基片上，構(gòu)成的特定功能電路。特點(diǎn)體積小、性能好、成本低、易于軟硬件結(jié)合工藝《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁章目錄外形及封裝按集成度小(SSI)、中(MSI)、大(LSI)和超大規(guī)模按導(dǎo)電類型雙極（TTL）、單極（MOS）和混合型按信號數(shù)字、模擬和混合分類雙列直插DIP扁平式FP金屬管型T-《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路,基本組成部分如圖：（1）輸入級采用差分放大電路，對共模信號有很強(qiáng)的抑制能力。（2）中間級采用有源負(fù)載，提供高電壓增益，保證運(yùn)算精度。（3）輸出級采用互補(bǔ)對稱功率放大電路，以提高帶負(fù)載能力。（4）偏置電路可提供穩(wěn)定的偏置電流，以穩(wěn)定各部分的工作點(diǎn)。一、集成運(yùn)算放大器的組成《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄集成運(yùn)算放大器英文稱為operationalamplifier，常常記為OP-AMP。同相輸入端反相輸入端輸出端《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄二、集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)及傳輸特性表征運(yùn)算放大器差分輸入級電壓不對稱的程度。輸入電壓為零時，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。表征運(yùn)算放大器差分輸入級輸入電流不對稱的程度。是兩輸入端電流之差。運(yùn)算放大器無外加反饋條件下，輸出電壓與輸入電壓差值之比輸入失調(diào)電壓UIO(InputOffsetVoltage)輸入失調(diào)電流IIO(InputOffsetCurrent)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)AUd(OpenLoopVoltageGain)《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄共模抑制比KCMRR(CommonModeRejectionRatio)（dB）運(yùn)算放大器的其它參數(shù)還有：輸入偏置電流IB、輸入失調(diào)電壓溫漂、輸入失調(diào)電流溫漂、最大差模輸入電壓、最大共模輸入電壓、差模輸入電阻、單位增益帶寬、轉(zhuǎn)換速率、等效輸入噪聲電壓等?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄理想運(yùn)算放大器（1）理想運(yùn)算放大器的條件差模電壓放大倍數(shù)AUd→∞差模輸入電阻rid→∞共模抑制比KCMRR→∞

目前的運(yùn)算放大器產(chǎn)品都可視為理想運(yùn)算放大器。輸出電阻ro→03個”∞”，1個”0”《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（2）理想運(yùn)算放大器的傳輸特性0理想特性實(shí)際特性（3）理想運(yùn)算放大器的重要結(jié)論虛斷虛短《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄型號A741LM324OP07AD9618OP37OP177AD549OP290類型通用型通用型四運(yùn)放通用型高速寬帶高速寬帶高精度高輸入阻抗低功耗型失調(diào)電壓1

mV2

mV10m

V0.5

mV10μ

V4μ

V0.25

mV50μ

V失調(diào)電流20

nA20

nA0.4

nA7

nA0.3

nA150pA0.1

nA開環(huán)增益100dB100dB120dB120dB單位增益帶寬1MHz0.1MHz0.6MHz8000MHz63

MHz1MHz20KHZ共模抑制比120dB120dB126dB48dB126dB140dB100dB輸入電阻>2MΩ>2MΩ>200GΩ>6MΩ>45MΩ>2000GΩ>50MΩ失調(diào)電壓漂移10μV/°C7μV/°C0.2μV/°C0.2μV/°C30nV/°C5μV/°C0.3μV/°C失調(diào)電流漂移0.5nA/°C0.5nA/°C8pA/°C1.5pA/°C功率損耗50mW三、運(yùn)算放大器的類型《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄8.2放大電路中的負(fù)反饋一、反饋的基本概念反饋系統(tǒng)的輸出量重新回到（或稱饋入）輸入端的現(xiàn)象。輸出電壓信號或電流信號的部分或全部重新進(jìn)入到輸入回路就是電子電路中的反饋現(xiàn)象。引入反饋后使得原輸入信號的效果減弱的一類反饋。正反饋引入反饋后使得原輸入信號的效果增強(qiáng)的一類反饋。負(fù)反饋《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁章目錄反饋放大電路方框圖表示信號的內(nèi)容和流向表示信號的求和點(diǎn)原輸入量輸出量表示對信號的處理過程《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄反饋量凈輸入量由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個閉合路徑，稱為環(huán)，有反饋的電路又稱為閉環(huán)電路，無反饋時的電路稱為開環(huán)電路?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄討論（1）若，則，即是引入反饋后，放大倍數(shù)減小了，這種反饋稱為負(fù)反饋。（2）若，則，即是引入反饋后，放大倍數(shù)增加了，這種反饋稱為正反饋。（3）若，則，這就是說，放大電路在沒有輸入信號時，也會有輸出信號，稱作放大電路的自激振蕩，這也是放大電路的不穩(wěn)定狀態(tài)?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄二、反饋電路的類型（1）瞬時極性法判正、負(fù)反饋《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器

1）首先確定電路有無反饋，如果有反饋，找出放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的整個信號途徑;（注意該途徑中必須沒有接信號地的點(diǎn)，否則電路就沒有反饋了）2）設(shè)定放大電路輸入點(diǎn)信號的瞬時極性;

3）沿輸入→放大→輸出→反饋→輸入的路徑，依次確定各點(diǎn)的瞬時極性，如果為正極性，標(biāo)上⊕號，為負(fù)極性，標(biāo)號。瞬時極性法應(yīng)用步驟下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄在一般情況下，經(jīng)過無源器件時極性不改變；經(jīng)過運(yùn)算放大器時，從同相端進(jìn)入到輸出端不改變極性，反相端輸入到輸出端要改變極性；經(jīng)過晶體管時，從基極進(jìn)入集電極輸出時要改變極性，從基極到發(fā)射極輸出不改變極性?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄判別圖示整體反饋的正負(fù)。該電路的整體反饋途徑該反饋過程的變化路線圖該電路是負(fù)反饋《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄[例題][解]判斷圖示兩級晶體管反饋放大電路的反饋正負(fù)。該電路的反饋途徑該電路是負(fù)反饋《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄[例題]（2）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋可以從定義出發(fā)，根據(jù)反饋信號與原輸入信號在輸入端是以電壓或電流合成的形式進(jìn)行判別。另外可以直接根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特征判別，若反饋信號與原輸入信號接到放大器的同一輸入端進(jìn)入放大器則必然是以電流加減的形式進(jìn)行合成，是并聯(lián)反饋，反之是串聯(lián)反饋。在輸入回路以電壓相減（或加）得到凈輸入電壓的反饋。在同一個輸入端以電流相減（或加）得到凈輸入電流的反饋。串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋判別方法《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄分別判斷圖示電路的串并聯(lián)反饋。[例題]串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（3）電壓反饋和電流反饋電壓反饋取出的反饋電流是正比于輸出電流電壓負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電壓電流負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電流取出的反饋電壓是正比于輸出電壓電流反饋電壓反饋《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄從定義判別電壓或電流反饋，常采用負(fù)載短路法，即把負(fù)載電阻短路，如果反饋依然存在，則為電流反饋，反之為電壓反饋。在放大器件是運(yùn)算放大器的情況下，反饋路徑中包含負(fù)載電阻或其一部分為電流反饋，反之為電壓反饋。電流反饋《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄分析判別反饋電路的反饋類型。反饋電阻反饋電阻電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄[例題]分析判別圖示分壓式偏置電路中的反饋過程。電流串聯(lián)負(fù)反饋《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄[例題]三、負(fù)反饋對放大電路性能的影響負(fù)反饋使放大電路的增益下降，但能從多方面改善放大電路的性能。（1）提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性從數(shù)學(xué)表達(dá)式來看，當(dāng)反饋很深時，即時，可見，引人深度負(fù)反饋后，放大電路的放大倍數(shù)僅決定于反饋網(wǎng)絡(luò)，而與基本放大電路的參數(shù)幾乎無關(guān)?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄放大倍數(shù)的穩(wěn)定性常用放大倍數(shù)相對變化之比來評定。在負(fù)反饋下只考慮大小時有

上式兩邊對求導(dǎo)，得閉環(huán)電路放大倍數(shù)的相對變化率引入負(fù)反饋，提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（2）減少非線性失真大信號放大電路中，由于輸入信號的幅度較大，在動態(tài)過程中，放大器件可能工作到它特性的非線性部分而產(chǎn)生失真。引人負(fù)反饋后《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器正弦小大正弦略大略小略大略小略小略大下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（3）擴(kuò)展頻帶頻帶寬度是放大電路的重要指標(biāo)，引入負(fù)反饋是展寬頻帶的措施之一。運(yùn)算放大電路的頻率特性開環(huán)深度負(fù)反饋閉環(huán)電路帶寬《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄并聯(lián)負(fù)反饋的輸入電阻比無反饋時的輸入電阻減小。（4）改變輸入、輸出電阻串聯(lián)負(fù)反饋下,反饋電壓送回輸入回路，與原輸入電壓串聯(lián)，且極性相反，結(jié)果導(dǎo)致凈輸入電壓減小，流過原輸入電阻的電流變小，輸入電阻比無反饋時增加。電壓負(fù)反饋：放大電路輸出電阻減小電流負(fù)反饋：放大電路輸出電阻增高《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（5）抑制干擾和噪聲

干擾是指經(jīng)電源線或電磁耦合進(jìn)入放大器，并對放大電路的工作產(chǎn)生影響的其他信號。噪聲是指放大器件工作中自身產(chǎn)生的不規(guī)則信號。對放大電路來說，干擾和噪聲是有害的，負(fù)反饋對抑制干擾和噪聲具有明顯的效果。《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄綜上分析可見：負(fù)反饋之所以能夠改善放大電路的多方面的性能，歸根結(jié)底是由于將電路的輸出量（uo或io）引回到輸入端與輸入量（ui或ii）進(jìn)行比較，從而隨時對輸出量進(jìn)行自動調(diào)整的結(jié)果。|1+AF|越大，反饋愈深，這種調(diào)整作用就愈強(qiáng)?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄8.3集成運(yùn)放在信號運(yùn)算電路中的應(yīng)用負(fù)反饋下工作的運(yùn)算放大器的輸入信號可以在很大的范圍內(nèi)變化而輸出不會進(jìn)入非線性范圍，這些應(yīng)用稱為運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用。線性應(yīng)用電路分析的目的主要是確定電路的功能，即輸入和輸出的關(guān)系。在深度負(fù)反饋的作用下，集成運(yùn)算放大器的兩輸入端電位相等、電流為零。《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁章目錄1.比例運(yùn)算反相比例運(yùn)算電路平衡電阻根據(jù)虛斷和虛短根據(jù)電路，有《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄同相比例運(yùn)算電路根據(jù)虛斷和虛短根據(jù)電路，有《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄2.加法運(yùn)算反相輸入求和電路根據(jù)虛斷和虛短，有電路輸出電壓《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄同相輸入求和電路根據(jù)虛斷，有當(dāng)時，有《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄3.減法運(yùn)算根據(jù)虛斷和虛短根據(jù)電路，有將上面兩個式子整理得4.積分運(yùn)算根據(jù)虛斷和虛短根據(jù)電路，有積分時間常數(shù)《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄積分電路輸入為負(fù)階躍信號積分電路輸入為矩形波信號《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器積分飽和下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄5.微分運(yùn)算根據(jù)虛斷和虛短，有電路輸出電壓《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄由于微分電容在高頻時容抗很小，電路對高頻信號的放大倍數(shù)很大，所以純微分電路對噪聲和干擾敏感，實(shí)際電路往往在輸入回路中加串電阻R1，使輸出/輸入信號的放大比例受Rf和R１的限制而不會太大?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄8.4集成運(yùn)放在信號處理電路中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器工作在開環(huán)（無反饋）或僅有正反饋的情況下，根據(jù)其傳輸特性可知，其輸出狀態(tài)將處于高低兩個電平上，這時稱集成運(yùn)算放大器工作于非線性狀態(tài)。工作于非線性狀態(tài)的運(yùn)算放大器的輸出電壓決定于兩輸入端信號電壓比較的結(jié)果，這類電路又稱為比較器電路。《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁章目錄常用非正弦波形《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄一、集成運(yùn)放非線性應(yīng)用分析方法1）集成運(yùn)放輸入端的零電流依然存在，而等電位條件是基于深度負(fù)反饋的，所以已經(jīng)不成立。在一般情況下,這種電路中運(yùn)放兩輸入端的電壓總是不相等的。2）集成運(yùn)放工作在正飽和或負(fù)飽和區(qū)間輸出高電平輸出低電平3）對于集成運(yùn)放以外的電路，通過列電路方程求出關(guān)系式。4）該類電路分析中，畫電路的傳輸特性和輸入輸出信號對應(yīng)的波形圖等進(jìn)行動態(tài)分析。《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄二、簡單比較器（1）過零比較器由于集成運(yùn)放的開環(huán)增益很大，兩個輸入端之間只要加有極小的電壓差，其輸出就會取最高或最低輸出電平。利用這一點(diǎn)，可以使輸入信號與給定參考電壓(0)比較，構(gòu)成過零比較器。同相輸入過零比較器《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄反相輸入過零比較器畫波形時，各點(diǎn)的波形必須在時間坐標(biāo)上對應(yīng)，以便分析信號的對應(yīng)關(guān)系?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器注意下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（2）電壓比較器1）單門限電壓比較器門限電壓《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電壓比較器的輸出信號與輸入信號有很大不同，這就是比較器電路的波形變換功能，它的輸入可以是模擬信號，也可以是脈沖信號,而輸出只有兩種狀態(tài)，稱為開關(guān)量信號。其波形為矩形波，改變電壓比較器參考電平UREF的大小，則輸出高電平的維持時間就發(fā)生改變，這類電路在自動控制中應(yīng)用較多?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄[例題]設(shè)罐頭真空度檢測傳感器的輸出電壓送至單限比較器電路，電壓大于2V說明真空度符合要求，比較器輸出低電平，罐頭繼續(xù)包裝出廠；如果低于2V就不符合要求，比較器輸出５V高電平，使電磁鐵動作，罐頭走向不合格產(chǎn)品一邊。試設(shè)計(jì)比較器電路,實(shí)現(xiàn)該基本功能。2V傳感器的輸出電壓LM7415V2DZ7限流電阻《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄圖8.4.5窗口比較器2）雙限電壓比較器（窗口比較器）具有能監(jiān)視輸入電壓是否超過規(guī)定的上限和低于規(guī)定的下限的電路，一旦越限，輸出立即給出相應(yīng)的信號。什么作用？《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器門限電壓下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄3）集成電壓比較器常用的集成電壓比較器有LM339、LM311及CCl4574等幾種。LM339的內(nèi)部集成了四個獨(dú)立的電壓比較器，是集電極開路輸出?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄4）應(yīng)用舉例光柱電壓表

將10個發(fā)光二極管依次排成柱狀，輸入信號電壓變化時，各個發(fā)光二極管會隨信號電壓大小依次發(fā)光，發(fā)光部分的長度將正比于信號電壓的大小。調(diào)節(jié)電位器RP，使每一個比較器取得級差為1V的參考電壓，當(dāng)信號電壓從0~10V變化時，10個發(fā)光二極管發(fā)光的個數(shù)順序增加，形成光柱。《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄脈寬調(diào)制PWM電路脈寬調(diào)制PWM電路是將輸入電壓的大小變換為輸出脈沖寬度進(jìn)行控制的電路。可以看出，隨著輸入電壓的增大，輸出電壓為高電平的時間，即輸出脈沖寬度增加?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄三、遲滯比較器普通電壓比較器雖然有電路簡單、靈敏度高等特點(diǎn)，但其抗干擾能力差。輸入信號含干擾時電壓比較器波形《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（1）電路組成遲滯電壓比較器是提高抗干擾能力的一種方案。由于正反饋?zhàn)饔?，這種比較器的門限電壓值是隨輸出電壓uo的變化而改變的。它降低了比較器對信號電壓變化的靈敏度，進(jìn)而提高了抗干擾能力?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（2）傳輸特性和門限電壓的計(jì)算根據(jù)電路和理想運(yùn)放的結(jié)論而《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄確定傳輸特性關(guān)鍵是要確定使輸出跳變的門限電壓。門限電壓的計(jì)算公式為兩個門限電壓之差是與電路對干擾或噪聲的不靈敏度有關(guān)的，差值大時，要較大幅度的干擾才足以使得電路的輸出翻轉(zhuǎn)，差值小時，只要較小的干擾幅度就能使輸出翻轉(zhuǎn)?；夭铍妷骸峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄試設(shè)計(jì)遲滯比較器電路，使其傳輸特性如圖所示。[例題][解](1)由傳輸特性求門限電平UthH＝－1V，UthL＝－2V，UOM+＝10V，UOM-＝－0.7V(2)畫出同相輸入遲滯比較器的典型電路《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（3）選定參考電壓和電阻參數(shù)。U選取R1＝2kΩ，則R2＝21.4kΩ，選標(biāo)稱值R2＝22kΩ，取穩(wěn)壓二極管限流電阻R4＝2kΩ。

《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄三、有源濾波器一種能使得信號中有用的頻率成分通過而抑制無用頻率成分的電路。由R、L和C組成的濾波電路由運(yùn)放和R、C組成的濾波電路，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。具有一定的電壓放大和阻抗變換作用。無源濾波電路有源濾波電路濾波電路無源濾波電路有源濾波電路《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄1.基本概念在頻域內(nèi)，傳遞函數(shù)為《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器模相位角下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄通帶阻帶通帶阻帶通帶通帶阻帶阻帶通帶阻帶濾波電路的理想特性如圖所示。實(shí)際濾波電路的頻率特性在通帶和阻帶中間是逐步過渡的。根據(jù)濾波電路中獨(dú)立儲能元件的個數(shù)，分為一階、二階等濾波電路?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄2.一階有源濾波電路一階低通濾波電路，由于電壓跟隨器的輸出阻抗很低，所以帶負(fù)載能力很強(qiáng)。如果電壓跟隨器改為同相比例放大電路，電路就還有了放大能力。

《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄(1)傳遞函數(shù)特征角頻率《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄(2)幅頻響應(yīng)電路幅度和頻率的關(guān)系截止角頻率《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄8.5集成運(yùn)放在信號產(chǎn)生電路中的應(yīng)用一、正弦信號產(chǎn)生電路

信號產(chǎn)生電路是指在沒有輸入信號的情況下，電路自身通過振蕩產(chǎn)生信號輸出。1.產(chǎn)生正弦振蕩的條件反饋中，當(dāng)時，反饋深度等于零，電路有無限大增益，也就是在沒有輸入信號時，也將有信號輸出，稱為自激振蕩狀態(tài)?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁章目錄

正弦波振蕩電路用來產(chǎn)生的正弦交流信號。頻率范圍很廣，可以從一赫以下到幾百兆以上；輸出功率可以從幾毫瓦到幾十千瓦；輸出的交流電能是從電源的直流電能轉(zhuǎn)換而來的。常用的正弦波振蕩器LC振蕩電路:輸出功率較大、頻率高。RC振蕩電路:輸出功率較小、頻率低。石英晶體振蕩電路：頻率穩(wěn)定度高。無線電通訊、廣播電視，工業(yè)上的高頻感應(yīng)爐、超聲波發(fā)生器、正弦波信號發(fā)生器、半導(dǎo)體接近開關(guān)等。應(yīng)用《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄(1)放大電路正弦波振蕩電路的組成放大信號保證是正反饋，反饋信號是放大的輸入信號保證輸出為單一頻率的正弦波，即使電路只在某一特定頻率下滿足振蕩條件使電路能從起振AF

>1，過渡到穩(wěn)定振蕩AF

=1，從而達(dá)到穩(wěn)幅振蕩。(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)

(3)選頻網(wǎng)絡(luò)(2)反饋網(wǎng)絡(luò)《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄選出單一頻率的信號（1）電路結(jié)構(gòu)2.RC正弦波振蕩電路同相比例放大電路RC選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（2）

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性選頻網(wǎng)絡(luò)反饋系數(shù)+–+–分析上式可知：僅當(dāng)=o時，達(dá)最大值，且u2與u1同相，即網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，fo決定于RC。

《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄u1u2u2與u1波形相頻特性(f)fo幅頻特性ffo13《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（3）工作原理輸出電壓

uo

經(jīng)正反饋（兼選頻）網(wǎng)絡(luò)分壓后，取uf

作為同相比例電路的輸入信號ui

。

1)起振過程《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄

A

=

0，僅在f

0處F=

0滿足相位平衡條件2)穩(wěn)定振蕩改變R、C可改變振蕩頻率RC振蕩電路的振蕩頻率一般在200kHz以下。振蕩頻率由相位平衡條件決定3)振蕩頻率振蕩頻率《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄振蕩頻率的調(diào)整振蕩頻率++∞RFRCC–uO

–+SSR1R2R3R3R2R1改變開關(guān)S的位置可改變選頻網(wǎng)絡(luò)的電阻，實(shí)現(xiàn)頻率粗調(diào)；改變電容C的大小可實(shí)現(xiàn)頻率細(xì)調(diào)?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（4）起振及穩(wěn)定振蕩的條件穩(wěn)定振蕩條件AuF

=1，|F|=1/3，則起振條件AuF

>1，因?yàn)閨F|=1/3，則

考慮到起振條件AuF

>1,一般應(yīng)選取RF

略大2R1。如果這個比值取得過大，會引起振蕩波形嚴(yán)重失真?！峨娐放c電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路

熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，利用它的非線性可以自動穩(wěn)幅。

起振時，uO

很小，流過RF的電流也很小，于是發(fā)熱少，阻值高，使RF>2R1,AuF>1。隨著振蕩幅度的不斷加強(qiáng)，uO增大，流過RF

的電流也增大，RF受熱而降低，使得Au下降，當(dāng)RF=2R1時，穩(wěn)定于AuF=1，振蕩穩(wěn)定。半導(dǎo)體熱敏電阻R++∞RFR1CRC–uO

–+《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄R++∞RFR1CRC–uO

–+穩(wěn)幅過程思考

若熱敏電阻具有正溫度系數(shù)，應(yīng)接在何處？uotRFAu《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄振蕩幅度較大時正向電阻小帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的電路IDU振蕩幅度較小時正向電阻大

利用二極管正向伏安特性的非線性自動穩(wěn)幅。R++∞RF2R1CRC–uO

–+D1D2RF1穩(wěn)幅環(huán)節(jié)《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄圖示為RC橋式正弦波振蕩電路，已知運(yùn)算放大器為μA741，其最大輸出電壓為±14V。R=10kΩ，C=0.01μF，RF1=2.7kΩ，RF2=9.1kΩ，R1=5.1kΩ。R++∞RF2R1CRC–uO

–+D1D2RF11)設(shè)電路已產(chǎn)生穩(wěn)幅正弦波振蕩，當(dāng)輸出電壓達(dá)到正弦波峰值時，二極管的正向壓降約為0.6V，二極管導(dǎo)通電阻約2.7kΩ,試估算輸出電壓的峰值±UOM2）計(jì)算產(chǎn)生的正弦波的頻率。[例題]《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄1）二極管導(dǎo)通時為0.6V的壓降,2.7kΩ的電阻,所以由D1、D2和RF1

組成的并聯(lián)支路的等效電阻近似為1.1kΩ,流過該并聯(lián)支路和R１、RF2為同一電流,所以有2）產(chǎn)生的正弦信號的頻率[解]《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器R++∞RF2R1CRC–uO

–+D1D2RF1下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄二、非正弦信號產(chǎn)生電路（1）非正弦信號產(chǎn)生電路的構(gòu)成和分類非正弦信號產(chǎn)生電路由遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）和延時電路組成，延遲電路一般采用簡單的積分電路。《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄（2）非正弦信號產(chǎn)生電路的分析方法分析重點(diǎn)是遲滯比較器和積分電路是否能正常工作，并分析積分電路的輸出能否達(dá)到使遲滯比較器翻轉(zhuǎn)的門限電平。進(jìn)一步分析計(jì)算高低電平的持續(xù)時間T1和T2，由此計(jì)算得到信號的周期和頻率。（3）方波三角波產(chǎn)生電路《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄由同相輸入遲滯比較器的傳輸特性，可知門限電平為比較器輸出電平是穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，實(shí)際門限電平是波形分析及周期的計(jì)算《電路與電子技術(shù)(電工學(xué)Ⅰ)》普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第8章集成運(yùn)算放大器下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄遲滯比較器輸出為uo1＝±UZ

，所以動態(tài)過程為：①當(dāng)uo1＝+UZ時，電