第07章 集成運算放大電路

第7章

集成運算放大電路7.1集成運算放大器簡介集成電路是利用半導(dǎo)體的制造工藝，把管子、電阻、電容、電路和連線等做在一個半導(dǎo)體基片上，形成不可分割的固體塊。集成電路中，元件密度高、連線短、焊點少、外部引線少，因此大大提高了電子線路及電子設(shè)備的靈活性和可靠性。它具有通用性強、可靠性高、體積小、重量輕、功耗小及性能優(yōu)越等特點，而且外部接線很少，調(diào)試極為方便，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動測試、自動控制、信息處理以及通信工程等各個電子技術(shù)領(lǐng)域。集成電路按制造工藝不同分為半導(dǎo)體集成電路，薄膜、厚膜集成電路和混合集成電路；按有源元件類型不同分為單極型、雙極型集成電路；按功能不同又可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路。模擬集成電路是以電壓或電流為變量對模擬量進行放大、轉(zhuǎn)換、調(diào)制的集成電路，它可分為線性集成電路和非線性集成電路。線性集成電路是指輸入信號和輸出信號的變化成線性關(guān)系的電路，如集成運算放大器。非線性集成電路是指輸入、輸出信號的變化成非線性關(guān)系的集成電路，如集成穩(wěn)壓器。7.1集成運算放大器簡介線性集成電路總結(jié)起來有如下特點。(1)集成電路中一般都采用直接耦合的電路結(jié)構(gòu)，而不采用阻容耦合結(jié)構(gòu)。(2)集成電路的輸入級采用差動放大電路，其目的是為了克服直接耦合電路的零漂。(3)

NPN管和PNP管配合使用，從而改進單管的性能。(4)大量采用恒流源來設(shè)置靜態(tài)工作點或作有源負載，用以提高電路性能。7.1集成運算放大器簡介7.1.1.1集成運算放大器的電路符號集成運算放大器的電路符號如圖7-1所示。它有兩個輸入端，一個反相輸入端和一個同相輸入端。分別用“-”“+”表示。有一個輸出端，輸出電壓與反相輸入端輸入電壓的相位相反，而與同相輸入端輸入電壓

的相位相同。集成放大器滿足下列關(guān)系式(7-1)式中，為集成運算放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)。7.1.1集成運算放大器的基本組成圖7-1運算放大器的電路符號7.1.1集成運算放大器的基本組成7.1.1集成運算放大器的基本組成7.1.1.2集成運算放大器的基本組成集成運算放大器的類型很多，電路也各不相同，但從電路的總體結(jié)構(gòu)上看，它們都具有許多共同之處，通常都是由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路組成。如圖7-2所示電路為集成運算放大器F741的簡化原理圖。圖7-2集成運算放大器F74l的簡化原理圖

7.1.1集成運算放大器的基本組成7.1.1集成運算放大器的基本組成1.輸入級輸入級是集成運算放大器性能保證的關(guān)鍵。為了減少零點漂移和抑制共模干擾信號，要求輸入級溫漂小，共模抑制比高，有極高的輸入阻抗，一般采用具有恒流源的差動放大電路。電路中V1、V2、V3和V4組成差動放大電路。Ｖ5、V6及V7組成恒流源電路，作為差動輸入級的有源負載。這一級不但能有效地抑制零漂，且具有較高的輸入阻抗，對輸入信號也具有一定的放大能力。7.1.1集成運算放大器的基本組成2.中間級運算放大器的放大倍數(shù)主要是由中間級提供的，因此要求中間級有較高的電壓放大倍數(shù)。一般放大倍數(shù)可達幾萬甚至幾十萬以上，通常由多級放大電路組成。如圖7-2所示，V8、V9分別組成共集、共射放大電路，并有恒流源ICB作負載，因而使該級可獲得很高的電壓增益，V14作為射級跟隨器，起隔離作用，并可進一步提高電壓放大倍數(shù)。7.1.1集成運算放大器的基本組成3.輸出級該級的作用是提供一定幅度的電流和電壓輸出，用以驅(qū)動負載工作。對輸出級的要求是輸入阻抗高、輸出阻抗低。輸出阻抗低是為了提高帶負載能力；輸入阻抗高是為了實現(xiàn)中間級與輸出級的隔離。所以輸出級常采用互補對稱或準互補對稱功率放大電路，如圖7-2所示，輸出級采用了甲乙類互補對稱功率放大電路，V10、V11工作在二極管狀態(tài)，為V12、V13提供靜態(tài)偏置電壓(約為1.4V)，從而消除了交越失真。7.1.1集成運算放大器的基本組成4.偏置電路偏置電路是為整個電路提供偏置電流、設(shè)置合適靜態(tài)工作點的。偏置電路大多由各種恒流源電路組成。它們一般也作為放大器的有源負載和差動放大器的發(fā)射極電阻。集成運算放大器除上述四部分外，還要有一些輔助電路，如過電流、過電壓、過熱保護電路等，圖中略。7.1.1集成運算放大器的基本組成7.1.1.3集成運算放大器的內(nèi)部電路框圖集成運算放大器的內(nèi)部電路框圖如圖7-3所示。圖7-3集成運放原理框圖運算放大器的好壞常用一些參數(shù)表征。為了合理地選用和正確地使用運放，必須了解其各主要參數(shù)的意義。下面介紹集成運放的一些主要參數(shù)。7.1.2.1開環(huán)差模電壓增益AdAd是集成運放在開環(huán)狀態(tài)、輸出不接負載時的直流差模電壓增益。它是決定運算放大器運算精度的主要因素。Ad越大，說明性能越好，目前運放的Ad可以達到105～108.5或(100~170dB)，理想運放的Ad值為無窮大。值得注意的是，Ad是頻率的函數(shù)，隨著信號頻率(一般超過幾兆赫)的增高，Ad將下降。7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)7.1.2.2輸入失調(diào)電壓UOS及溫漂電壓dUOS/dT如果集成運放差動輸入級非常對稱，當(dāng)輸入電壓為零時，輸出電壓也應(yīng)為零(不加調(diào)零裝置)。但實際上它的差動輸入級很難達到對稱，通常在室溫25oC以下，為了使輸入電壓為零時輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓叫做輸入失調(diào)電壓UOS。它的大小反映了當(dāng)輸入信號為零時，運算放大器的輸出電壓應(yīng)為零。但實際上由于制造工藝等多方面原因，它的差動輸入級很難做到完全對稱，故當(dāng)輸入為零時，輸出并不為零，這一輸出電壓折合到輸入端的值就稱為輸入失調(diào)電壓，即7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)也可以反過來說，若要使輸出電壓為零，則必須在輸入端加一個很小的補償電壓，這個電壓就是輸入失調(diào)電壓。它反映了線性組件內(nèi)部制造的對稱程度。一般Uos為毫伏數(shù)量級，其值越小越好，理想運放的Uos為零。輸入失調(diào)電壓的大小還隨溫度、電源電壓的變化而變化。通常輸入失調(diào)電壓對溫度的變化率稱之為輸入電壓溫度漂移(簡稱輸入失調(diào)電壓溫漂)，用dUOS/dT表示，一般為±(10~20)μV/℃7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)7.1.2.3輸入失調(diào)電流Ios及其溫漂dIOS/dT在常溫下，當(dāng)輸入信號為零時，放大器的兩個輸入端的基極靜態(tài)電流之差稱為輸入失調(diào)電流，用Ios表示，一般為微安數(shù)量級，反應(yīng)了輸入級兩管輸入電流的不對稱情況，其值越小越好。理想運放的Ios為零。Ios隨溫度變化而變化，Ios隨溫度的變化率稱為輸入失調(diào)電流溫漂，用表示，單位為nA/℃.7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)7.1.2.4輸入偏置電流IB當(dāng)輸入信號為零時，輸入級兩個差動管靜態(tài)基極電流的平均值稱為輸入偏置電流，它的大小反映了運放輸入電阻的高低。它的典型值是幾百納安，其值越小越好。7.1.2.5差模輸入電阻Rid和輸出電阻Ro差模輸入電阻是指集成運放的兩個輸入端之間的動態(tài)電阻，反映輸入端向差動信號源索取電流的能力，即Rid=△Uid/△Iid，如圖7-4所示，它反映了運算放大器對信號源的影響程度，Rid越大，對輸入信號影響越小。它的典型值為lM，國產(chǎn)高輸入阻抗的運放，其值可達到1012。7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)輸出電阻Ro是指元件在開環(huán)狀態(tài)下，輸出端電壓變化量與輸出電流變化量的比值。它的數(shù)值大小反映元件帶負載能力的強弱。Ro的數(shù)值一般是幾十歐姆到幾百歐姆，其值越小越好。圖7-4差模輸入電阻的計算7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)7.1.2.6最大差模輸入電壓UidM最大差模輸入電壓是指集成運放兩個輸入端所允許加的最大差模電壓，超過此電壓，集成運放輸入級某一側(cè)三極管將會出現(xiàn)發(fā)射結(jié)反向擊穿，使運放不能正常工作。目前運放的UidM可以達到十幾伏至三十幾伏。7.1.2.7最大共模輸入電壓UicM集成運算放大器經(jīng)常工作在共模輸入的情況下，UicM是指允許加在運放兩個輸入端的最大共模輸入電壓。當(dāng)實際的共模信號大于UicM時，將使輸入級工作不正常，共模抑制比顯著下降。一般集成運放的UicM值為幾伏至二十幾伏。7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)7.1.2.8共模抑制比共模抑制比為CMRR=Ad/AC表示集成運放對共模信號的抑制能力，其值越大越好。一般為60～130dB。集成運算放大器還有其他一些參數(shù)，此處從略。幾種通用型集成運放的參數(shù)見表7-1。型號//////國外國產(chǎn)μA741F74120.020.08106902×1037--±18LM528F52810.020.0210085----±1.5LM324F324±2±5nA45nA10070--710PA/oC表7-1通用型集成運放參數(shù)7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)型號//////國外國產(chǎn)LM158CF15850.030.15160100-4MHz3-LM101CF1010.71.5nA30nA160964×103-3-LM747F7471.00.020.0894802×1037--LM709CF7092.0100nA300nA939080---續(xù)表7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)1.理想運算放大器的條件在討論模擬信號的運算電路時，為了使問題分析簡化，通常把集成運放看成理想器件。理想運放應(yīng)滿足如下幾個條件。(1)開環(huán)差模電壓增益無窮大，即。(2)開環(huán)差模輸入電阻無窮大，即。(3)開環(huán)輸出電阻為零，即。(4)輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流為零等。7.1.3集成運算放大器的基本分析方法7.1.3集成運算放大器的基本分析方法目前用戶能買到的許多集成運放都很接近理想運放，因此，在分析集成運放的應(yīng)用電路時將它視為理想運放是符合實際的，會給電路分析帶來較大的方便，雖然會產(chǎn)生一些誤差，但往往都是在工程允許范圍之內(nèi)的。7.1.3集成運算放大器的基本分析方法2.運算放大器的電壓傳輸特性與基本工作方式如圖7-5(a)所示是集成運放開環(huán)運用時的示意圖，圖中

u+、u-是相應(yīng)輸入端電壓，uo為輸出電壓，其電壓傳輸特性如圖7-5(b)所示，從圖7-5(b)可以看出，集成運放有兩個工作區(qū)，當(dāng)輸入電壓ui在AB之間時，運放處于線性工作區(qū)，在AB段以外時則處于非線性工作區(qū)。(a)(b)圖7-5集成運算放大器的電壓傳輸特性7.1.3集成運算放大器的基本分析方法運放在線性區(qū)時，輸入輸出之間滿足式(7-1)。由于Ad很大，所以，運放開環(huán)工作時線性區(qū)很窄，ui僅為幾毫伏甚至更小，為擴大外部線性工作范圍，必須對運放施加足夠深的負反饋，以便壓低運放的差模輸入信號，保證運放處于線性工作區(qū)，所以運放的線性應(yīng)用電路均為負反饋電路。運算放大器工作在非線性區(qū)時，輸入輸出之間無線性關(guān)系，輸出只有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，一是正向飽和值UOM，一是負向飽和值-UOM，UOM是運算放大器所能達到的最大輸出值，約比電源電壓低2V。運算放大器的輸入信號過大或工作在開環(huán)狀態(tài)或加正反饋時，運放均可進入非線性區(qū)。7.1.3集成運算放大器的基本分析方法3.理想運放的兩個重要結(jié)論(1)虛短即u+=u－由式(7-1)可知，在線性范圍內(nèi)集成運放的差動輸入信號電壓為由于理想運放的，而輸出電壓uo又是一個有限值，因此有

即(7-2)此為虛短，即兩個輸入端電位相等，好像短接在一起一樣，但實際上又不是短接在一起，所以稱虛短。理想運算放大器工作在線性區(qū)時，虛短現(xiàn)象總是存在的。7.1.3集成運算放大器的基本分析方法(2)虛斷即i+=i－=0(見圖7-5(a))而理想運放的，且又是有限值，所以有即

i＋=i－=0

(7-3)7.1.3集成運算放大器的基本分析方法此為虛斷，即從輸入端流入或流出的電流為零，好象輸入端與運放器件斷開一樣，但實際上不是斷開，所以稱虛斷。理想運算放大器工作在線性區(qū)和非線性區(qū)時，虛斷現(xiàn)象總是存在的。正確運用上述兩個結(jié)論，可以使集成運放應(yīng)用電路的分析過程大大簡化。1.集成運算放大器的線性應(yīng)用(1)比例運算電路1)反相輸入比例運算電路如圖7-6所示的電路就是由集成運放組成的反相輸入比例運算電路，輸入信號從反相輸入端加入，又叫反相放大器。反饋電阻跨接在輸出端與反相輸入端之間，使電路工作在閉環(huán)工作狀態(tài)。圖中稱為平衡電阻，由于集成運放的輸入級為差動放大器，為減少失調(diào)參數(shù)的影響，故要求輸入回路兩端對稱，即要求集成運放兩個外部入端電阻相等。圖中反相輸入端的入端等效電阻為//，因此取//7.1.4集成運算放大器的運用圖7-6反向輸入比例運算電路7.1.4集成運算放大器的運用7.1.4集成運算放大器的運用把圖中運放視為理想運放，則根據(jù)虛斷和虛短的概念可得i＋=i－=0u+-u－=0i1=iF

(7-4)7.1.4集成運算放大器的運用由式(7-4)可得如下結(jié)論：①輸出電壓與輸入電壓成正比例關(guān)系，比例系數(shù)為RF/R1，若取RF=R1，則電路成為反相器或倒相器。②式中負號表明輸出電壓與輸入電壓反相位，這也是反相比例運算電路名稱的由來。③比例系數(shù)的大小僅與運放外電路參數(shù)RF與R1的取值有關(guān)，因此選取阻值穩(wěn)定、精度高的電阻器RF與R1是提高電路運算精度的關(guān)鍵。一般地，RF與R1的取值約為1k～1M。7.1.4集成運算放大器的運用2)同相輸入比例運算電路如圖7-7所示電路為同相輸入比例運算電路，也稱同相放大器，它是同相比例運算電路中最基本的形式。輸入信號ui通過R2加到集成運算放大器的同相輸入端，負反饋電阻RF跨接在輸出端與反相輸入端之間，平衡電阻R2=R3//RF。根據(jù)虛短與虛斷的概念可得u+-u－=uii1=iF圖7-7同相輸入比例運算電路7.1.4集成運算放大器的運用7.1.4集成運算放大器的運用聯(lián)立上述四式得

(7-5)式(7-5)表明，輸出電壓uo與輸入電壓ui成正比例關(guān)系，比例系數(shù)是(1+RF/R1)，而且uo與ui同相位。當(dāng)RF=0時，電路稱為同號器或電壓跟隨器，uo與ui的關(guān)系為uo=ui，如圖7-8所示。圖7-8電壓跟隨器7.1.4集成運算放大器的運用同相輸入比例運算電路還有一種形式如圖7-9所示，uo與ui的關(guān)系應(yīng)為(7-6)式(7-6)的推導(dǎo)讀者可以自己完成。圖7-9接R3的同相輸入比例運算電路7.1.4集成運算放大器的運用3)差動輸入比例運算電路當(dāng)集成運算放大器的同相輸入端和反相輸入端都接有輸入信號時，稱為差動輸入比例運算電路，它的基本電路形式如圖7-10所示，4個外接電阻應(yīng)滿足R1//RF=R2//R3。輸入與輸出關(guān)系的推導(dǎo)可采用兩種方法。圖7-10差動輸入比例運算電路7.1.4集成運算放大器的運用①仍用虛短與虛斷的概念，可得聯(lián)立上述4式求解得

(7-7)7.1.4集成運算放大器的運用②使用疊加原理運算放大器作線性應(yīng)用時，均可使用疊加原理。如圖7-10所示電路，令ui1單獨作用，ui2端視為接地，輸出為，此時電路變?yōu)榉聪啾壤\算電路，根據(jù)式(7-4)可直接寫出令ui2單獨作用，ui1端視為接地，輸出為。此時電路變?yōu)橥啾壤\算電路，同樣可根據(jù)式（7-6）直接寫出

7.1.4集成運算放大器的運用電路總的電壓輸出為uo為即7.1.4集成運算放大器的運用上式顯然與式(7-7)相同，這說明使用疊加原理，可借用前面推導(dǎo)過的基本反相、同相比例運算電路的結(jié)果，直接寫出式(7-7)。若取R1=R2，RF=R3，則式(7-7)可簡化為

(7-8)若取R1=RF，則上式可簡化為

(7-9)由此可知，差動輸入放大電路可視為一個減法運算電路。7.1.4集成運算放大器的運用【例7.1】如圖7-11所示是由集成運放構(gòu)成的兩級放大電路，圖中R1=10k

，RF=50k，R3=R4=20k，E=0.5V，試求uo=？并計算R2與R5。圖7-11例題7.1圖7.1.4集成運算放大器的運用解：設(shè)第一級運放的輸出為uo1。兩級電路均為基本反相比例運算電路，所以可直接寫出uo1則作為第二級電路的輸入，則第二級運放對地輸出為7.1.4集成運算放大器的運用所求輸出電壓為取R2=8.2kR5=10k7.1.4集成運算放大器的運用(2)

算數(shù)求和運算電路1)反相求和運算電路在反相比例運算電路的基礎(chǔ)上再增加幾個輸入支路，就可實現(xiàn)對多個輸入信號的求和運算。如圖7-12所示電路是具有三個輸入信號的反相求和運算電路，圖中平衡電阻R4=RF//R1//R2//R3。根據(jù)圖7-12，應(yīng)用疊加原理，結(jié)合式(7-4)可得電路輸出為

(7-10)圖7-12反相求和運算電路7.1.4集成運算放大器的運用7.1.4集成運算放大器的運用由式(7-10)可看出，輸出電壓不僅與輸入電壓反相，而且按不同的比例反映各輸入信號的作用，完成了Y=-(ax+by+cz)的運算，因此稱為反相比例求和。若取RF=R1=R2=R3，則

(7-11)如果在電路的輸出端接一個反相器，則可完成常規(guī)的算術(shù)運算。7.1.4集成運算放大器的運用2)同相求和運算電路如圖7-13所示是一個典型的同相求和運算電路，三個輸入信號均加于同相輸入端，為做到電路對稱，各電阻應(yīng)滿足R2//R3=R1//RF。應(yīng)用疊加原理可方便地寫出輸入與輸出之間的關(guān)系

(7-12)若取R2=R3，上式可以簡化為uo=ui1+ui2。請讀者自己寫出簡化式。圖7-13同相求和運算用路7.1.4集成運算放大器的運用7.1.4集成運算放大器的運用(3)積分和微分運算電路1)基本積分運算電路把反相輸入比例運算電路中的反饋電阻RF換成電容C，則構(gòu)成基本積分運算電路，如圖7-14所示。根據(jù)虛短與虛斷的概念可以得到。以上兩式聯(lián)立解得

(7-13)圖7-14基本積分運算電路7.1.4集成運算放大器的運用7.1.4集成運算放大器的運用式(7-13)說明輸出電壓是輸入電壓對時間的積分，式中負號表明輸出與輸入反相位。若設(shè)t=t0時，輸出電壓初值為，則

到t時間內(nèi)，值可寫為

(7-14)如果輸入為直流信號時，且t=t0時刻，電容電壓為U(t0)，則

(7-15)7.1.4集成運算放大器的運用上式說明輸入為直流信號時，輸出將隨時間線性增長，但是注意，不可能無限增長下去，當(dāng)達到集成運放的輸出飽和值時，就停止了積分。積分運算電路的階躍響應(yīng)如圖7-15所示。(a)(b)圖7-15積分電路的輸入與輸出曲線

7.1.4集成運算放大器的運用2)積分求和運算電路在基本積分電路的輸入端再增加輸入回路就構(gòu)成了積分求和運算電路。如圖7-16所示電路是具有兩個輸入信號的積分求和電路，應(yīng)用疊加原理和式(7-13)可以寫出電路輸入與輸出的關(guān)系式

(7-16)當(dāng)取R1=R2=R時

(7-17)圖7-16積分求和運算電路7.1.4集成運算放大器的運用7.1.4集成運算放大器的運用上面討論的積分運算電路在自動控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到。例如，在自動化儀表中，輸入信號ui通常是幾個信號綜合比較后的偏差電壓，其值一般很微小，利用一般放大器還不能使執(zhí)行機構(gòu)動作，因此，可采用積分運算電路將微小的偏差電壓積累起來，經(jīng)過一段時間后，可使輸出電壓達到較大值，從而能夠推動執(zhí)行機構(gòu)動作，把系統(tǒng)置于合理的工作狀態(tài)，達到自動控制的目的。7.1.4集成運算放大器的運用3)基本微分運算電路微分運算是積分運算的逆運算，將基本積分電路中的R1和C對調(diào)位置就構(gòu)成了微分運算電路。如圖7-17(a)所示電路為基本微分運算電路。根據(jù)理想運放虛短與虛斷的概念可得i1=ifu+=u－=0整理得

(7-18)7.1.4集成運算放大器的運用上式表明，輸出電壓uo與輸入電壓對時間的微分成正比。如果在t=0時刻有ui=E突然加入，而在t=t1時刻又突然撤除，如圖7-19(b)上部所示，則微分電路的輸出信號對應(yīng)波形如圖7-19(b)下部所示?？梢娫谳斎胄盘柾蛔儠r，輸出響應(yīng)為一尖脈沖，脈沖幅度受集成運放輸出飽和值的限制。

(a)(b)圖7-17基本微分運算電路及其響應(yīng)7.1.4集成運算放大器的運用由上述討論可知，微分電路對突變信號反應(yīng)非常靈敏，因此在自動控制系統(tǒng)中，常用微分電路來改善系統(tǒng)的靈敏度。2.集成運算放大器的非線性應(yīng)用集成運放有線性和非線性兩種工作狀態(tài)。前面所討論的各種運算與應(yīng)用電路，均是通過外接反饋網(wǎng)絡(luò)使集成運放處于深度負反饋狀態(tài)，此時的集成運放是工作在線性區(qū)，電路的輸入輸出關(guān)系幾乎與集成運放本身的特性無關(guān)，而主要由外接網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)所決定。7.1.4集成運算放大器的運用集成運放的另一種工作狀態(tài)是非線性工作狀態(tài)，這一狀態(tài)下電路的構(gòu)成特點是運放開環(huán)或接正反饋，在開環(huán)工作或加正反饋時，由于集成運放的放大倍數(shù)很高，輸入信號即使很小也足以使運放工作在非線性工作狀態(tài)，而使集成運放的輸出不是偏向于正飽和值(Uom)就是偏向于負飽和值(-Uom)，輸入與輸出不再有線性關(guān)系。集成運放處于非線性工作狀態(tài)時的電路統(tǒng)稱為非線性應(yīng)用電路。這種電路大量地被用于信號比較、信號轉(zhuǎn)換和信號發(fā)生以及自動控制系統(tǒng)和測試系統(tǒng)中。下面將介紹電壓比較電路和非正弦信號產(chǎn)生電路，這些電路都是集成運放典型的非線性應(yīng)用電路。7.1.4集成運算放大器的運用(1)電壓比較電路1)基本電壓比較電路電壓比較電路是一個用來比較兩個電壓大小的電路。如圖7-18(a)所示是一基本電壓比較電路，其中一個輸入端加參考電壓UR，一般UR為直流基準電壓，另一輸入端加信號電壓ui，是被比較的對象，輸出電壓uo用來反映比較的結(jié)果。這時，運放處于開環(huán)工作狀態(tài)，具有很高的開環(huán)電壓放大倍數(shù)。當(dāng)輸入信號ui大于參考電壓ＵR時，運放處于負飽和狀態(tài)，輸出負飽和值-Ｕom；當(dāng)輸入信號略低于ＵR時，運放即轉(zhuǎn)入正飽和狀態(tài)，輸出正飽和值Uom。如圖7-18(b)所示是理想的電壓傳輸特性。7.1.4集成運算放大器的運用若輸入信號為一正弦量，則電路輸出為一矩形波，如圖7-18所示。顯然矩形波正負半周的寬度受參考電壓ＵR的控制，而幅值將受運放的工作電源的限制。圖7-18基本電壓比較電路及電壓傳輸特性7.1.4集成運算放大器的運用如果參考電壓ＵR=０，則輸入信號電壓每次過零時，輸出就要產(chǎn)生突變，這種比較電路稱為過零比較電路。圖7-19基本電壓比較電路的正弦響應(yīng)7.1.4集成運算放大器的運用2)電平檢測比較電路如圖7-20(a)所示是一電平檢測比較電路，參考電壓ＵR與輸入信號ui均加在運放的反相輸入端。根據(jù)虛斷的概念，當(dāng)u－＞u＋=0時，輸出uo=-Uom，當(dāng)u-＜０時，輸出uo=Uom。而

(7-19)由此得出當(dāng)ui≥-R2/R1UR時，電路輸出負飽和值，當(dāng)ui≤-R2/R1UR時，電路輸出正飽和值，其電壓傳輸特性如圖7-20(c)所示。7.1.4集成運算放大器的運用如果希望電路的輸出穩(wěn)定在一定幅值上，可在電路中加裝兩個對接的相應(yīng)的穩(wěn)壓管，其接法如圖7-20(b)所示，它與圖7-20(a)所示電路具有相同的電壓傳輸持性，只是其輸出電壓的幅值為±(UZ+UD)。圖7-20電平檢測比較電路7.1.4集成運算放大器的運用3)滯回比較電路滯回比較電路又稱施密特電路，其電路構(gòu)成如圖7-21(a)所示。圖7-21滯回比較電路及電壓傳輸特性7.1.4集成運算放大器的運用根據(jù)運放虛斷的概念，則有