第7章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路振蕩器簡(jiǎn)介

集成電路是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的固體組件。它是利用微電子技術(shù)將元件、導(dǎo)線、電路集成在一塊很小的半導(dǎo)體芯片上而成。集成電路的發(fā)展進(jìn)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。當(dāng)前1頁(yè)，總共105頁(yè)。集成電路分類(1)模擬集成電路處理模擬信號(hào)的電路。如集成功率放大器、集成運(yùn)算放大器等。(2)數(shù)字集成電路處理數(shù)字信號(hào)的電路。如集成門(mén)電路、編碼器、譯碼器、觸發(fā)器等。集成電路芯片當(dāng)前2頁(yè)，總共105頁(yè)。

集成運(yùn)放是具有很高開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大器，由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)三個(gè)基本部分組成。7.1.1集成運(yùn)算放大器的基本概念7.1集成運(yùn)算放大器概述當(dāng)前3頁(yè)，總共105頁(yè)。特點(diǎn)：①輸入級(jí)采用差分放大電路，KCMR和ri很高。②中間級(jí)采用多級(jí)共射電路，起電壓放大作用。③輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路或共集放大電路，ro很小，帶負(fù)載能力很強(qiáng)。④直接耦合的多級(jí)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(jí)

中間級(jí)

輸出級(jí)

輸入端輸出端集成運(yùn)算放大器的組成運(yùn)算放大器的組成當(dāng)前4頁(yè)，總共105頁(yè)。集成運(yùn)放741的電路原理圖+VCCuO+–-VEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C⑦⑥④⑤①②③當(dāng)前5頁(yè)，總共105頁(yè)。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(yùn)算放大器的另一種符號(hào)集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)當(dāng)前6頁(yè)，總共105頁(yè)。12345678μA741空腳調(diào)零端輸出調(diào)零端反相輸入同相輸入+UCC-UEE外形集成運(yùn)算放大器的外形及管腳排列當(dāng)前7頁(yè)，總共105頁(yè)。集成運(yùn)算放大器的外部接線圖+UCC－UEE87100dB231546u－u+uO12345678μA741空腳調(diào)零端輸出調(diào)零端反相輸入同相輸入+UCC-UEE－uD＋－＋＋u－u＋uO

Ao當(dāng)前8頁(yè)，總共105頁(yè)。7.1.2集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)1.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

Auo2.開(kāi)環(huán)差模輸入電阻rid4.共模抑制比KCMRR5.輸入失調(diào)電壓Uio、輸入失調(diào)電流Iio

6.輸入偏置電流IB1、IB23.開(kāi)環(huán)輸出電阻ro7.通頻帶寬度BW當(dāng)前9頁(yè)，總共105頁(yè)。一、理想集成運(yùn)算放大器開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)：Ao→∞開(kāi)環(huán)輸入電阻：ri→∞開(kāi)環(huán)輸出電阻：ro→0共模抑制比：KCMR→∞u－u＋uO

－

uD＋－＋∞＋理想運(yùn)放的符號(hào)7.1.3理想運(yùn)算放大器及其分析特點(diǎn)當(dāng)前10頁(yè)，總共105頁(yè)。uo=f(uD)+UOM

uD=u+–u–

uo–UOMuo++u+u–+UCC–UEE–OuDuD

=

u+–

u–

集成運(yùn)放的輸出電壓uo與輸入電壓uD之間的關(guān)系稱為集成運(yùn)放的電壓傳輸特性。二、電壓傳輸特性當(dāng)前11頁(yè)，總共105頁(yè)。+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(shí)，uo=+UOM

≈+UCC

uD<0

時(shí)，uo=–UOM

≈–UEE

討論正飽和區(qū)負(fù)飽和區(qū)非線性區(qū)當(dāng)前12頁(yè)，總共105頁(yè)。集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)稱為線性應(yīng)用，工作在非線性區(qū)時(shí)稱為非線性應(yīng)用。而開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo越大，運(yùn)放的線性區(qū)范圍越窄，因此，在線性應(yīng)用時(shí)必須引入負(fù)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當(dāng)前13頁(yè)，總共105頁(yè)。（一）理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)因?yàn)閡o

=Auoud

=Auo(u+–

u–

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

u–

約等于0即u+

u–

，稱之為“虛短路”(2)由于理想運(yùn)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(yùn)放的分析要點(diǎn)(3)因?yàn)槔硐脒\(yùn)放的輸出電阻ro→0，所以u(píng)OL≈uOC，即輸出電壓不受負(fù)載大小的影響。當(dāng)前14頁(yè)，總共105頁(yè)。

當(dāng)運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)或引入了正反饋之后，運(yùn)放的線性區(qū)變得很陡，此時(shí)運(yùn)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(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)

由電壓傳輸特性可見(jiàn)，當(dāng)uD稍有變化時(shí)，運(yùn)放即進(jìn)入飽和區(qū)，輸出電壓即為正、負(fù)飽和值。當(dāng)前15頁(yè)，總共105頁(yè)。(1)uD>0時(shí)，即u+>

u–時(shí)，

uo=+UOM

≈+UCC

，輸出為正的飽和值；(2)uD

<0時(shí)，即u+<

u–時(shí)，

uo=-UOM

≈

-UEE

，輸出為負(fù)的飽和值；(3)uD=0時(shí)，即u+=u–時(shí)，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(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)：(4)i+=i–0,仍存在“虛斷”現(xiàn)象當(dāng)前16頁(yè)，總共105頁(yè)。7.1.4運(yùn)算放大器應(yīng)用電路中的反饋與晶體管放大電路相同，集成運(yùn)放應(yīng)用電路中也存在著各種不同形式的反饋，其分類、判別及對(duì)電路性能的影響與第6章所述相關(guān)內(nèi)容基本相同。當(dāng)前17頁(yè)，總共105頁(yè)。一、正反饋和負(fù)反饋的判別正、負(fù)反饋的判別方法：“瞬時(shí)極性法”

運(yùn)放輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的極性關(guān)系反相輸入同相輸入－＋＋XO

AoXi(+)(-)－＋＋XO

AoXi(+)(+)當(dāng)前18頁(yè)，總共105頁(yè)。例：判斷下圖所示電路引入的是正反饋還是負(fù)反饋？若反饋信號(hào)引回到輸入信號(hào)的同一端，兩者瞬時(shí)極性相反時(shí)為負(fù)反饋，兩者瞬時(shí)極性相同時(shí)為正反饋。結(jié)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(fù)反饋＋反饋通路當(dāng)前19頁(yè)，總共105頁(yè)。若反饋信號(hào)引回到輸入信號(hào)的不同端，兩者瞬時(shí)極性相反時(shí)為正反饋，兩者瞬時(shí)極性相同時(shí)為負(fù)反饋。uIuO-+RLRFR1

Ao+反饋通路(+)(+)(-)(-)凈輸入量增大結(jié)論：正反饋－＋Ao

＋RFRL

R

R1R2＋uO

－uI反饋通路＋＋＋＋＋凈輸入量減小負(fù)反饋例：判斷下圖所示電路引入的是正反饋還是負(fù)反饋？當(dāng)前20頁(yè)，總共105頁(yè)。小結(jié)：正反饋負(fù)反饋－＋＋XO

AoXi(+)(-)Xf·－＋＋XO

AoXi(+)Xf·(+)反饋信號(hào)引回到輸入信號(hào)的同一端，兩者瞬時(shí)極性相反時(shí)為負(fù)反饋，兩者瞬時(shí)極性相同時(shí)為正反饋。當(dāng)前21頁(yè)，總共105頁(yè)。小結(jié)：負(fù)反饋正反饋－＋＋XO

AoXi(+)Xf·(+)(-)－＋＋XO

AoXi(+)Xf·反饋信號(hào)引回到輸入信號(hào)的不同端，兩者瞬時(shí)極性相反時(shí)為正反饋，兩者瞬時(shí)極性相同時(shí)為負(fù)反饋。當(dāng)前22頁(yè)，總共105頁(yè)。二、直流反饋和交流反饋的判別

判別方法分別畫(huà)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(jìn)行判別。當(dāng)前23頁(yè)，總共105頁(yè)。(+)(+)(+)直流負(fù)反饋

Ao直流通路-+uIuOC2C1R1R2+R3交流通路

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

Ao-+uIuOC2C1R1R2+R3(+)當(dāng)前24頁(yè)，總共105頁(yè)。三、電壓反饋和電流反饋的判別

判別方法：令負(fù)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。當(dāng)前25頁(yè)，總共105頁(yè)。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＋電壓反饋當(dāng)前26頁(yè)，總共105頁(yè)。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當(dāng)前27頁(yè)，總共105頁(yè)。判別方法若反饋引回到輸入信號(hào)的同一端，反饋量與輸入量在輸入端形成一個(gè)并聯(lián)節(jié)點(diǎn)，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(hào)的不同端，反饋量與輸入量在輸入端形成一個(gè)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)反饋的判別當(dāng)前28頁(yè)，總共105頁(yè)。反饋信號(hào)引回到輸入信號(hào)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：當(dāng)前29頁(yè)，總共105頁(yè)。反饋信號(hào)引回到輸入信號(hào)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：當(dāng)前30頁(yè)，總共105頁(yè)。五、本級(jí)反饋和級(jí)間反饋的判別uOR5R4R3-+uIR1R6

AoR2+++-

Ao若將本級(jí)放大電路的輸出量反饋到本級(jí)的輸入端，就稱為本級(jí)反饋；若將后級(jí)放大電路的輸出量反饋到前級(jí)放大電路的輸入端，則稱為級(jí)間反饋。反饋通路本級(jí)反饋通路級(jí)間反饋通路當(dāng)前31頁(yè)，總共105頁(yè)。uiRRF1RF2RF3A1A2A3uORF1電壓并聯(lián)負(fù)反饋(級(jí)間)RF2電壓串聯(lián)負(fù)反饋(級(jí)間)RF3電壓并聯(lián)負(fù)反饋(本級(jí))???例1.試判斷如圖所示電路中RF1、RF2、RF3引入的反饋類型。當(dāng)前32頁(yè)，總共105頁(yè)。uiuoA1A2ufuoRF1R1R2RFR4R3R5R6RF2利用瞬時(shí)極性法判斷反饋的正負(fù)反饋類型：串聯(lián)電壓負(fù)反饋電流RLuf

與uo成正比io負(fù)反饋例2.試判斷如圖所示電路中電阻RF引入的反饋類型。當(dāng)前33頁(yè)，總共105頁(yè)。1.信號(hào)的運(yùn)算：比例；加、減；乘、除； 對(duì)數(shù)、指數(shù)等運(yùn)算電路2.信號(hào)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(hào)的發(fā)生：正弦波、方波、三角波產(chǎn)生等電路集成運(yùn)放的主要應(yīng)用7.2集成運(yùn)放的信號(hào)運(yùn)算應(yīng)用當(dāng)前34頁(yè)，總共105頁(yè)。集成運(yùn)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(duì)各種模擬信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，如：比例、加法、減法、微分、積分、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)、乘法和除法等運(yùn)算。運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，通常要引入深度負(fù)反饋。所以，它的輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系基本取決于反饋電路和輸入電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)關(guān)系不大。改變輸入電路和反饋電路的結(jié)構(gòu)形式，就可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)算。當(dāng)前35頁(yè)，總共105頁(yè)。由虛斷路由虛短路RF引入深度負(fù)反饋uiuoi1ifi-RFR1R2i+可得：則有：故有：虛地7.2.1比例運(yùn)算電路一、反相比例運(yùn)算電路當(dāng)前36頁(yè)，總共105頁(yè)。uiuoi1ifidRFR1R2當(dāng)RF=R1時(shí)，Auf=-1，uo=-ui，稱為反相器。平衡電阻R2=R1//RF當(dāng)前37頁(yè)，總共105頁(yè)。⑤因反饋類型為電壓并聯(lián)負(fù)反饋，故輸入電阻和輸出電阻都比較小，ri≈

R1，

ro≈0。結(jié)論：①因?yàn)閡i加在反相輸入端，

Auf為負(fù)值，即uo與ui

極性相反。②Auf

只與外部電阻R1、RF

有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無(wú)關(guān)。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”。當(dāng)前38頁(yè)，總共105頁(yè)。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(yùn)算電路當(dāng)前39頁(yè)，總共105頁(yè)。RFRR12uiuouf平衡電阻R2=R1//RF則閉環(huán)放大倍數(shù)為當(dāng)前40頁(yè)，總共105頁(yè)。當(dāng)R1=(開(kāi)路)或RF

=0(短路)時(shí)：uo=ui，Auf=1，稱為電壓跟隨器。uoRFuiR2R1++––++–由運(yùn)放構(gòu)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++––++–當(dāng)前41頁(yè)，總共105頁(yè)。⑤因反饋類型為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，故輸入電阻高、輸出電阻低，ri→∞，ro≈0。結(jié)論：①因?yàn)閡i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(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無(wú)關(guān)。③Auf≥1，不能小于1。④u–=u+

=

ui

≠0，反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。當(dāng)前42頁(yè)，總共105頁(yè)。例：試寫(xiě)出如圖電路uo與ui的運(yùn)算關(guān)系式。RFRR12uiuoR3當(dāng)前43頁(yè)，總共105頁(yè)。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(kāi)關(guān)S1和S2同時(shí)閉合時(shí)；（2）開(kāi)關(guān)S1閉合，S2打開(kāi)時(shí)；（3）開(kāi)關(guān)S1和S2同時(shí)打開(kāi)時(shí)。當(dāng)前44頁(yè)，總共105頁(yè)。7.2.2加法(求和)和減法運(yùn)算電路一、反相加法運(yùn)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

當(dāng)前45頁(yè)，總共105頁(yè)。①當(dāng)R11=R12=R1時(shí)：②當(dāng)R11=R12=RF時(shí)：uO=－(uI1+uI2)，

③平衡電阻：R2

=R11∥R12∥RF。說(shuō)明u－u＋uORFiF－＋∞＋R12R2uI1iI1iI2uI2R11ＲFＲ12ＲFＲ11+uI2)uO=－(uI1ＲFＲ1uO=－(uI1+uI2)加法運(yùn)算電路當(dāng)前46頁(yè)，總共105頁(yè)。1.輸入電阻低，輸出電阻低；2.當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對(duì)其它路無(wú)影響。反相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–ＲFＲi2ＲFＲi1+uI2)uO=－(uI1當(dāng)前47頁(yè)，總共105頁(yè)。設(shè)計(jì)題（10分）:試用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)如下運(yùn)算，求出各電阻阻值并畫(huà)出電路。（設(shè)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當(dāng)前48頁(yè)，總共105頁(yè)。三、減法運(yùn)算電路

當(dāng)uI1單獨(dú)作用時(shí),uO1=－ＲFＲ1uI1當(dāng)uI2單獨(dú)作用時(shí),RFR1uO2=(1＋)u＋R3R2＋R3u＋=uI2=(1＋RFR1)R3R2＋R3uI2u－u＋uORF－＋∞＋R1R2uI2uI1R3u－u＋uORF－＋∞＋R1R2uI1R3u－u＋uORF－＋∞＋R1R2uI2R3減法運(yùn)算電路應(yīng)用疊加定理分析當(dāng)前49頁(yè)，總共105頁(yè)。ＲFＲ1R3R2＋R3RFR1=(1＋)uI2－uI1

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

–uI1③平衡電阻R2∥R3=R1∥RF。

說(shuō)明u－u＋uORF－＋∞＋R1R2uI2uI1R3R3/R21＋R3/R2減法運(yùn)算電路

=k2uI2-k1uI1根據(jù)疊加定理:uO=uO1＋uO2當(dāng)前50頁(yè)，總共105頁(yè)。[例2]如圖為兩級(jí)運(yùn)放組成的電路，已知RF1

=R11=R12=30k，RF2

=R2=R3=R4=R5=10k。（1）說(shuō)明運(yùn)放A1和A2分別實(shí)現(xiàn)何種運(yùn)算？（2）試寫(xiě)出輸出電壓uO與輸入電壓uI1、uI2之間的運(yùn)算關(guān)系式。（3）若uI1=0.1V，uI2

=0.2V，uI3

=0.3V，求uO?！蓿鱱I1uI2∞－＋＋△uI3

+uO－R11R12RF1R2R4R3R5RF2A2A1當(dāng)前51頁(yè)，總共105頁(yè)。第一級(jí)為反相加法運(yùn)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(jiàn)：第二級(jí)為減法運(yùn)算電路。uO1當(dāng)前52頁(yè)，總共105頁(yè)。ＲF1Ｒ12ＲF1Ｒ11uO1=－(uI1＋uI2)因第一級(jí)為反相加法運(yùn)算電路：（2）uO1∞－＋＋△uI1uI2∞－＋＋△uI3

+uO－R11R12RF1R2R4R3R5RF2已知RF1

=R11=R12=30k，RF2

=R2=R3=R4=R5=10k=－(uI1＋uI2)當(dāng)前53頁(yè)，總共105頁(yè)。第二級(jí)為減法運(yùn)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）=＋當(dāng)前54頁(yè)，總共105頁(yè)。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）=＋當(dāng)前55頁(yè)，總共105頁(yè)。=0.6VuO1∞－＋＋△uI1uI2∞－＋＋△uI3

+uO－R11R12RF1R2R4R3R5RF2uO

=uI1＋uI2＋uI3(3)若uI1=0.1V，uI2

=0.2V，uI3

=0.3V，求uO。當(dāng)前56頁(yè)，總共105頁(yè)。

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(yùn)算關(guān)系式。說(shuō)明其實(shí)現(xiàn)何種運(yùn)算?uO1當(dāng)前57頁(yè)，總共105頁(yè)。一、積分運(yùn)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(yùn)算電路虛地

uIR1=duOdt-C

i＋=i－=

0即：7.2.3積分和微分運(yùn)算電路當(dāng)前58頁(yè)，總共105頁(yè)。若輸入信號(hào)電壓為恒定直流量，即ui=Ui

時(shí)，則：uitO積分飽和

uotO

ui=Ui>0

ui=–Ui<0

采用集成運(yùn)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(shí)間t的一次函數(shù)，從而提高了它的線性度。輸出電壓隨時(shí)間線性變化Ui–Ui+Uo(sat)–Uo(sat)當(dāng)前59頁(yè)，總共105頁(yè)。-++RR2Cuouiuo0uitUom-Uom若輸入為方波則輸出波形為三角波當(dāng)前60頁(yè)，總共105頁(yè)。二、微分運(yùn)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(yùn)算電路虛地uC=uI-u-

=uI即：當(dāng)前61頁(yè)，總共105頁(yè)。uouI若輸入為方波則輸出波形為尖脈沖u－u＋uORF－＋∞＋R2uIiFC＋uC－iCduIuO=－RFCdt當(dāng)前62頁(yè)，總共105頁(yè)。各種基本運(yùn)算電路小結(jié)uo

=

uiRFR1uiuoRFR1R21.反相比例運(yùn)算電路當(dāng)前63頁(yè)，總共105頁(yè)。uo

=

1+

uiRFR12.同相比例運(yùn)算電路RFRR12uiuo當(dāng)前64頁(yè)，總共105頁(yè)。3.反相加法運(yùn)算電路ui1uoRFui2Ri1Ri2++–R2當(dāng)前65頁(yè)，總共105頁(yè)。uoRFR1R2R3ui1i2uuo=1+ui2RFR1R2+R3R3-

ui1RFR14.

減法運(yùn)算電路當(dāng)前66頁(yè)，總共105頁(yè)。5.反相積分運(yùn)算電路=

–

——–uoR1C１uidt∫１uiCuoＲＲ2當(dāng)前67頁(yè)，總共105頁(yè)。6.反相微分運(yùn)算電路

duidtuo=

–

RF

C

–—uuOiCＲＲF當(dāng)前68頁(yè)，總共105頁(yè)。分析題(8分)：電路如下圖所示，試分析運(yùn)放A1～A4

分別實(shí)現(xiàn)何種運(yùn)算？寫(xiě)出輸出電壓uO與輸入電壓uI1、uI2間的運(yùn)算關(guān)系式。當(dāng)前69頁(yè)，總共105頁(yè)。7.3.2電壓比較器

電壓比較器的基本功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓的大小進(jìn)行比較，以電壓輸出的形式顯示它們的比較結(jié)果，當(dāng)輸入電壓滿足某一條件時(shí)輸出電壓發(fā)生躍變。

電壓比較器主要用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)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(cè)量和控制等方面有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)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(yùn)算放大器處于開(kāi)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(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用。7.2集成運(yùn)放的信號(hào)處理應(yīng)用當(dāng)前70頁(yè)，總共105頁(yè)。(1)u+>

u–

時(shí)，

uo=+UOM

，輸出為正的飽和值；(2)u+<

u–

時(shí)，

uo=-UOM

，輸出為負(fù)的飽和值；

當(dāng)運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，其處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。(3)u+=u–

時(shí)，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(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)回顧當(dāng)前71頁(yè)，總共105頁(yè)。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(mén)限電壓UT2.

電壓傳輸特性u(píng)–u

>+uo>0；時(shí)，u–u

<+uo<0。時(shí)，輸出端不接限幅電路時(shí)，

uo

=

UOM輸出端接限幅電路(DZ)時(shí)，

uo

=

UZ當(dāng)前72頁(yè)，總共105頁(yè)。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(mén)限(檻)電壓UT

（輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓）

；③輸出電壓在輸入電壓經(jīng)過(guò)UT時(shí)的跳變方向。uoui0UOHUOLUT上行當(dāng)前73頁(yè)，總共105頁(yè)。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?jiǎn)畏较蜃兓瘯r(shí)僅跳變一次，只有一個(gè)門(mén)限電壓。當(dāng)前74頁(yè)，總共105頁(yè)。UZ-UZUT2UT10uiuo②

滯回電壓比較器輸出電壓在輸入電壓?jiǎn)畏较蜃兓瘯r(shí)僅跳變一次，但輸入電壓變化方向時(shí)門(mén)限電壓不同。當(dāng)前75頁(yè)，總共105頁(yè)。③

窗口電壓比較器有兩個(gè)門(mén)限電壓，但輸出電壓在輸入電壓?jiǎn)畏较蜃兓瘯r(shí)可跳變兩次。當(dāng)前76頁(yè)，總共105頁(yè)。電壓傳輸特性由“虛斷路”的概念一、單限電壓比較器uiuoURR2++–R1+–++––當(dāng)u+>u–

時(shí)，uo=+UOM

即ui>UR時(shí)，uo=+UOM可見(jiàn)，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(shí)，uo=–

UOM當(dāng)

u+<u–

時(shí)，uo=–UOM

–UOM

+UOMuiuoOUR單限電壓比較器：當(dāng)ui

單方向變化時(shí)，uo

只跳變一次。1.輸入信號(hào)接在同相輸入端當(dāng)前77頁(yè)，總共105頁(yè)。ui<UR時(shí)，u+>u

-，uo=+UOMui

>

UR時(shí)，u+<

u

-

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

u+=UR，u–

=ui當(dāng)前78頁(yè)，總共105頁(yè)。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(mén)限電壓UR=2V，

試畫(huà)出輸出電壓uo對(duì)應(yīng)的波形。

解：＋4V-4V當(dāng)前79頁(yè)，總共105頁(yè)。3.輸出帶限幅的單限電壓比較器設(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–UZuo'RDZURuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–UOM+UOMuiuoOURui<UR時(shí)，uo'

=+UOM

ui

>UR

時(shí)，uo'

=–

UOM

當(dāng)前80頁(yè)，總共105頁(yè)。4.單限過(guò)零電壓比較器(UR=0)-UOMUOM

同相輸入過(guò)零比較器uiuo0R1R2uouiUOM-UOM

反相輸入過(guò)零比較器uiuo0R1R2uoui當(dāng)前81頁(yè)，總共105頁(yè)。單限過(guò)零電壓比較器的應(yīng)用利用過(guò)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當(dāng)前82頁(yè)，總共105頁(yè)。[例]如圖所示是利用運(yùn)放比較器組成的過(guò)溫保護(hù)電路，R3是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時(shí)，阻值變小，KA是繼電器，要求該電路在溫度超過(guò)上限值時(shí)，繼電器動(dòng)作，自動(dòng)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(shí)，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(huì)動(dòng)作。當(dāng)前83頁(yè)，總共105頁(yè)。根據(jù)公式(1)可知uI增加，uO=＋UOM晶體管T飽和導(dǎo)通，→

KA線圈通電→KA產(chǎn)生動(dòng)作，繼電器吸合→切除加熱電源→實(shí)現(xiàn)過(guò)溫保護(hù)。uOR1

－＋∞＋R2uI＋UCCR4R3UR

T

KA

當(dāng)溫度上升時(shí)，R3的阻值下降；R4R3＋R4uI=UCC(1)

uI

≥

UR，當(dāng)溫度超過(guò)上限值時(shí)，iC當(dāng)前84頁(yè)，總共105頁(yè)。二、滯回電壓比較器上門(mén)限電壓下門(mén)限電壓

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

=–UOM，則有：門(mén)限電壓受輸出電壓的控制R2uoui++–R1+–+–－－，分析當(dāng)前85頁(yè)，總共105頁(yè)。uo=+UOM

uo

=–UOM可見(jiàn)：uiuoO

–UOM+UOM電壓傳輸特性當(dāng)前86頁(yè)，總共105頁(yè)。上門(mén)限電壓UT1：ui逐漸增加時(shí)的門(mén)限電壓下門(mén)限電壓UT2：ui

逐漸減小時(shí)的門(mén)限電壓uiuoO

–UOM+UOM電壓傳輸特性兩次跳變之間具有遲滯特性——滯回比較器當(dāng)前87頁(yè)，總共105頁(yè)。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(huà)出輸入電壓uo的波形。uiuoO

–UOM+UOM(a)uitOuoOt(b)+UOM–UOM解：當(dāng)前88頁(yè)，總共105頁(yè)。三、窗口電壓比較器①當(dāng)

uI＜URL時(shí),

uO1=－UOMuO2=＋UOMuO=uO2

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

D1

uO－＋∞＋uRL－＋∞＋uIA1A2D2當(dāng)前89頁(yè)，總共105頁(yè)。②當(dāng)

uI>URH時(shí),

uO1=＋UOMuO2=

－UOMuO=uO1

=＋UOM

URH>URL則二極管D1導(dǎo)通、D2截止，輸出電壓為：uRHuO2uO1

D1

uO－＋∞＋uRL－＋∞＋uIA1A2D2當(dāng)前90頁(yè)，總共105頁(yè)。

uO1=－UOMuO2=

－

UOMuO=0

URH>URL則二極管D1、D2均截止，輸出電壓為：③當(dāng)URL＜uI＜URH時(shí),uRLuRHuIuOO+uOM電壓傳輸特性u(píng)RHuO2uO1

D1

uO－＋∞＋uRL－＋∞＋uIA1A2D2當(dāng)前91頁(yè)，總共105頁(yè)。

電壓比較器小結(jié)1.在電壓比較器中，集成運(yùn)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(guān)系一般用電壓傳輸特性來(lái)描述；3.

電壓傳輸特性的三個(gè)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(mén)限電壓UT（令u+=u-時(shí)求出的輸入電壓uI就是門(mén)限電壓)；③輸出電壓在輸入電壓經(jīng)過(guò)門(mén)限電壓UT時(shí)的跳變方向。當(dāng)前92頁(yè)，總共105頁(yè)。填空題（每空2分）：1.常用的電壓比較器有

、