集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用

集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用1第1頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1

基本運(yùn)算電路一、比例放大電路

根據(jù)輸入信號(hào)所加到運(yùn)放端口的不同，可劃分為反相輸入、同相輸入和差動(dòng)輸入等三種比例電路。圖7-1反相比例電路

(一)反相比例放大電路2第2頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電壓放大倍數(shù)Au

(7-1)

圖7-3基本同相比例電路

3第3頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)同相比例放大電路1.電壓放大倍數(shù)Au(7-7)

圖7-4一般同相比例電路4第4頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓跟隨器電路通常用作阻抗轉(zhuǎn)換或隔離緩沖級(jí)。圖7-5電壓跟隨器電路5第5頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)差動(dòng)比例放大電路

當(dāng)集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端同時(shí)加輸入信號(hào)時(shí)，輸出電壓將與此兩個(gè)輸入信號(hào)之差成比例。故稱為差動(dòng)比例放大電路或差動(dòng)比例電路。1.基本型差動(dòng)比例電路該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是輸入電阻低，對(duì)元件的對(duì)稱性要求比較高。圖7-7基本差動(dòng)比例電路6第6頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月二、加法運(yùn)算電路

輸出電壓與若干個(gè)輸入電壓之和成比例關(guān)系的電路稱為加法運(yùn)算電路也稱求和電路。它有反相輸入和同相兩種接法。(一)反相加法電路

反相加法電路是指多個(gè)輸入電壓同時(shí)加到集成運(yùn)放的反相輸入端。反相加法電路的實(shí)質(zhì)是將各輸入電壓彼此獨(dú)立地通過自身的電阻轉(zhuǎn)換成電流，在反相輸入端相加后流向電阻Rf,由Rf轉(zhuǎn)換成輸出電壓。因而，反相端又稱“相加點(diǎn)”或“Σ”點(diǎn)。反相加法電路的特點(diǎn)是，調(diào)節(jié)反相求和電路某一路信號(hào)的輸入電阻(R1或R2、R3)的阻值，不影響其他輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系。7第7頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)同相加法電路

如果將各輸入電壓同時(shí)加到集成運(yùn)放的同相輸入端，稱為同相加法電路。圖7-12同相加法電路

8第8頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月三、加減運(yùn)算電路

能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電壓與多個(gè)輸入電壓間代數(shù)加減關(guān)系的電路稱為加減運(yùn)算電路。主要有單運(yùn)放加減和雙運(yùn)放加減兩種結(jié)構(gòu)形式。［例7-4］設(shè)計(jì)一個(gè)由集成運(yùn)放構(gòu)成的運(yùn)算電路，以實(shí)現(xiàn)如下的運(yùn)算關(guān)系式Uo=5Ui1+2Ui2?0.3Ui3且電路級(jí)數(shù)最多不超過兩級(jí)。圖7-13例7-4選用的電路9第9頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月四、積分電路

積分電路的輸出電壓與輸入電壓成積分關(guān)系。根據(jù)輸入電壓加到集成運(yùn)放的反相輸入端或同相輸入端，有反相積分電路和同相積分電路兩種基本形式。圖7-14無源RC積分電路及輸入輸出波形10第10頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)反相積分電路

圖7-15反相積分電路

反相比例電路中的反饋元件Rf用電容C代替，輸入回路電阻R1仍是電阻R，便可構(gòu)成圖7-15所示的反相積分電路。

11第11頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月積分電路在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要注意兩點(diǎn)。①因?yàn)榧蛇\(yùn)放和積分電容器并非理想元器件，會(huì)產(chǎn)生積分誤差，情況嚴(yán)重時(shí)甚至不能正常工作。因此，應(yīng)選擇輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流及溫漂小的集成運(yùn)放；選用泄漏電阻大的電容器以及吸附效應(yīng)小的電容器。②應(yīng)用積分電路時(shí)，動(dòng)態(tài)運(yùn)用范圍也要考慮。集成運(yùn)放的輸出電壓和輸出電流不允許超過它的額定值Uom和Iom。因而對(duì)輸入信號(hào)的大小或積分時(shí)間應(yīng)有一定的限制。

圖7-16階躍電壓作用時(shí)的uo波形

12第12頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)反相求和積分電路

如果在基本反相積分電路的反相端加入多個(gè)輸入信號(hào)，便構(gòu)成如圖7-18所示的反相求和積分電路(圖中有兩個(gè)輸入信號(hào))。圖7-18反相求和積分電路

13第13頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2集成模擬乘法器一、概述

模擬乘法器是兩個(gè)互不相關(guān)的模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)相乘作用的有源網(wǎng)絡(luò)。集成模擬乘法器一般有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，是一個(gè)三端口的非線性有源器件。有同相模擬乘法器和反相模擬乘法器兩種。它們的輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系為同相乘法器uo=KuXuY

反相乘法器uo=?KuXuY

其中，K為正數(shù)，稱為增益系數(shù)，常數(shù)K=0.1V?1。集成模擬乘法器功能符號(hào)如圖7-31所示。圖7-31模擬乘法器功能符號(hào)(a)同相乘法器；(b)反相乘法器14第14頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月三、乘除運(yùn)算電路(一)乘法運(yùn)算電路

1.乘方電路乘方運(yùn)算是一個(gè)模擬量的自乘運(yùn)算。如圖7-36所示。輸入電壓的極性任意，自乘后的輸出電壓uo恒為正值，呈平方律特性，即。圖7-36乘方電路15第15頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7-37是三次方及四次方運(yùn)算電路。串聯(lián)式的高次方運(yùn)算會(huì)積累較大的運(yùn)算誤差。一般，串聯(lián)相乘數(shù)量不超過2～3個(gè)。圖7-37三次方和四次方運(yùn)算電路16第16頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月2.正弦波倍頻電路電路如圖7-38所示。設(shè)ui=UImsinωt,則3.壓控增益電路如圖7-39所示。設(shè)uX為一直流控制電壓E，uY為輸入電壓，則uo=KEuY。改變直流電壓E的大小，就可調(diào)節(jié)電路的增益。除上述乘法運(yùn)算外，乘法器可以做鑒相、調(diào)制、解調(diào)及電功率測(cè)量等應(yīng)用。圖7-38倍頻電路

圖7-39壓控增益電路

17第17頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)除法運(yùn)算電路

除法運(yùn)算電路的功能是輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓之商成正比。下面介紹應(yīng)用乘法器和運(yùn)放組合的除法運(yùn)算電路。1.反相輸入除法運(yùn)算電路除法運(yùn)算是乘法運(yùn)算的逆運(yùn)算，其輸出與輸入的關(guān)系應(yīng)該是又可寫成

Kuoui2=ui1

Kuoui2表明，以u(píng)i2和運(yùn)放的輸出電壓uo作為模擬乘法器的兩個(gè)輸入電壓，ui1作為集成運(yùn)放的一個(gè)輸入電壓，乘法器作為集成運(yùn)放的有源負(fù)反饋電路，構(gòu)成如圖7-40所示的反函數(shù)式除法運(yùn)算電路。應(yīng)用疊加原理和集成運(yùn)放虛短、虛地概念，有則(理想情況)18第18頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7-40反相除法運(yùn)算電路

必須指出：圖7-40電路正常工作的條件是運(yùn)算放大器處于負(fù)反饋工作狀態(tài)。若取R2=0.1R1,K=0.1V?1，則得uo=+。19第19頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月2.同相輸入除法運(yùn)算電路

電路如圖7-41所示。因U+=ui1，則(7-47)圖7-41同相除法電路20第20頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月3.開平方運(yùn)算電路

用平方器作為有源負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，接在集成運(yùn)放的輸出端和反相端之間，可構(gòu)成圖7-42的平方電路。

圖7-42負(fù)電壓輸入的開平方電路

21第21頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月

為保證平方器有源反饋網(wǎng)絡(luò)使電路為負(fù)反饋，ui必須為負(fù)值。當(dāng)ui>0時(shí)，可采用反相乘法器，也能滿足反饋極性為負(fù)。二極管的作用是防止輸入電壓ui為正時(shí)電路閉鎖。R3為二極管提供直流通路。同理，對(duì)于開m次方運(yùn)算，只要將m次乘方運(yùn)算電路接到運(yùn)放的反饋回路中即可實(shí)現(xiàn)。設(shè)乘法器和集成運(yùn)放均為理想組件。根據(jù)疊加原理和集成運(yùn)放虛短、虛地的概念，則有

得

(7-48)

取R1=10kΩ,R2=1kΩ,K=0.1,則

22第22頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3有源濾波電路

一般情況濾波電路均處于主系統(tǒng)的前級(jí)，用它來作信號(hào)處理、抑制干擾等。按所處理的信號(hào)是連續(xù)變化還是離散的，可分為模擬濾波電路和數(shù)字濾波電路。由有源器件和RC濾波網(wǎng)絡(luò)組成的有源濾波電路。與無源濾波器相比較，有源濾波器有許多優(yōu)點(diǎn)。①它不使用電感元件，故體積小，質(zhì)量小，也不必磁屏蔽。②有源濾波電路中的集成運(yùn)放可加電壓串聯(lián)深度負(fù)反饋，電路的輸入阻抗高，輸出阻抗低，輸入與輸出之間具有良好的隔離。除了濾波作用外，還可以放大信號(hào)，而且，調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)不影響濾波特性。有源濾波電路的缺點(diǎn)主要是，因?yàn)橥ㄓ眯图蛇\(yùn)放的帶寬較窄，故有源濾波電路不宜用于高頻范圍，一般使用頻率在幾十千赫茲以下，也不適合在高壓或大電流條件下應(yīng)用。23第23頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月一、濾波電路的基本概念

濾波器是一種選頻電路。它能使指定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)順利通過；而對(duì)其他頻率的信號(hào)加以抑制，使其衰減很大。濾波電路通常根據(jù)信號(hào)通過的頻帶來命名。低通濾波電路(LPF)——允許低頻信號(hào)通過，將高頻信號(hào)衰減；高通濾波電路(HPF)——允許高頻信號(hào)通過，將低頻信號(hào)衰減；帶通濾波電路(BPF)——允許某一頻段內(nèi)的信號(hào)通過，將此頻段之外的信號(hào)衰減；帶阻濾波電路(BEF)——阻止某一頻段內(nèi)的信號(hào)通過，而允許此頻段之外的信號(hào)通過；全通濾波電路(APF)——沒有阻帶，信號(hào)全通，但相位變化。它們的理想幅頻特性如圖7-43所示。24第24頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7-43五種濾波電路的理想幅頻特性(a)LPF;(b)HPF;(c)BPF;(d)BEF;(e)APF25第25頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于幅頻響應(yīng)，通常把能夠通過的信號(hào)頻率范圍定義為通帶，而把受阻或衰減的信號(hào)頻率范圍稱為阻帶，通帶和阻帶的界限頻率叫做截止頻率。圖7-44低通濾波電路的幅頻特性

以低通濾波電路為例，濾波電路的輸出電壓

與輸入電壓

之比稱為電壓傳遞系數(shù)，即圖中，Aup是通帶電壓放大倍數(shù)。對(duì)于低通濾波電路而言，即為f=0時(shí)輸出電壓與輸入電壓之比。當(dāng)下降到|Aup|的≈0.707(即下降3dB)時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率fp稱為通帶截止頻率。26第26頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月二、高通濾波電路HPF與低通濾波電路LPF的對(duì)偶關(guān)系

RC低通和高通濾波電路示于圖7-45。

圖7-45RC無源濾波電路及其幅頻特性(a)LPF(b)HPF

27第27頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7-45(a)中LPF的傳遞函數(shù)為圖7-45(b)中HPF的傳遞函數(shù)為以上兩式中,稱為RC電路的特征頻率。

通帶截止頻率

28第28頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月基于上述分析，可總結(jié)出HPF與LPF的對(duì)偶關(guān)系

1.幅頻特性對(duì)偶性如果圖7-45中HPF與LPF的R、C參數(shù)相同，則通帶截止頻率fp相同，那么，HPF與LPF的幅頻特性以垂直線f=fp為對(duì)稱，兩者隨頻率的變化是相反的，即在fp附近，HPF的|u|隨頻率升高而增大，LPF的|u|隨頻率升高而減小。2.傳遞函數(shù)的對(duì)偶性如果將LPF傳遞函數(shù)中的s換成并對(duì)其系數(shù)作一些調(diào)整，則變成了相應(yīng)的HPF的傳遞函數(shù)。

29第29頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電路結(jié)構(gòu)上的對(duì)偶性將LPF電路中起濾波作用的C換成R，R換成C，即R與C互換位置，就轉(zhuǎn)換成了相應(yīng)的HPF，其示意圖如圖7-46所示。圖7-46HPF與LPF的結(jié)構(gòu)對(duì)偶關(guān)系

30第30頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月三、低通有源濾波電路(LPF)

(一)一階RC有源低通濾波電路

一階有源LPF電路如圖7-47所示。圖7-47一階LPF電路

31第31頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月1.通帶電壓放大倍數(shù)

LPF的通帶電壓放大倍數(shù)Aup是指f=0時(shí)輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之比。對(duì)于直流信號(hào)而言，圖7-47電路中的電容視為開路。因此，Aup就是同相比例電路的電壓放大倍數(shù)Auf，即它的主要性能分析如下。2.電壓傳遞函數(shù)(7-53)

(7-54)3.幅頻特性及通帶截止頻率將式(7-54)中的s換成jω，并令ω0=2πf0=(f0與元件參數(shù)有關(guān)，稱為特征頻率)，可得(7-55)32第32頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)式(7-55)，歸一化的幅頻特性的模為

由上式看出，當(dāng)f=f0時(shí)，。因此通帶截止頻率是(7-56)

利用折線近似法，不難畫出對(duì)數(shù)幅頻特性，如圖7-48所示?？梢?，當(dāng)f>>f0時(shí)其衰減斜率為–20dB/十倍頻程。圖7-49簡(jiǎn)單的二階LPF電路33第33頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)二階RC有源低通濾波電路

將串聯(lián)的兩節(jié)RC低通網(wǎng)絡(luò)直接與同相比例電路相連，可構(gòu)成圖7-49所示的簡(jiǎn)單二階LPF。主要性能分析：

1.2.電壓傳遞函數(shù)

解得

(7-57)

34第34頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月3.通帶截止頻率將式(7-57)中的s換成jω，并令，則得(7-58)

當(dāng)f=fp時(shí)，上式右邊的分母之模應(yīng)等于，即

解得

(7-59)

35第35頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月4.幅頻特性根據(jù)式(7-58)，可畫出電路的幅頻特性，如圖7-50所示。該圖說明，二階LPF的衰減率為–40dB/十倍頻程，比一階LPF的斜率之絕對(duì)值大一倍。

圖7-50簡(jiǎn)單二階LPF的幅頻特性

36第36頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)二階壓控電壓源LPF

將圖7-49電路中的第一個(gè)電容C接地端改接到集成運(yùn)放的輸出端，形成正反饋，如圖7-51(a)所示。只要參數(shù)選擇合適，既不產(chǎn)生自激振蕩，又在f>>f0和f<<f0頻率范圍對(duì)其電壓放大倍數(shù)影響不大。有可能改善f0附近的幅頻特性。圖7-51壓控電壓源LPF及幅頻特性(a)二階壓控電壓源LPF；(b)幅頻特性；(c)階數(shù)n=2、4、6、8、10的低通濾波電路幅頻響應(yīng)37第37頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月性能分析：

1.通帶電壓放大倍數(shù)2.傳遞函數(shù)由圖7-51(a)可列出方程組

解得

(7-60)

38第38頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月3.頻率特性

(7-61)

下面著重分析圖7-51(a)電路在f=f0時(shí)，與Aup的關(guān)系。當(dāng)f=f0時(shí)，式(7-61)可簡(jiǎn)化為

(7-62)

我們將f=f0時(shí)的電壓放大倍數(shù)的模與通帶電壓放大倍數(shù)之比稱為Q值，由式(7-62)可得

(7-63)

將上式代入式(7-62)，再兩邊取模，則(7-64)

由此式看出，Q值不同，值則不同，Q值愈大，愈大。而Q值的大小只決定于Aup的大小。39第39頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)2<Aup<3時(shí)，Q>1，>Aup。而圖7-49簡(jiǎn)單二階LPF電路在f=f0時(shí)，由式(7-58)可知，只有Aup的三分之一。這說明將第一個(gè)電容C接地的一端改接到運(yùn)放的輸出端，形成正反饋后，可使的幅值在f≈f0范圍內(nèi)得到加強(qiáng)。因此，圖7-51(a)電路在Q值合適的情況下，其幅頻特性能得到較大的改善。

4.幅頻特性將式(7-61)中的(3–Aup)用代替，其頻率特性寫成(7-65)

根據(jù)上式可畫出Q取不同值的幅頻特性，如圖7-51(b)所示。不同的Q值將使頻率特性在f0附近范圍變化較大。當(dāng)進(jìn)一步增加濾波電路階數(shù)，由圖7-51(c)可看出，其幅頻特性更接近理想特性。40第40頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月強(qiáng)調(diào)說明兩點(diǎn)：

當(dāng)Q=1時(shí)，在f=f0的情況下，=Aup即維持了通帶內(nèi)的電壓增益，故濾波效果為佳。這時(shí)，3–Aup=1，Aup=2,Rf=R1。

(2)當(dāng)Aup=3時(shí)，Q將趨于無窮大，意味著該LPF將產(chǎn)生自激現(xiàn)象。因此，電路參數(shù)必須滿足Aup<3,Rf<2R1,且要求元器件參數(shù)性能穩(wěn)定。(四)高階LPF

為了使LPF的幅頻特性更接近理想情況，可采用高階LPF。構(gòu)成高階LPF有兩種方法。

(1)多個(gè)二階或一階LPF串聯(lián)法。例如將兩個(gè)二階壓控電壓源LPF串聯(lián)起來，就是四階LPF。其幅頻特性的衰減斜率是–80dB/十倍頻程。

(2)RC網(wǎng)絡(luò)與集成運(yùn)放直接聯(lián)接法。該方法節(jié)省元件，但設(shè)計(jì)和計(jì)算較復(fù)雜。41第41頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月四、高通有源濾波電路(HPF)(一)二階壓控電壓源HPF

根據(jù)HPF與LPF的對(duì)偶原則，可將二階壓控電壓源LPF變換成如圖7-53(a)所示的二階壓控電壓源HPF。

性能分析：

1.通帶電壓放大倍數(shù)

當(dāng)頻率f很高時(shí)，電容C可視為短路，通帶電壓放大倍數(shù)仍為2.傳遞函數(shù)根據(jù)對(duì)偶原則，將式(7-60)中的sCR換成，則得圖7-53(a)HPF的傳遞函數(shù)(7-66)

42第42頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(7-67)

圖7-53二階壓控電壓源HPF及幅頻特性(a)二階壓控電壓源HPF；(b)幅頻特性

43第43頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月3.頻率特性將式(7-66)中的s換成jω，并令，得(7-68)

令，上式可寫成(7-69)

根據(jù)式(7-69)可畫出圖7-53(a)電路的幅頻特性，如圖7-53(b)所示。應(yīng)注意到，(1)f<<f0時(shí)，幅頻特性的斜率為+40dB/十倍頻程。(2)Aup<3，Rf<2R1。(3)當(dāng)Q=1，即Rf=R1時(shí)，濾波效果最佳。

高階HPF構(gòu)成方法同高階LPF一樣，有兩種方法。一是由幾個(gè)低階HPF串聯(lián)；二是由RC濾波網(wǎng)絡(luò)和集成運(yùn)放直接聯(lián)接。(二)高階HPF44第44頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月五、帶通有源濾波電路(BPF)(一)BPF的構(gòu)成方法

BPF構(gòu)成的總原則是LPF與HPF相串聯(lián)。條件是LPF的通帶截止頻率fp1高于HPF的通帶截止頻率fp2,f>fp1的信號(hào)被LPF濾掉；f<fp2的信號(hào)被HPF濾掉，只有fp2<f<fp1的信號(hào)才能順利通過。BPF的示意圖如圖7-54所示。圖7-54BPF組成原理45第45頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月

BPF構(gòu)成的總原則是LPF與HPF相串聯(lián)。條件是LPF的通帶截止頻率fp1高于HPF的通帶截止頻率fp2,f>fp1的信號(hào)被LPF濾掉；f<fp2的信號(hào)被HPF濾掉，只有fp2<f<fp1的信號(hào)才能順利通過。BPF的示意圖如圖7-54所示。六、帶阻有源濾波電路(BEF)

BEF構(gòu)成的總原則是LPF與HPF相并聯(lián)，條件是LPF的通帶截止頻率fp1小于HPF的通帶截止頻率fp2,只有fp1<f<fp2的信號(hào)無法通過。阻帶寬度B=fp2–fp1。BEF構(gòu)成的原理框圖如圖7-57所示。圖7-57BEF組成原理框圖46第46頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月七、全通濾波電路(APF)

在有的場(chǎng)合我們需要改變正弦信號(hào)的相位，而且希望輸出電壓幅值與輸入電壓幅值之比為常數(shù)(即不隨頻率變化而變化)。能夠?qū)崿F(xiàn)上述意圖的電路是APF，它又稱為移相濾波器。圖7-60所示電路即為一階APF。圖7-60一階APF

47第47頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月八、反相輸入有源濾波電路

上面介紹了壓控電壓源濾波電路。它們的輸入信號(hào)都是引到集成運(yùn)放的同相輸入端。其優(yōu)點(diǎn)是所用元器件較少，輸入電阻高，性能調(diào)節(jié)比較方便，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)等，但電路參數(shù)選擇不合適時(shí)，容易產(chǎn)生自激振蕩。為了克服這種缺點(diǎn)?？蓪⑤斎胄盘?hào)引至運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成反相輸入有源濾波電路。48第48頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)反相輸入一階LPF

反相輸入一階LPF電路示于圖7-62。在反相比例電路的負(fù)反饋電阻Rf兩端并聯(lián)一個(gè)電容C。圖7-62反相輸入的一階LPF49第49頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月1.定性分析當(dāng)輸入信號(hào)頻率很低時(shí)，電容C的容抗很大，電容可視為開路，輸入信號(hào)能通過并加以放大Rf/R1倍。當(dāng)輸入信號(hào)頻率很高時(shí)，電容C的容抗很小，可近似為短路，信號(hào)被大大衰減，輸出電壓很小。因此，圖7-62電路是一個(gè)LPF。2.定量計(jì)算因故(7-82)

50第50頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月其中，(7-84)

(7-85)

可見，圖7-62的電路是反相輸入的一階RC低通濾波電路。(7-83)

51第51頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)反相輸入的簡(jiǎn)單二階LPF

為了提高濾波性能，將圖7-62中的電阻R1改為T型低通RC網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成圖7-63所示的反相輸入簡(jiǎn)單二階LPF。

圖7-63電路實(shí)質(zhì)是在圖7-62電路的基礎(chǔ)上，前面又增加一級(jí)由R1和C1組成的低通濾波環(huán)節(jié)。因此，這個(gè)電路是一個(gè)反相輸入二階LPF。圖7-63反相輸入簡(jiǎn)單二階LPF

52第52頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)反相輸入多路反饋LPF

為了改善f0附近的幅頻特性，可將圖7-63電路中的電阻Rf的一端改接到圖中的M點(diǎn)，即如圖7-64所示。電阻Rf和電容C2構(gòu)成兩個(gè)反饋支路，其反饋的強(qiáng)弱均與信號(hào)的頻率有關(guān)。這個(gè)二階LPF不會(huì)因通帶電壓放大倍數(shù)過大而產(chǎn)生自激振蕩，所以性能穩(wěn)定。圖7-64反相輸入多路反饋LPF

53第53頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5電壓比較器

電壓比較器簡(jiǎn)稱比較器，其基本功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高電平或低電平電壓，據(jù)此來判斷輸入信號(hào)的大小和極性。電壓比較器常用于自動(dòng)控制、波形產(chǎn)生與變換，模數(shù)轉(zhuǎn)換以及越限報(bào)警等許多場(chǎng)合。電壓比較器通常由集成運(yùn)放構(gòu)成，與前面章節(jié)不同的是，比較器中的集成運(yùn)放大多處于開環(huán)或正反饋的狀態(tài)。只要在兩個(gè)輸入端加一個(gè)很小的信號(hào)，運(yùn)放就會(huì)進(jìn)入非線性區(qū)，屬于集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用范圍。在分析比較器時(shí)，虛斷路原則仍成立，虛短及虛地等概念僅在判斷臨界情況時(shí)才適應(yīng)。下面分別介紹幾種比較器。54第54頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月一、零電平比較器(過零比較器)

電壓比較器是將一個(gè)模擬輸入信號(hào)ui與一個(gè)固定的參考電壓UR進(jìn)行比較和鑒別的電路。參考電壓為零的比較器稱為零電平比較器。按輸入方式的不同可分為反相輸入和同相輸入兩種零電位比較器，如圖7-79(a)、(b)所示。圖7-79過零比較器(a)反相輸入；(b)同相輸入55第55頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月通常用閾值電壓和傳輸特性來描述比較器的工作特性。

閾值電壓(又稱門檻電平)是使比較器輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)的輸入電壓值，簡(jiǎn)稱為閾值，用符號(hào)UTH表示。估算閾值主要應(yīng)抓住輸入信號(hào)使輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)的臨界條件。這個(gè)臨界條件是集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電位相等(兩個(gè)輸入端的電流也視為零)，即U+=U–。對(duì)于圖7-79(a)電路，U–=Ui,U+=0,UTH=0。傳輸特性是比較器的輸出電壓uo與輸入電壓ui在平面直角坐標(biāo)上的關(guān)系。畫傳輸特性的一般步驟是：先求閾值，再根據(jù)電壓比較器的具體電路，分析在輸入電壓由最低變到最高(正向過程)和輸入電壓由最高到最低(負(fù)向過程)兩種情況下，輸出電壓的變化規(guī)律，然后畫出傳輸特性。

56第56頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月二、任意電平比較器(非過零比較器)

將零電平比較器中的接地端改接為一個(gè)參考電壓UR(設(shè)為直流電壓)，由于UR的大小和極性均可調(diào)整，電路成為任意電平比較器或稱非過零比較器。圖7-83任意電平比較器及傳輸特性(a)任意電平比較器；(b)傳輸特性57第57頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7-84電平檢測(cè)比較器信傳輸特性(a)電平檢測(cè)比較器；(b)傳輸特性

電平電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但它的抗干擾能力差。也就是說，如果輸入信號(hào)因干擾在閾值附近變化時(shí)，輸出電壓將在高、低兩個(gè)電平之間反復(fù)地跳變，可能使輸出狀態(tài)產(chǎn)生誤動(dòng)作。為了提高電壓比較器的抗干擾能力，下面介紹有兩個(gè)不同閾值的滯回電壓比較器。58第58頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月三、滯回電壓比較器

滯回比較器又稱施密特觸發(fā)器。這種比較器的特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號(hào)ui逐漸增大或逐漸減小時(shí)，它有兩個(gè)閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。滯回比較器也有反相輸入和同相輸入兩種方式。

UR是某一固定電壓，改變UR值能改變閾值及回差大小。以圖7-85(a)所示的反相滯回比較器為例，計(jì)算閾值并畫出傳輸特性