集成运放分析及应用

1、第一节 集成运算放的组成及基本特性第二节 运放的线性应用及理想运放模型第三节 基本运算电路第四节 电压比较器第五节 波形发生器第一节第一节 集成运算放大器的组成及基本特性集成运算放大器的组成及基本特性 模拟集成电路分成模拟集成电路分成通用集成电路：通用集成电路：模拟信号处理电路。模拟信号处理电路。专用集成电路：专用集成电路：1）控制系统专用集成电路（如电机控制电路、可控硅控制电控制系统专用集成电路（如电机控制电路、可控硅控制电路等）；路等）；2）通信系统专用集成电路（如电话电路、无线通信电路、交通信系统专用集成电路（如电话电路、无线通信电路、交换专用电路等）。换专用电路等）。3）测试系统专用集

2、成电路（测试系统专用集成电路（ATE电路、信号变换和处理电路电路、信号变换和处理电路等）、仪器专用电路等。等）、仪器专用电路等。 一一 概述概述二二 集成电路的基本结构集成电路的基本结构 1 集成电路的基本结构集成电路的基本结构图 61 集成电路的基本组成结构 输入模块 功能模块 输出模块 电源模块 控制/补偿 模块 保护模块 2 数字集数字集成电路的基本结构成电路的基本结构 输入/输出 地址译码器 单元矩阵 (存储矩阵) 读/写 控制器 读/写命令 图 62 随机存取存储器的结构图 运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器，它的组成框图如

3、图所示。制造的高增益放大器，它的组成框图如图所示。运放组成及符号差放输入级中间放大级低阻输出级恒流源偏置U-U+Uo三、三、 模拟集成运放的典型电路模拟集成运放的典型电路 1.输入级输入级:高性能的差动放大电路。运放有两个输入高性能的差动放大电路。运放有两个输入端，一个称为端，一个称为同相输入端同相输入端，即输出与该端输入信号相位相即输出与该端输入信号相位相同，用符号同，用符号U 表示；表示； 一个称为一个称为反相输入端反相输入端，即输出与该即输出与该端输入信号相位相反，用符号端输入信号相位相反，用符号U 表示。表示。 4.恒流源偏置：恒流源偏置：可提供稳定的几乎不随温度而变化的可提供稳定的几

4、乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。偏置电流，以稳定工作点。 3.低阻输出级：低阻输出级：由由PNP和和NPN两种极性的三极管或复两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。路参阅功率放大器。 2.中间放大级：中间放大级：提供高的电压增益，以保证运放的提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。多为差动电路和带有源负载的高增益放大器运算精度。多为差动电路和带有源负载的高增益放大器。图 64 F007 的电路原理图 +UCC -UCC T3 _ + Ui T1 T2 T4 T9 T8 T7 T6

5、R1 T5 R2 R3 1k 1k RW R4 T11 T10 R5 39k T13 T12 3k 50k T16 T17 T15 T14 C 30pFR7 4.5k R8 7.5k T19 T18 Uo R9 25 R10 50 D1 D2 输出级 中间级 偏置电路 输入级 外接调零电位器 集成运放集成运放F007的电路原理的电路原理2单极型集成运放单极型集成运放 +UDD -USS T1 T6 R UI T2 UO T3 T4 T5 C T8 T7 图 67 C14573 的电路原理图 第一级是以第一级是以P沟道管沟道管T3和和T4为放大管、以为放大管、以N沟道管沟道管T5和和T6管构成的

6、电管构成的电流源为有源负载。流源为有源负载。 第二级是共源放大电路，以第二级是共源放大电路，以N沟道管沟道管T8为放大管，漏极带有源负载。为放大管，漏极带有源负载。 由前面介绍可知：集成运放原理及内部结构，而应用时常采用由前面介绍可知：集成运放原理及内部结构，而应用时常采用线性应用：线性应用：闭环应用，集成运放可用理想模型来代替。闭环应用，集成运放可用理想模型来代替。非线性应用：非线性应用：开环应用，如：比较器。开环应用，如：比较器。第三节第三节 线性应用及理想运放模型线性应用及理想运放模型运放模型分类：运放模型分类：1.按精度分类：按精度分类：理想模型：理想模型：非理想模型：非理想模型：运放

7、宏模型：运放宏模型：2.按功能分类：按功能分类：直流模型：直流模型：交流小信号模型：交流小信号模型：大信号模型：大信号模型：噪声模型：噪声模型：1、集成运算放大器的转移特性集成运算放大器的转移特性:uou- - u+0线性工作范围正饱和负饱和输入差模电压的线性工作范围很小（一般仅输入差模电压的线性工作范围很小（一般仅十几毫伏），所以常将特性理想化十几毫伏），所以常将特性理想化2、运放线性工作的保障、运放线性工作的保障:两输入端的两输入端的电压电压必须非常接近，才能保障运放工作在必须非常接近，才能保障运放工作在线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。运放应用电

8、路中：运放应用电路中：负反馈是判断是否线性应用的主要负反馈是判断是否线性应用的主要电路电路标志标志。一、集成运算放大器的线性应用一、集成运算放大器的线性应用运放的输出幅度有限（比运放的输出幅度有限（比电源低电源低 2V左右）左右）;运放的开环电压增益一运放的开环电压增益一般般 10000;u-u+uo二、理想运放模型：二、理想运放模型：理想运放具有如下性能：理想运放具有如下性能：1、开环电压增益、开环电压增益AUd ;2、输入电阻、输入电阻Rid ;3、输出电阻、输出电阻Ro=0;4、频带宽度、频带宽度BW ;5、共模抑制比、共模抑制比CMRR ;6、失调、漂移和内部噪声为零、失调、漂移和内部

9、噪声为零 ;运放的主要特点运放的主要特点根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性三、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：三、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：1、u+=u- -( (虚短虚短) )2、 i+=i- -=0 ( (虚断虚断) )同相和反向输入端电流近似为零；同相和反向输入端电流近似为零；两输入端电压近似相等；两输入端电压近似相等；Ui=U+-U-= Uo / AU 0Ui= Uo / AU 0 ; Ui= Ii Ri 0 ; Ii 0 ;理想运放的开环理想运放的开环电压增益电压增益 ;-U-I-+U+I+Uo+-AU(

10、U+-U-)1. 同相端与反相端呈开路状态。同相端与反相端呈开路状态。2.输出回路为一受控电压源输出回路为一受控电压源AU(U+-U-) ， 由于由于Ro=0，所以，所以Uo=AU(U+-U-)3、输出端呈电压源特性：、输出端呈电压源特性：反相比例运算反相比例运算同相比例运算同相比例运算一、比例运算电路一、比例运算电路三、积分微分电路三、积分微分电路四、对数指数电路四、对数指数电路基本反相积分基本反相积分基本反相微分基本反相微分对数电路对数电路二、加、减法运算电路二、加、减法运算电路反相加法运算反相加法运算同相加法运算同相加法运算减法运算减法运算第四节第四节 基本运算电路基本运算电路指数电路指

11、数电路1 1 反相比例运算电路反相比例运算电路 1） 实际电路分析法实际电路分析法: (1)电压增益电压增益由理想运放由理想运放“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念可知的概念可知UP= UN=0IP= IN=0其中其中UN被称为被称为“虚地点虚地点”。图 616 反相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - N P If Rf Uo RP IN IP 故称为故称为“虚地点虚地点”。因此有。因此有 If =I1将相应变量代入后得将相应变量代入后得 fo1iRURU1fUfRRA为了保证集成运放输入的对称性为了保证集成运放输入的对称性，要求，要求 Rp=R1/Rf。（2）输入电阻和输出电阻）输入电

12、阻和输出电阻根据输入电阻的定义：根据输入电阻的定义：1iiiRIUR反相比例电路的输出电阻反相比例电路的输出电阻为为Ro=Rf /0 0上述结果表明：上述结果表明：虽然理想运放的输入电阻为无穷大，但是反相比例虽然理想运放的输入电阻为无穷大，但是反相比例运算电路的输入电阻却不大。运算电路的输入电阻却不大。为了提高输入电阻，必须适当增大为了提高输入电阻，必须适当增大R R1 1。反相比例运算电路的输出电阻近似为反相比例运算电路的输出电阻近似为0 0，表明其带负，表明其带负载能力较强。载能力较强。图 616 反相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - N P If Rf Uo RP IN IP

13、2）小信号模型分析法）小信号模型分析法可把上述反相比例运算电路改画成小信号模型等效电可把上述反相比例运算电路改画成小信号模型等效电路：如图路：如图617所示。所示。由于：由于： U+= U- =0故有故有 : If =I1 即：即：fo1iRURU则电压增益为：则电压增益为： 1fUfRRA上式表明：上式表明： 采用两种分析方法所得结论一致，但模型分析法分析过采用两种分析方法所得结论一致，但模型分析法分析过程更直观、更简单。程更直观、更简单。 在实际应用中，采用那种分析方法读者可自主选择。在实际应用中，采用那种分析方法读者可自主选择。 图 617 反相比例电路的小信号模型等效电路 AU(U+-

14、U-) U+ U- Uo R1 Rf I1 Rp Ui If 2 2 同相比例运算电路同相比例运算电路 为了保证集成运放输入的对称性，要求为了保证集成运放输入的对称性，要求 R2=R1/Rf。图618 同相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - UN If Rf Uo R2 IN UP 1) 电压增益电压增益由理想运放的由理想运放的“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念可知，集成运放的净输的概念可知，集成运放的净输入信号为零，即入信号为零，即UP= UN= Ui则有则有 If =I1将相应变量代入后得：将相应变量代入后得：fNo1N0RUURU2)输入电阻与输出电阻输入电阻与输出电阻Ri=Ro

15、=Rf /0 0结论：结论：Auf的大小决定于的大小决定于Rf和和R1的比值，的比值，Auf为正值，说明为正值，说明输出电压与输入信号电压是同相的。输出电压与输入信号电压是同相的。图618 同相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - UN If Rf Uo R2 IN UP 1fUf1RRA则电压增益为则电压增益为在极限情况下在极限情况下:有有AUf=1，Ui= Uo；Ri和和Ro=0。图618 同相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - UN If Rf Uo R2 IN UP Ui Uo Rp 图 619 电压跟随器 称为电压跟随器：称为电压跟随器：作用：阻抗变换。作用：阻抗变换。

16、 二、理想运放模型：二、理想运放模型：理想运放具有如下性能：理想运放具有如下性能：1、开环电压增益、开环电压增益AUd ;2、输入电阻、输入电阻Rid ;3、输出电阻、输出电阻Ro=0;4、频带宽度、频带宽度BW ;5、共模抑制比、共模抑制比CMRR ;6、失调、漂移和内部噪声为零、失调、漂移和内部噪声为零 ;运放的主要特点运放的主要特点根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性三、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：三、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：1、u+=u- -( (虚短虚短) )2、 i+=i- -=0 ( (虚断虚断)

17、 )同相和反向输入端电流近似为零；同相和反向输入端电流近似为零；两输入端电压近似相等；两输入端电压近似相等；Ui=U+-U-= Uo / AU 0Ui= Uo / AU 0 ; Ui= Ii Ri 0 ; Ii 0 ;理想运放的开环理想运放的开环电压增益电压增益 ;-U-I-+U+I+Uo+-AU(U+-U-)1. 同相端与反相端呈开路状态。同相端与反相端呈开路状态。2.输出回路为一受控电压源输出回路为一受控电压源AU(U+-U-) ， 由于由于Ro=0，所以，所以Uo=AU(U+-U-)3、输出端呈电压源特性：、输出端呈电压源特性：图 616 反相比例运算电路 R1 I1 Ui A + -

18、N P If Rf Uo RP IN IP 图618 同相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - UN If Rf Uo R2 IN UP 1fUfRRA1iiiRIUR 输出电阻输出电阻 Ro=Rf /0 0输入电阻为输入电阻为电压增益为电压增益为输入电阻输入电阻1fUf1RRA电压增益为电压增益为输出电阻输出电阻Ro=Rf /0 0Ri= Ui Uo Rp 图 619 电压跟随器 此处不加电此处不加电阻是否可以阻是否可以？为什么？为什么？二二 加减运算电路加减运算电路 1加法电路（反相）加法电路（反相）图 620 由反相放大器构成的加法电路 UO R U1 U2 U3 R1 R2 R3

19、 I1 I2 I3 If Rf + _ )(33f22f11fffoURRURRURRRIU上式说明：上式说明：由反相放大器组成的加法电路由反相放大器组成的加法电路（简称反相加法电路（简称反相加法电路，或反相求和电路），或反相求和电路）改变某一路信号的输入电阻改变某一路信号的输入电阻Rn的阻值，不的阻值，不影响其它输入电压与输出电压的比例关系，因而调节方便。影响其它输入电压与输出电压的比例关系，因而调节方便。由于：由于：I1= U1/ R1 I2= U2/ R2 I3= U3/ R3又由又由“虚断虚断”可得：可得：If= I1+ I2+ I3因而输出电压因而输出电压同理对于有同理对于有n个输入

20、端的加法电路有：个输入端的加法电路有：)(infi22fi11foURRURRURRUn;fn21时当RRRR)(ini2i1oUUUU结论：结论：(1)反相加法器的输出电压与输入电压之和成正比。反相加法器的输出电压与输入电压之和成正比。 (2)比例系数由各输入比例系数由各输入电阻比值电阻比值决定与运放参数无关。决定与运放参数无关。 (3)输入电压与输出电压的极性成反比。输入电压与输出电压的极性成反比。Rp=R1/R2/ / Rn / Rf构成要求构成要求即：（即：（R +=R - -）【例【例6 1】试用叠加原理，计算图试用叠加原理，计算图621所示由同相放大器组所示由同相放大器组成的加法电

21、路的输出电压成的加法电路的输出电压Uo表达式。表达式。 图621 有同相放大器构成的加法电路 UO U1 U2 R1=1k Rf= 9K + _ Ra=2k Rb=3k UP P1fo)1 (URRU解：解：而而UP可用叠加原理求出。可用叠加原理求出。令令U2=0，则由，则由U1产生的产生的UP 为为 111babP6 . 0323UUURRRU同理，令同理，令U1=0，则由，则由U2产产生的生的UP” 为：为： 22baaP4 . 0 UURRRU与反相加法电路相比较，同相加法电路共模输入较高，且与反相加法电路相比较，同相加法电路共模输入较高，且调节不大方便，因此运用较少。调节不大方便，因此

22、运用较少。因此因此 21PPP4 . 06 . 0UUUUU故故 21P1fo46)1 (UUURRU图 621 由同相放大器构成的加法电路 UO U1 U2 R1=1k Rf= 9K + _ Ra=2k Rb=3k UP 2. 2. 有有n n个输入端的同相加法电路个输入端的同相加法电路在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求和电路，如图所示。路，就构成了同相输入求和电路，如图所示。同相加法电路同相加法电路 因运放具有虚断的特性；因运放具有虚断的特性；对运放同相输入端的电位对运放同相输入端的电位可用叠加原理。可用叠加原理。求得

23、：求得：;ofssPURRRUU02211nPnPPRUURUURUUofssPnnnURRRKURRRRURURU1)111(212211nRKRRRn;:21设)()1 (1)(1 (212211nsfnnsfoUUURRnRURURURRKU结论：结论：(1).同相加法器的输出电压与输入电压同相加法器的输出电压与输入电压U1 Un之和成正比。之和成正比。 (2).缺点：调节某一支路的缺点：调节某一支路的Rn会影响比例放大倍数会影响比例放大倍数 。 (3).优点：输入阻抗高。优点：输入阻抗高。3. 减法电路减法电路减法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：减法器为同、反相放大器的组合

24、，利用叠加原理求解：减法电路减法电路 1.只考虑只考虑U1作用时：作用时：111URRUfo2.只考虑只考虑U2作用时：同相端作用时：同相端输入电压为：输入电压为：2323URRRUp232312)1 (URRRRRUfo112323121)1(URRURRRRRUUUffooo 图 622 差动输入式放大电路 UO U1 R1 Rf + _ R2 R3 U2 UP 112323121)1(URRURRRRRUUUffooo 3.总输出电压为：总输出电压为：)(121UURRUfo上式可简化为：;:321fRRRR若取电阻结论：结论：(1)减法器的输出电压与输入电压之差成正比。减法器的输出电压

25、与输入电压之差成正比。(2)减法器又称差分放大器减法器又称差分放大器 。(3)为减小运放失调误差影响设计时应保持：为减小运放失调误差影响设计时应保持：R1/ Rf = R2/ R3。实例：实例： 双端输入求和电路双端输入求和电路双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电路如图：双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电路如图： 其输出电压表达式的推导方法与同相加法电路相似其输出电压表达式的推导方法与同相加法电路相似。双端输入求和运算电路双端输入求和运算电路当当Ui1=Ui2 =0时，用叠时，用叠加原理分别求出加原理分别求出:Ui3和和Ui4 时作用时的输出时作用时的输出电压电压Uop。当当Ui3

26、= Ui4 =0时，分别时，分别求出求出:Ui1和和Ui2作用时的作用时的Uon。先求先求 )/1 () /() /()/1 () /() /(21f34i4321f43i34opRRRRRRvRRRRRRRRvRRv )/1 () /() /()/1 () /() /(21f34i434421f43i3433opRRRRRRvRRRRRRRRRRvRRRRv )/1 ()/1 (21fi44p21fi33pRRRvRRRRRvRR )(/)/(i44pi33pff21f21vRRvRRRRRRRRR )(4i43i3nfpRvRvRRRop v式中Rp=R3/R4/R , Rn=R1/R2/

27、Rf 再求on vi22fi11fonvRRvRRv)()( 2i21i1f4i43i3nfponopoRvRvRRvRvRRRvvvnpf4321 RRRRRRRR时，当)( i2i1i4i3fovvvvRRv于是于是【例【例6 62 2】图】图6 62323所示电路是一个具有高输入阻抗、低输所示电路是一个具有高输入阻抗、低输出阻抗的测量放大器，其增益可通过改变出阻抗的测量放大器，其增益可通过改变R R4 4值进行调节。假值进行调节。假设运放是理想的，试证明：设运放是理想的，试证明：)(21 (214312oUURRRRU + - A1 + - A2 A3 + - R1 R1 R2 R2 R

28、4 U2 U1 N2 N1 R3 R3 U4 U3 Uo I4 I2 I1 P3 图 623【例 62】的电路图 解：解：直接应用虚短和虚断的概念求解。由虚短的概念可知：直接应用虚短和虚断的概念求解。由虚短的概念可知：U2= UN2、U1= UN1，所以有，所以有4124RUUI又由虚短的概念可知：又由虚短的概念可知： I I1 1= = I I4 4= = I I2 2由此可导出由此可导出)(21 ()2(214334443UURRRRIUU)(21 ()(2143124312oUURRRRUURRU对于对于A A3 3与与R R1 1、R R1 1 构成差动式减法电路构成差动式减法电路,

29、,因此有因此有 + - A1 + - A2 A3 + - R1 R1 R2 R2 R4 U2 U1 N2 N1 R3 R3 U4 U3 Uo I4 I2 I1 P3 图 623【例 62】的电路图 例7.1: 求图所示数据放大器的输出表达式，并求图所示数据放大器的输出表达式，并分析分析R R1 1的作用。的作用。解：解：vs1和和vs2为为 差模输入信号，为此差模输入信号，为此vo1和和vo2也是也是差模信号，差模信号，R1的中点为交流零电位。对的中点为交流零电位。对A3是双是双端输入放大电路。端输入放大电路。所以：所以： )(21 ( S1S212o1o2ovvRRvvvS21202S112

30、o1)2/1 ()2/1 (vRRvvRRv显然调节显然调节R1可以改变放大器的增益。可以改变放大器的增益。三、三、 积分电路积分电路积分运算电路的分析方法与反相比例电路类似，反积分运算电路的分析方法与反相比例电路类似，反相积分运算电路如图所示：相积分运算电路如图所示：图图12.05 12.05 积分运算电路积分运算电路i1(t)= if (t)i1(t)= ui (t)/R1.利用虚地的概念：利用虚地的概念：3.电容两端的电压：电容两端的电压：ttuRCttiCtutud )(1d )(1)()(ifocRf可抑制直流漂移限制可抑制直流漂移限制低频增益低频增益2.利用虚断的概念：利用虚断的概

31、念：图 624 积分运算电路 R i1 (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C Rf 当输入信号是阶跃直流电压当输入信号是阶跃直流电压E时时:tRCEttuRCtud )(1)(io图图 07.05 积分运算放大电路积分运算放大电路（动画动画12-1）ttuRCtud )(1)(io3.输出电压电压：输出电压电压：反映了输入输出的反映了输入输出的积分关系。图 624 积分运算电路 R i1 (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C Rf -u o (t) u i (t) 0 0 t t (a)阶跃响应 若输入信号电压是直流电压若输入信号

32、电压是直流电压E：则输出电压则输出电压uo(t)随时间随时间t按负斜率下降，如图所示。按负斜率下降，如图所示。积分器除了可进行数学运算外，在电子技术中通常用作波形积分器除了可进行数学运算外，在电子技术中通常用作波形变换。变换。若输入信号是一方波电压信号，其幅值为若输入信号是一方波电压信号，其幅值为5V5V，频率为，频率为1kHz1kHz，电路元件电路元件R R=10k=10k ，C C=0.1=0.1 F F，输出信号变成三角波，如图，输出信号变成三角波，如图6 62525（b b）所示，三角波的幅值为）所示，三角波的幅值为625 积分运算电路的响应曲线 t t t t u i (t) uO

33、(t) 阶跃响应 (b)方波响应 )2/(d )(1)(im2/0iomTRCUttuRCtuT由于由于U Uimim=5V=5V，T T=1/1 kHz=10=1/1 kHz=10-3-3s s，可求得：可求得：V5 . 2)105 . 0(101 . 0105)(364omtu结论结论:1.现精确积分的关键是确保运放反响端为现精确积分的关键是确保运放反响端为“虚地虚地”。（这样能保证（这样能保证C的充电电流正比与输入电压。）的充电电流正比与输入电压。）2.若反馈回路接入大阻值电阻若反馈回路接入大阻值电阻Rf可抑制直流漂移、可抑制直流漂移、直流增益。直流增益。3.设计时应满足：设计时应满足：

34、 omLtoomioIItiIUdttuRCU)()(1输出电压输出电压输出电流输出电流负载电流负载电流且输出电压的幅值要小于等于且输出电压的幅值要小于等于Uom，由此可知，输出电压，由此可知，输出电压可表示为可表示为 Uo= ( Ui/RC)T UomtRCEtu)(o【例【例62】如图】如图624所示积分器，已知输入矩形波电压幅值所示积分器，已知输入矩形波电压幅值U1=1V，T=10ms，见图，见图625（b），运放最大输出电压），运放最大输出电压Uom= 10 V，求电路元件，求电路元件R和和C的值。的值。【解【解】由于：由于：即：即：UiT Uom RC由上式可求出由上式可求出RC乘积

35、为乘积为RC UiT / Uom =110lo-3/10=1ms可取电阻：可取电阻：R 10k ；电容：电容：C 0.1 F 四、四、 微分电路微分电路微分运算电路如图所示微分运算电路如图所示: :ttuCRRiRtituffd)(d )()( :icfo显然反映了输入输出的反映了输入输出的微分关系微分关系。)()(d)(d)(;)()(fcifctitittuCtidttduCtii图626 微分运算电路 Rf if (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C R1 实用微分电路实用微分电路R1的作用是的作用是:适当减小放大器高频增益适当减小放大器高频增益;以抑制高

36、频噪声。以抑制高频噪声。图626 微分运算电路 Rf if (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C R1 微分器除了可作数学运算外，在电子技术中也可用作波形变换微分器除了可作数学运算外，在电子技术中也可用作波形变换，如图所示。，如图所示。若在微分器输入端加入一个三角波信号电压，其频率为若在微分器输入端加入一个三角波信号电压，其频率为1 kHz，幅值为，幅值为2.5V，不计，不计R1的影响，变化率的影响，变化率. s/V105ns5 . 0V5 . 2d)(d3ittu微分器输出电压是一方波信号，它的幅值电压为微分器输出电压是一方波信号，它的幅值电压为 V51051

37、01 . 010d)(d)(364ifottuCRtu图62 微分运算电路的响应曲线 u o (t) 0 t t u i (t) 0 t u i (t) 0 (a) 对三角波的响应 (b)对方波的响应 u o (t) 0 t 在设计微分器时，元件在设计微分器时，元件RfC的乘积受运放最大输出电压的限的乘积受运放最大输出电压的限制，即最大输出电压制，即最大输出电压Uom满足满足 ttuUCRttuCRUd)(d/d)(diomfifom或者；五、五、 对数电路对数电路 图图 07.09 对数运算电路对数运算电路对数运算电路见图对数运算电路见图:siTsdToTosTdsddRdolnlnexpe

38、xpRIUUIiUUUUIUUIiRUiiUUi图中二极管可用三图中二极管可用三极管发射接代替。极管发射接代替。1.输入电压与输出电压的对数成正比。输入电压与输出电压的对数成正比。2.由于结论中包含有反向饱和电流由于结论中包含有反向饱和电流IS，IS是温度是温度的函数，故温度稳定性差。的函数，故温度稳定性差。结结 论论六、六、 指数运算电路指数运算电路 指数运算电路如图所示。指数运算电路如图所示。Ti1sTisdfolnexpUUIRUUIRRiRiUffff指数运算电路相当反对数运算电路。指数运算电路相当反对数运算电路。 图图 07.10 07.10 指数运算电路指数运算电路图中二极管可用三

39、图中二极管可用三极管发射接代替。极管发射接代替。第五节、电压比较器 一、一、 单门限比较器单门限比较器 二、二、 迟滞比较器迟滞比较器 三、三、 单片集成电压比较器单片集成电压比较器*四、四、 窗口比较器窗口比较器*五、五、 比较器的应用比较器的应用1 .比较器的功能比较器的功能:是将一个模拟电压信号是将一个模拟电压信号与一个参考电压相比较的与一个参考电压相比较的电路。电路。2 .比较器的应用比较器的应用:波形变换波形变换;过零检测过零检测;越线报警越线报警;模数转换模数转换;3 . 比较器的种类很多如比较器的种类很多如:图 630 同相输入单门限比较器 R1 UREF A - + VOH 0

40、 Uo R2 Uo Ui Ui VOL UREF=Uth Uid (a)电路 (b)传输特性 一、 单门限比较器单门限比较器 (1)(1)单门限电压比较器和过零比较器：单门限电压比较器和过零比较器：如图所示如图所示：由于集成运放的开环电压增益由于集成运放的开环电压增益AU很大：很大：当输入信号当输入信号Ui小于参考电压小于参考电压UREF，即，即Uid=（UiUREF）0时，运放输出时，运放输出Uo为低电平为低电平VOL；当输入信号当输入信号Ui大于参考电压大于参考电压UREF ，当当Ui升高到略大于升高到略大于UREF，即，即Uid=（UiUREF）0时，时，Uo为高电平为高电平VOH。图6

41、31 过零比较器 R1 过零比较器 A - + 0 Uo R2 Uo Ui Ui Uid (a)电路 (b)传输特性 Uo R1 A + Uo Ui DZ (c)带输出限幅的过零比较器 【例【例62】电路如图】电路如图631 (a)所示，当所示，当Ui如图如图632(a)所示时，试画出所示时，试画出Uo及及Uo 的波形。的波形。 图 632 例 62 波形图 t U i 0 (c) 经 RC 微分电路后的输出 Uo波形 t Uo 0 (a) 输入 U i波形 (b) 输出 Uo波形 Uo 0 t (a) (b) VOH VOL R1 过零比较器 A - + Uo R2 Ui Uid Uo 二、

42、迟滞比较器二、迟滞比较器om222REF1URRRRRURUfffom222REF2URRRRRURUfffU 称为称为上限阈值上限阈值(触发触发)电平电平。由输出引一电阻分压支路到同相端，电路如图所示。由输出引一电阻分压支路到同相端，电路如图所示。当输入电压当输入电压Ui从零逐渐增大：从零逐渐增大：时；当UUi. 1omoUU此时触发电平变为此时触发电平变为U 2 ， U 2 称为称为下限阈值下限阈值(触发触发)电平电平。omoUUUU时：当i. 2滞回比较滞回比较 器电路图器电路图当当 Ui逐渐减小，且逐渐减小，且Ui = U 2 以前，以前， 始终等于始终等于Uom- ，因此出现如，因此

43、出现如图所示的迟滞特性曲线。图所示的迟滞特性曲线。门限宽度门限宽度 U ：omom22 21UURRRUUUf图滞回比较电路图滞回比较电路 的传输特性的传输特性图634 反相输入的迟滞比较器 0 Uo Ui Uid (a)电路 (b)传输特性 R1=100 A - + Uo Ui R3=10k R2 UREF=1V UN UP UT- UT+ VOH VOL 5 -5 0.94 1.04 *五、五、 比较器的应用比较器的应用比较器一个重要作用是：用来对输入波形进行整形：比较器一个重要作用是：用来对输入波形进行整形：可以将不规则的输入波形整形为方波输出。可以将不规则的输入波形整形为方波输出。(a

44、) 正弦波变换为矩形波正弦波变换为矩形波 (b) 有干扰正弦波变换为方波有干扰正弦波变换为方波 图图07.06 用比较器实现波形变换用比较器实现波形变换(2)(2)比较器的基本特点比较器的基本特点 工作在开环或正反馈状态。工作在开环或正反馈状态。 开关特性，因开环增益很大，开关特性，因开环增益很大，比较器的输比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。出只有高电平和低电平两个稳定状态。 非线性，非线性，因大幅度工作，输出和输入不成因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。线性关系。第四节、第四节、 波形发生器二、脉冲波、锯齿波振荡二、脉冲波、锯齿波振荡一、方波、三角波发生器一、方波、三角波发生器一、方波、三角波发生器一、方波、三角波发生器1.vo1输出为方波。输出为方波。2.vo2输出为三角波（输出为三角波（C的冲放电时间相同）。的冲放电时间相同）。二、脉冲波、锯齿波振荡二、脉冲波、锯齿波振荡在方波在方波三角波三角波振荡电路中振荡电路中:积分电路两个积积分电路两个积分方向