电工学简明教程之运算放大器

1、电工学简明教程之运算放大器本文由 hai54931 贡献ppt 文档可能在WA端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT或 下载源文件到本机查看。第 11 章 章11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6运算放大器 运算放大器简单介绍 放大电路中的负反馈 运算放大器在信号 方面的应用 运算放大器在信号处理方面的应用 运算放大器在波形 产生方面的应用 集成功率放大器11.7 使用运算放大器应注意的几个问题第 11 章 章运算放大器分立电路是由各种单个元件联接起来的电子电路。 分立电路是 由各种单个元件联接起来的电子电路。 是由各种单个元件联接起来 的电子电路 集成电路是把整个电路的各

2、个元件以及相互之间 集成 电路 是把整个电路的各个元件以及相互之间 的联接同时制造在一 块半导体芯片上， 的联接同时制造在一块半导体芯片上 ， 组成一 个不可 分的整体。 分的整体。 集成电路特点： 体积小、 重量轻、 功耗低、 集成电路特点 ： 体积小 、 重量轻 、 功耗低 、 可靠 性 高、价格低。 性高、价格低。 按集成度 小、中、大和超大规模 集 成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容 按功能 数字和模拟第 11 章 章耦合放大器。 耦合放大器。运算放大器集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接 用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转 用于模拟运算、 信号处理、 信号测量、

3、换、自动控制等领域。 自动控制等领域。 本 章主要讨论分析运算放大器的依据及其在信 号运算、信号处理、波 形产生方面的应用， 号运算、信号处理、波形产生方面的应用，并 介绍 放大电路中的负反馈。 放大电路中的负反馈。11.1 运算放大器简单介绍11.1.1 集成运放的组成输入端输入级中间级输出级 输出端偏置 电路输入级 差动放大器 输出级 射极输出器或互补对称功率 放大器 偏置电路 由镜像恒流源等电路组成运算放大器的符号信号传 输方向 反相 输入端u - u+同相 输入端 实际运放开环 理想运放开环 理想运放开环 电压放大倍数- +Auo+uo 输出端11.1.2 主要参数I. 最大输出电压

4、UOPP2. 开环电压 Auo 3. 输入失调电压 UIO4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICMII. 1.2 理想运算放大器及其分析依据 在分析运算放大器的电路时， 在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是 理想的运算放大器。 理想化的主要条件： 理想的运算 放大器。 理想化的主要条件： 运算放大器 1. 开环电压放大倍数 2. 开环输入电阻 3. 开环输出电阻 4. 共模抑制比Auo t grid t gro t 0K CMRRt g 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件， 由于实际运 算放大器的技术指标接近理想化条件， 而用理想运算

5、放大器分析电路可使问题大大简化， 而用理想运算放大器分析电路可使问题大大 简化，因此 后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。 后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。11.1.2 理想运算放大器及其分析依据表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的 曲线称为传输 特性 传输特性。曲线称为传输特性。uo正饱和区u -UO(sat) - Uim O Uim u+ 线性区 + + uouo = Auo ( u+ ? u? )u+ ? u?-UO(sat)负饱和区若 Auo = 106 士 UO(sat) = 士 15 V 则士 UIM 二士 0.015 mV 运放要工作在线性 区必

6、须有负反馈。 区必须有负反馈。实际运放电压传输特性11.1.2 理想运算放大器及其分析依据UO(sat) - Uimuo正饱和区 线性区u - u+uouo = Auo (u+ ? u? )oUimu+ ? u? 因为理想运放开环电压放大倍数Auo T 8-UO(sat)负饱和区所以， 所以，当 u+ > u? 时， uo = +U O(sat)u+ < u? u+ = u?uo = ?U O(sat)uo 发生跃变理想运放电压传输特性11.1.2 理想运算放大器及其分析依据运放工作在线性区的依据 1. u+u -u - u+ id - rid + + uoAuot ,而uo是有限

7、值，是有限值，由于运放u uo = Auo(u+ ? u?)，可知(u+ ? u? ) = o 0 故从式Auo相当于两输入端之间短路，但又未真正短路，故 相当于两输入 端之间短路，但又未真正短路，短路虚短路” 称“虚短路” 。2. id - 0运放开环输入电阻rid t 乂相当于两输入端之间断路 但 又未真正断路，断路，相当于两输入端之间断路，但又未真正断路， 故虚断路” 称“虚断路”。11.1.2 理想运算放大器及其分析依据运放工作在非线性区的依据uo UO(sat) O非线性区 非线性区u - id u+ riduo-UO(sat)u+ ? u?当 u+ > u? 时， uo =

8、+U o(sat)由于运放工作在非线性区 uo工Auo (u+ ? u?) 所以u+ < u? u+ = u?uo = ?U o(sat)Uo 发生跃变1. u+ u - 2. id 0不再成立依然成立返回11.2 放大电路中的负反馈11.2.1 反馈的基本概念凡是将放大电路 （或某个系统） 凡是将放大电路 （或某个系统 ）输 出信号的一部 分或全部经某种电路 （反馈网络 ）引回到输入端， 分或 全部经某种电路 （反馈网络 ）引回到输入端，称 反馈。 为反馈。 如 果反馈信号使净输入信号增加， 称为正反馈 正反馈。 如果反馈信号 使净输入信号增加， 称为正反馈。 如果反馈信号使净输入信号

9、减小， 称为负反馈 负反馈。 如果反馈信号使净输入信号减小， 称为负反馈。 无负反馈放大 电路方框图& XiA& Xo比较环节 基本放大电路 11.2.1 反馈的基本概念 & & & Xd XoXi +带有负反馈放大A -电路的方框图& X i 输入信号 F & X o 输出信号 & X f 反馈信号 反 馈电路 & d 净输入信号 X & & & 净输入信号 X d = X i ? X f 若 三者同相， 若三者同相， Xd = Xi ? Xf 则 X d < X i ，电路为负 反馈。 可

10、见 电路为负反馈。& Xf11.2.2 负反馈的类型 根据反馈电路与基本放大电路在输入、输出 根据反馈电路与基 本放大电路在输入、 端的连接方式不同，负反馈有以下四种类型。 端 的连接方式不同，负反馈有以下四种类型。 & & & X o 负反馈的类 型有： 负反馈的类型有： Xi + Xd A 电压串联负反馈； 电压串联 负反馈；-电压并联负反馈；电压并联负反馈；& Xf电流串联负反馈； 电流串联负反馈； F 电流并联负反馈。 电流并联负反馈。 在输出端取自输出电流为电流反馈； 取自输出电流为电流反馈； 反馈量 取自输出电压为电压反馈， 反馈量取自输出电

11、压为电压反馈， 在输 入端 反馈量以电流的形式出现，与输入信号进行比较为并联反馈； 反馈量以电流的形式出现，与输入信号进行比较为并联反馈； 反馈 量以电压的形式出现，与输入信号进行比较为串联反馈。 反馈量以 电压的形式出现，与输入信号进行比较为串联反馈。11.2.2 负反馈的类型判别图示电路的反馈类型 首先用电位的瞬时极性判别 1. 串联 电压负反馈RF - uf +反馈的正、 反馈的正、负。 为正，设某一瞬时ui 为正，则此时 uo 净输入信号 ud = ui ? uf + 小于输入信号，即 u 的存在使净f uo小于输入信号，-输入信号减小，所以为负反馈。 反馈。 也为正， 也为正。 也为

12、正，同时反馈电压 uf 也为正。-R1 ud + + + ui R2 +RLR1 取自输出电压，并与之成正比， 取自输出电压，并与之成正比， u0 反馈电压 uf = RF + R1 故为电压反馈。 故为电压反馈。uf 与 ui 在输入端以电压形式作比较， 两者串联， 故为串联 在 输入端以电压形式作比较，两者串联， 反馈。 反馈。1. 串联电压负反馈RF - uf R1串联电压负反馈方框图ui + ud+ui+ + R2 ud+RLuo+ -u fFuo判别图示电路的反馈类型 首先用电位的瞬时极性判别 2. 并联 电压负反馈if RF 反馈的正、 反馈的正、负。 为正， 设某一瞬时 ui 为

13、 正，则此时 为负，各电流实际方向如图示。 uo 为负，各电流实际 方向如图示。 净输入电流ii +ui R1 R2 id - + + RL + id = ii ? ifuo小于输入电流， 小于输入电流，即 if 的存在使 反馈。 净输 入电流减小，所以为负反馈。 取自输出电压， 取自输出电压，并与 之 成正比，故为电压反馈。 成正比，故为电压反馈。u? ? uo uo =? 反馈电流 if = RF RF反馈。 反馈。if 与 ii 在输入端以电流形式作比较， 两者并联， 故为并联 在 输入端以电流形式作比较，两者并联，2. 并联电压负反馈if ii id R1 R2 RF ui并联电压负反

14、馈方框图ii+- ifid+ui+AF uo+ RL+ uo判别图示电路的反馈类型 3. 串联电流负反馈 串联电流负反馈 方框图-ud + + R2+io +-uoui +ud+uiRL R-ufAFio+ uf -与输出电流成比，故为电流反馈； 反馈电压 uf = Rio 与输出 电流成比，故为电流反馈； 比较，两者串联， 故为串联反馈。 比较， 两者串联，故为串联反馈。ud = ui ? uf 为负反馈； uf 与 ui 在输入端以电压形式作 为 负反馈；判别图示电路的反馈类型 4. 并联电流负反馈 ifii R1 R2 id RF io并联电流负反馈方框图ui ii + id if iR

15、+ui+ RL uR RAFio图中id = ii ? ifR if = ?( )io RF + R如何判别电路中反馈类型小结 (1) 反馈电路直接从输出端引出 的，是电压反馈； ) 反馈电路直接从输出端引出的， 是电压反馈； 从 负载电阻靠近“ 从负载电阻靠近“地”端引出的， 是电流反馈； 端 引出的，是电流反馈； 也可将输出端短路，若反馈量为零，则为电 压反馈； ( 也可将输出端短路，若反馈量为零，则为电压反馈； 若 反馈量不为零，则为电流反馈。 若反馈量不为零，则为电流反馈。 ) (2) 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端，是 ) 输入信号和反 馈信号分别加在两个输入端， 串联反馈；加

16、在同一输入端的是并联 反馈； 串联反馈；加在同一输入端的是并联反馈； (3) 反馈信号使 净输入信号减小的，是负反馈。 ) 反馈信号使净输入信号减小的， 是负反馈。输入端的反馈类型。 例 1 判别图示电路从 A2 输出端引入 A1 输入端的反馈类型。+ ui -ud+A1+ u o1 RA2 +uo RL-u+ f的输出端引出，故为电压反馈；解反馈电路从A2的 输出端引出，故为电压反馈； 反馈电压 uf 和 ui 输入电压分别加 在的同相和反相两个输 入端，故为串联反馈； 入端，故为串联反馈； 为负， 为正。 设为 ui 正，则 uo1 为负， uo 为正。 反馈电压 uf 使净输入电压ud

17、= ui - uf减小，故为负反馈； 减小，故为负反 馈； 串联电压负反馈。 串联电压负反馈。输入端的反馈类型。 例 2 判别图示电路从 A2 输出端引入 A1 输入端的反馈类型。 Rui iiid + A1+ u o1+A2 +- uoRL aif 靠近“ 端引出， 解 反馈电路从 RL 靠近“地”端引出， 为电流反馈 ； 同一个输入端， 反馈电流 if 和 ii 输入电流加在 A1 的 同一个输入端， 故 为并联反馈； 为并联反馈； 为正， 为负。 设为 ui 正，则 uo1 为正， uo 为负。反馈电流实际方向如 图所示， 图所示，净输入电流id = ii - if减小，故为负反馈；减小

18、，故为负反馈； 并联电流负反馈。 并联电流负反馈。11.2.3 负反馈对放大电路工作的影响1. 提高放大电路的稳定性 . & & Xd Xi + & Xo A 开环放大倍数 A = & Xd - &f & X Xf 反馈系数F = & Xo F &&& 引入负反馈后 净输入信号 X d = X i ? X f & Xo A 引入负反馈后闭环放大倍数 Af= = & i 1 + AF X dA dAf 1 对上式求导 = ? Af 1 + AF A 可见， 引入负反馈后，放大倍数降低了， 可见，引入负

19、反馈后，放大倍数 降低了， 而放大倍数的稳定性却提高了。 而放大倍数的稳定性却提 高了。& Xo2. 改善非线性失真 .无负反馈 略小 加入 负反馈 ui + uf 略大 略大 ud ui大Auuo小uo-u fAu F接近正弦波 略小负反馈改善了波形失真 负反馈改善了波形失真3. 对放大电路输入电阻和输出电阻的影响 .四种负反馈对 ri 和 ro 的影响 串联电压 ri ro 增高 减低 串联电流 增高 增高 并联电压 减低 减低 并联电流 减低 增高思考题：为了分别实现： 思考题：为了分别实现： (a) 稳定输 出电压； (b) 稳定输出电流； ) 稳定输出电压； ) 稳定输出电流

20、； (c) 提高输入电阻； (d) 降低输出电阻。 ) 提高输入电阻； ) 降 低输出电阻。 应引入哪种类型的负反馈？ 应引入哪种类型的负反 馈？返回11.3 运算放大器在信号运算方面的应用 运算放大器在信号运 算方面的应用11.3.1 比例运算 1. 反相输入 . 由运放工作在线性区的依据 iiii if u? u+ = 0 + R1 ui ? u? ui 可列出 ii = = ui R1 R1u ? uo u if = ? =? o RF RFifRF-+ +R2uo+ 由此得出 闭环电压 放大倍数R uo = ? F ui R1若 R1 = RF 则 uo = ? ui 平衡电阻 R2

21、= R1 / RF uo Auf = = ?1 uiAufuo RF = =? ui R111.3.1 比例运算 2. 同相输入 . 由运放工作在线性区的依据ii R1 R2ifRFii if可列出u? u+ = uiu? ui ii = ? = ? R1 R1if = u? ? uo ui ? uo = RF RF+ ui-+ +uo+ 由此得出 闭环电压 放大倍数RF uo = (1 + )ui R1 uo RF Auf = = 1+ ui R1若R1 = 乂或则RF = 0uo Auf = =1 ui11.3.2 加法运算 由图可列出 ui2 ui1 ii2 = ii1 = R12 R1

22、1if = ii 1 + ii 2 ? uo = RF ii1 ui1 ui2 R11if R Fii2 R12R2-+ +uo+ 由上列各式可得RF RF uo = ?( ui1 + ui2 ) R11 R12 RF 当 R11 = R12 = R1 时， 则上式为 uo = ? ( ui1 + ui2 ) R1平衡电阻R2 = R11 / R12 / RF11.3.3 减法运算 如果两个输入端都有信号 输入，则为差分输 入。 输入，则为差分输入。 由图可列出R3 u+ = ui2 R2 + R3if ii ui1 R1 RF+u? = ui1 ? R1 iiR1 ( ui1 ? uo )

23、= ui1 ? R1 + RF-u+ R2 i2 -+ +R3uo+ 因为u?u+，故上列两式可得R3 RF RF uo = (1 + ) ui2 ? ui1 R1 R2 + R3 R111.3.3 减法运算uo = (1 + R3 RF R ) ui2 ? F ui1 R1 R2 + R3 R1if ii R1RF当 R1 = R2 和 RF = R3 时， 则上式为uo = RF ( ui2 ? ui1 ) R1ui1+-u+ R2 i2 -+ +R3uo+ 当 RF = R1 时，则得 uo = ui2 ? ui1 可见，输出电压与两个 输入电压的差值成正比， 可见，输出电压与两个输入电

24、压的差值成正比，故可进行减法运算。 故可进行减法运算。 平衡电阻R2= R11 / R12 / RFu 例 3 图中， i1 =uic1 + uid1 , ui2= uic2 + uid2 ,其中 图中， uic1 = uic2是共模分量，uid1 = ? uid2是差模分量。 是差模分量。 是共模分量，如果 R1 = R2 = R3 ，试问 RF 多大时输出电压不含共 模分量？ 模分量？ ifRFiiR1+ ui1 +- u R2 i2 -+R3+ uo 解 RF R3 RF uo = (1 + ) ui2 ? ui1 R1 R2 + R3 R1 RF R3 RF ) ( uic2 + ui

25、d2 ) ? ( uic1 + uid1 ) = (1 + R1 R1 R2 + R3 R3 RF RF ) uic2= (1 + ? R1 R2 + R3 R1RF R3 RF ) uid2 ? ( ? uid2 ) + (1 + R1 R2 + R3 R1 必须满足下列条件 : 欲使 uo 不含共模分量 uic2 ，必须满足下 列条件RF R3 RF (1 + ) ? =0 R1 R2 + R3 R1RF R3 RF 解 (1 + ) ? =0 R1 R2 + R3 R1 因R1 = R2 = R3 , 经整理后得 RF = R1 。此时输出电压RF R3 RF uo = (1 + ) u

26、id2 ? ( ? uid2 ) R1 R2 + R1 R1= 2uid2 例如 则ui1 = 10 mV = ( 8 + 2) mV = uic1 + uid1ui2 = 6 mV = (8 ? 2) mV = uic2 + uid2uo = 2uid2 = ?4 mV11.3.4 积分运算 用电容代替反相比例运算电路中的 RF,就成为积分运算电路。 就成为积分运算电路。 ii 由于反相输入， 由于反相输入， 故ifif CFRF+uCu?0ui ii = if = R1 uo = ? uc = ?ui+ R1 -+ +R2 uo1 1 if dt = ? j j ui dt CF R1C

27、F上式表明输出电压正比于输入电压的积分， 上式表明输出电压 正比于输入电压的积分， 式中的 负号表示两者反相。 负号表示两者 反相。 称为积分时间常数。 R1 CF 称为积分时间常数。11.3.4 积分运算if+uC为阶跃电压时， 当 ui 为阶跃电压时，则 Ui uo = ? t R1C FuiCF ii R1+ ui -+ +R2uo+ O uo Ot t1 uo = ? j uidt R1C FU o(sat)uo 随时间线性增长， 随时间线性增长， 最后达到负饱和值。 最 后达到负饱和值。11.3.5 微分运算微分运算是积分的逆运算， 微分运算是积分的逆运算， 将积 分 电路反相输入端

28、的电阻与反馈电容位置对调， 就成为微分电路。 位置对调，就成为微分电路。 由图可列出duc dui ii = C1 = C1 dt dt uo = ? RF if = ? RF ii ifRFiiC1故dui uo = ? RF C1 dt+ +u - C ui -+ +R2uo+ 即输出电压与输入电压对时间的一次微分成正比。 即输出电压 与输入电压对时间的一次微分成正比。11.3.5 微分运算当 ui 为阶跃电压时 uo 为尖脉冲电压。 为尖脉冲电压。ui Ui O uo O t t if RFiiC1+ +u - C ui -+ +R2uo+ dui uo = ? RF C1 dt注意：由

29、于此电路工作时稳定性不高， 注意：由于此电路工作 时稳定性不高， 故实际中很少应用。 故实际中很少应用。返回11.4 运算放大器在信号处理方面的应用 运算放大器在信号处 理方面的应用11.4.1 有源滤波器 所谓滤波器就是一种选频电路。 所谓滤波器就是一种选频电 路 。 它能选出有用的 信号，而抑制无用的信号。 信号，而抑制无 用的信号。 由电阻、电容、 由电阻 、 电容 、 电感等元件组成的 滤波电路称为 无源滤波器。 无源滤波器。而由 R 、L、C 及运放构 成的滤波器，由 、 、 及运放构成的滤波器， 于运放工作时要外加 电源，所以称为有源滤波器。 于运放工作时要外加电源，所以称为 有源

30、滤波器。 有源滤波器相对于无源滤波器，具有体积小、 有源滤 波器相对于无源滤波器， 具有体积小、重量 具有良好的选择性， 轻、 具有良好的选择性，还可使所处理的信号不衰减甚 至还能放大。其 缺点是放大器工作时要提供电源、 至还能放大。其缺点是放大器工 作时要提供电源、在大 信号工作时，运放可能会产生失真等。 信号 工作时，运放可能会产生失真等。11.4 运算放大器在信号处理方面的应用11.4.1 有源滤波器 1. 有源低通滤波器 设图中 ui 为某一频率的正弦量 由 RC 电路得出1 & + = U c = j 3C U i && U 1 R+ j 3 C &

31、Ui = 1 + j w RC R1 R RF-+ + uC+ ui -uo+ C由同相比例运算关系得出R & & U o = (1 + F )U + R11. 有源低通滤波器 . 故& Uo & Ui RF R 1+ F R1 R1 = = 1 + j3 RC 1 + j 3 1+式中称为截止角频率 为变量， 若 3 为变量， 则该电路的传递函数U o ( j 3 ) Aufo T ( j 3 ) = = =3 U i ( j 3 ) 1 + j 31+ j RF 1+ R13013 0 = RC3 030其模为 T ( j 3 ) =3 幅角为 ? ( 3

32、) = ? arctan 3 23 0 1+ ( )Aufo301.有源低通滤波器3= 0 时，T ( j3 ) = A ufoT ( j3 ) = A ufo 23=3 0 时，3二乂时，T ( j3 )1 A ufo 2T ( j3 ) = 0A ufo 低通滤波器具有使 低频信号易通过， 低频信号易通过，而抑 制 高频信号的作用。 制高频信号的作用。30 3O 频率特性2. 有源高通滤波器 .由 RC 电路得出& U+ = R 1 R+ j 3 C & Ui = & Ui 1 1+ j 3 RCC R1RF+R+由同相比例运算关系得出+ uiuo+ & o

33、 = (1 + RF )U + & U R1故& Uo & UiRF RF 1+ 1+ R1 R1 = = 13 0 1+ 1? j j 3 RC 31 式中3 0 = RC称为截止角频率为变量， 若 3 为变量，则该电路的传递函数 R 1+ F U( j 3 ) Aufo R1 T ( j 3 ) = o = = U i ( j3 ) 1 ? j 3 1 ? j 3 频率特性 3 0 3 0 T ( j 3 ) Aufo T ( j 3 ) = 其模为 A ufo 3 0 2 1 1+ ( ) A ufo 3 230 幅角为 ? ( 3 ) = arctan 3 O

34、330 3= 0 时， T ( j 3 ) = 0 高通滤波器具有使高 A ufo 3 = 3 0 时， T ( j 3 ) = 频信号易通过， 频信号易通过，而抑制低 2 频信号的 作用。频信号的作用。3二乂时，T ( j 3 ) = A ufo2. 有源高通滤波器 .11.4.2 电压比较器 电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个 参考电压进行比 较，当两者相等时产生跃变， 参考电压进行比较，当两者相等时产 生跃变，由此 判别输入信号的大小和极性。 判别输入信号的大小和 极性。 电压比较器用于自动控制、波形变换、模数转 电压比较器用 于自动控制、 波形变换、 换及越限报警等。 换及越限报

35、警等。 集 成运放构成电压比较器时，多处于开环或正 集成运放构成电压比较 器时， 反馈的工作状态，即工作在非线性区。 反馈的工作状态，即 工作在非线性区。11.4.2 电压比较器 将运放任一输入端加上输入信号， 将运放任一输入端加上输入 信号，而另一输入端加入 参考电压，即可构成电压比较器，如图所 示。 参考电压，即可构成电压比较器，如图所示。R1ui+ R2 - UR -+ +uo UO(sat) - UO(sat) OUi 为输入电压， UR 为参考电压 为输入电压，uo+ -当 ui > UR 时， uo =- Uo(sat) ui = UR 时， uo 发生跃变ui < U

36、R 时， uo = +Uo(sat)电压传 输特性uRui11.4.2 电压比较器即输入电压和零电平比较， 当 UR = 0 时，即输入电压和零电 平比较，称为 过零比较器。 过零比较器。R1+ui+ R2 - U R - + +uo为正弦波， 若图中 ui 为正弦波 ， 的波形。 画出 uo 的波形。 uiuo+ -O UO(sat) uo OtUO(sat) 电压传 输特性 O - UO(sat)uit- UO(sat)11.4.2 电压比较器在输出端与地之间接一个双向稳压管， 在输出端与地之间接一 个双向稳压管，即可把输出电压限制在某一特定值， 出电压限制在 某一特定值，以和接在数字电路

37、的电平 匹配。匹配。电压传输 特性R1+ ui -+ +R DZUO(sat)uoR2+ uo UZ限幅电压比较器ui O - U Z - UO(sat) 例 1 图中所示为运放组成的过温保护电路， R 图中所示为 运放组成的过温保护电路， 是热敏电阻，温度升高阻值变小。 是继 电器，是热敏电阻，温度升高阻值变小。 KA 是继电器，温度升高， 超过规定值，动作，自动切断电源。 度升高，超过规定值， KA 动 作，自动切断电源。分 析其工作原理。 析其工作原理。 温度未超 过规定值， 温度未超过规定值，R1 R Ui < UR uo= - UOM , UR - T截止。KA不动作。 截止。

38、不动作。ui + 规定值，温 度超过规定值， R2 ui > UR， uo= +UOM， R4 T 导通。 KA 动作，导通。动作，切断电源。切断电源。+UCC KA+uo R3T的波形。 例 2 电路如图所示， ui 是一正弦电压，画出 uo 的 波形。电路如图所示， 是一正弦电压，ui R1 - uo uouoD + uo O + t C ui R2 R RLUO(sat)解运放为同相输入过零电压比较器 0 - UO(sat) uo ' uo UO(sat)电压传 0 ui O 输特性 uo - UO(sat) - UO(sat) UO(sat) 各电压波形如右图所示。 各电

39、压波形如右图所示。 0返回ttt11.5 运算放大器在波形产生方面的应用11.5.1 RC 正弦波振荡电路1. 自激振荡的条件 .电路中无外加输入电压， 电路中无外加输入电压，而在输出端 有一定频率和幅度 的信号输出， 称这种现象为电路的自激振荡。 的 信号输出，称这种现象为电路的自激振荡。 2 S 当 S 合于 2 时， u 若 uf = ui = ud 1 d uo ui则输出电压保持不变。 则输出电压保持不变。 & Uf uf 反馈系数 F = & Uo & & 又 Uf = Ud 所以自激振 荡的条件是： 所以自激振荡的条件是： ui = ud 当 S

40、合于 1 时， & & & Uo Uf Uo AF = =1 A= 开环电压放大倍数 & & & Ud Uo UdAF11.5.1 RC 正弦波振荡电路自激振荡的条件： 自激振荡的条件： (1) 相位条件： ) 相位 条件：& & Uo Uf AF = =1 & & Ud Uo& &同相, 为正反馈； 反馈电压 U f 与输入电压 U i 同相 为正反馈；即©二 ©A +©F = 2 n nUf = Ud( n = 0, 1, 2 L)(2) 幅度条件： ) 幅度条件：

41、 反馈电压与输入电压的大小相等； 反馈电压与输入电压的大小 相等；即& & Uo Uf AF = =1 & & Ud Uo2. 振荡的建立和稳定 . 幅度特性 Uom= f(Ufm) A ui uf2 S 1udAFuoUomUom2Uom1 O不断通过放大-反馈-再放大再反馈，-再反馈，使Uom 不断增大，一 不断增大， 反馈特性 稳定下来。 直到达交点 A 时， 稳定下来。Ufm=FUo m振荡建立时应满足： 振荡建立时应满足：U f > U d 即 AF > 1Uim Ufm1 Ufm 微小的扰动起始信号 自激振荡的建立过程AF = 1 振荡稳

42、定AF < 1 不能振荡3. RC 正弦波振荡电路 .(1) 放大电路 ) 由集成运放构成的 同相比例运算电路。 同相比例运算电路。 其 电压放大倍数为 R1 同相比例运算电路 RFu+ C ui RRF A = 1+ R1(2) 选频电路 )由 RC 串并联电路组 成，它也是正反馈电路。 它也是正反馈电 路。+ uo CR选频电路3. RC 正弦波振荡电路 .& Ui = F= & UoRF R1 u+1 2 R2 ? X C 3 + j( ) RX C-+ +R + uo -&& 同相， 若要 U o 与 U i 同相，上式分母的虚部应为零 + C1 2 2 即 R ? XC = 0 R = XC = R