第六章2013-12-15

1、2022-3-41电子电路基础n北京邮电大学 电子工程学院n信息与电子技术研究室：王卫东nEmail：n课件下载网址：2022-3-42推荐教材n电子电路基础-刘宝玲-高等教育出版社n模拟电子技术基础（第四版）-华成英、童诗白高等教育出版社n电子技术基础（模拟部分第五版）-康华光高等教育出版社n电子线路（第五版）-谢嘉奎-高等教育出版社第六章模拟集成电路及其应用集成电路管路。它以半导体单晶硅为基片，采用专门的制 造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻等元器 件及连线全部制造在其中。 集成运算放大电路：一种高放大倍数的直接耦合放大电路。由于最初是用于数值运算，所以称为运算放大电路。简称集成运放

2、或运放。集成电路线性集成电路数字集成电路运算放大电路集成稳压电路集成功率放大电路36.1.1集成运算放大器的组成n集成运放的一般组成框图集成运放的一般组成框图4输入电阻高；差模放大倍数大；抑制共模信号的能力强；静态电流小使集成运放具有较强的放大能力输出电阻小；输出电压线性范围宽；非线性失真小设置集成运放各级放大电路的静态工作点。6.1.1集成运算放大器的组成nA741的内部电路的内部电路56.1.1集成运算放大器的组成nA741的部分性能指标的部分性能指标66.1.1集成运算放大器的组成n运算放大器内部电路的特点运算放大器内部电路的特点集成运放的许多性能参数主要取决于差分输入级的性能。集成运放

3、的发展主要是以改进差分输入级的性能为主要标志中间级的主要作用是提供足够高的电压增益，应有高输入电阻。多采用有源负载的共射或共源电路输出级的主要要求是能向负载提供足够的功率，输出电阻要小，动态范围要大。为了使用安全，一般还应附有过载保护电路由电流源代替无源元件作为偏置电路集成运放的级间耦合均采用直接耦合方式电路中的二极管主要用于温度补偿、电平偏移、提供偏置电压等，多使用三极管的发射结代替76.1.1集成运算放大器的组成n集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号 和调零电位器输入端； 和反相和同相输入端； 和负电源和正电源输入端； 为输出端86.1.2运算放大器的传输特性直流传输特性96.1.2运

4、算放大器的传输特性n理想运放的技术参数理想运放的技术参数00000vdidoCMRIOIOIBARRKVII 输入失调的温漂n理想运放的电路符号理想运放的电路符号 实际的集成运放无法达到理想指标，但随着工艺的改进，可在工程计算的简化分析时将实际运放视为理想运放进行近似估算106.1.2运算放大器的传输特性n理想运放工作在线性区的特点理想运放工作在线性区的特点 集成运放工作在线性区时，输入电压与运放两个输入端的电压间存在线性关系。 一般情况下，运放在线性区工作时都加有较深的负反馈。此时，亦可以使用虚短路和虚断路的分析方法。11集成运放的种类n1.按制造工艺分类 Bipolar双极型运放：一般输入

5、偏置电流及器件功耗较大，但由于采用多种改进技术，所以种类多、功能强. CMOS型运放：输入阻抗高、功耗小，可在低电源电压下工作，初期产品精度低、增益小、速度慢，但目前已有低失调电压、低噪声、高速度、强驱动能力的产品. BiFET型运放：采用双极型管和单极型管混合搭配的生产工艺，以场效应管作输入级，使输入电阻高达1012欧姆以上.12集成运放的种类n2.按工作原理分类电压放大型 实现电压放大，输出回路等效成由电压uI控制的电压源uo=AoduI.电流放大型 实现电流放大，输出回路等效成由电流iI控制的电流源io=AiiI.跨导型 将输入电压转换成输出电流，输出回路等效成由电压uI控制的电流源io

6、=AiuuI，Aiu的量纲为电导，它是输出电流与输入电压之比，故称跨导gm.互阻型 将输入电流转换成输出电压，输出回路等效成由电流iI控制的电压源uo=AuiiI，Aui的量纲为电阻，故称这种电路为互阻放大电路.13集成运放的种类n3.按可控性分类可变增益运放 电压控制增益的放大电路：由外接的控制电压来uc来调整开环差模增益Aod。 也可利用数字编码信号来控制开环差模增益Aod。选通控制运放 此类运放的输入为多通道，输出为一个通道，即只有一个对“地”输出电压信号。利用输入逻辑信号的选通作用来确定电路对哪个通道的输入信号进行放大。14集成运放的种类n4.按性能指标分类通用型运放：用于无特殊要求的

7、电路之中。特殊型运放：为了适应各种特殊要求，某一方面性能特别突出。 a、高阻型 具有高输入电阻rid的运放。适用于测量放大电路、信号发生器电路或取样-保持电路。 b、高速型 单位增益带宽和转换速率高的运放为高速型运放。适用于模-数转换器、数-模转换器、 锁相环电路和视频放大电路。 c、高精度型 高精度型运放具有低失调、低温漂、低噪声、高增益等特点。适用于对微弱信号的精密测量和运算，常用于高精度的仪器设备中。 d、低功耗型 低功耗型运放具有静态功耗低、工作电流电压低等特点。适用于能源有严格限制的情况 还有高电压（如100V）的高压型运放、大功率型运放、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器、对数/

8、反对数放大器等等。156.2集成运算放大器的主要参数n集成运算放大器的主要参数包括：n输入失调参数n差模特性参数n共模特性参数n大信号动态特性n电源特性参数166.2.1输入失调参数n1.输入失调电压输入失调电压 在室温及标准电源电压下，静态(输入电压为零)时，为了使集成运放的输出电压为零，需要在输入端加补偿电压输入失调电压 ； 其大小反映了集成运放中电路的对称程度和电位配合情况，一般 n2.输入偏置电流输入偏置电流 输出电压为零时两输入端静 态电流的平均值，即：当0() / 2oIBBNBPvIII时，17VIOIIBIO0vdVv /AIOV为 （1-10）mVIOA741V的典型值为1m

9、V.IBIBI10nA 1 A,A741I 一般为的典型值为80nA.6.2.1输入失调参数n3.输入失调电流输入失调电流 输出电压为零时流入运放两输入端静态基极电流之差，即： 对于双极型运放，它反映了输入级差动放大管的不对称程度。一般希望其越小越好。n4.输入失调电压温漂输入失调电压温漂 指在规定温度范围 内随温度的变化率，即 的温度系数，是衡量运放温漂的重要指标。|IOBNBPIII18IIOIOTVVIOVIOIOIOT1020) V / C,A741TV / C高质量集成运放 V /一般为 (的典型 V /值为5.IOIOI1nA0.1 A,A741I一般为的典型值为20nA.6.2.

10、1输入失调参数n5.输入失调电流温漂输入失调电流温漂 指在规定温度范围内 的温度系数，是衡量电路电流漂移量度的重要指标。 和 不能用外接调零电路来补偿。关于参数的说明：关于参数的说明： 输入失调参数是限制运放能够检测微弱信号最小值的主要因素。 因此，在对微弱信号的精密检测、精密模拟运算和自动控制仪表中对运放的这类参数会有很高的要求.19IOTIIIOIOTVIOTIIOIOIT1 10pA/ C,A741IT1nA/ C高质量集成运放/一般为的典型/值为.6.2.2差模特性参数n1.最大差模输入电压最大差模输入电压 运放同相反相输入端之间能承受的最大电压值n2.最大输出电流最大输出电流 运放能

11、输出的最大峰值电流n3.开环差模电压增益开环差模电压增益 集成运放在无外加反馈情况下对差模信号的电压增益20VmaxIDImaxOvdAIDmax5VBJT30V利用平面工艺制成的NPN型晶体管的V约为而横向可达以上vdvdA741A741的A=106dB,图6.2.3给出了运放A 的频率响应.6.2.2差模特性参数n4.开环带宽开环带宽BW( ) 开环电压增益下降3dB时的频率n5.单位增益带宽单位增益带宽BWG( ) 运放的开环差模电压增益下降至0dB时的频率21fHfTHA7417Hz的f 约为TA741Hz的f 约为1.4M6.2.3共模特性参数n1.最大共模输入电压最大共模输入电压

12、运放输入端所允许施加的共模输入电压的最大值。超过此值共模抑制比将明显下降。n2.共模电压增共模电压增 运放输入端加共模输入电压时的增益。n3.共模抑制比共模抑制比vcvdAAKCMR）（分贝BdAAlg20)(KvcvdCMR22VmaxICvcAKCMR6.2.4大信号动态特性n1.转换速率转换速率 代表集成运放对大幅度阶跃输入信号的适应能力，是在大信号条件下输出电压的最大变化率，即： 是运放在大信号或高频信号工作时的一项重要指标。只有信号的变化速率的绝对值小于 时，输出才能随输入信号线性变化m ax( )ORdvtSdt23SRSRSR6.2.4大信号动态特性n 对输出电压的影响对输出电压

13、的影响24SR集成运放SR对输出电压波形的影响6.2.4大信号动态特性n2.全功率带宽全功率带宽 全功率带宽用来表示运放在频域中的大信号特性，是转换速率的另一种表现形式。 表示集成运放工作 在大信号条件下时，时 域特性与频域特性之间 的关系。2RPomSBWV25BWPBWP6.2.5电源特性参数n1.静态功耗静态功耗 表示信号为零时，运放消耗的总功率n2.电源电压抑制比电源电压抑制比 用来衡量电源电压波动对输出电压影响的程度，通常定义为折合到输入端的失调电压变化与电源电压变化的比值DCCCCEEEEPVIVI()IOSVRCCEEdVKd VV26PDKSVR*6.3其他集成运算放大器简介n

14、超高精度单片集成运算放大器OP177n高速宽带集成运算放大器LT1226nMC14573CMOS集成运算放大器nBi_FET单片集成运算放大器276.4.1集成运放的线性与非线性应用n1.集成运放的线性应用 线性应用时，工作在传输特性的线性区，此时其差模输入电压极小。 深度负反馈使运放的净输入趋近于零是保证运放工作于线性状态的关键。28通常以集成运放作为基本放大电路配合外部反馈网络，构成深度负反馈放大电路。6.4.1集成运放的线性与非线性应用u在深负反馈的条件下，运放的净输入近似为零，存在： 虚短路：运放两输入端的差模输入电压近似于零，即 。此时运放两输入端可近似看成等电位，但不是真正的短路。

15、 虚断路：运放两输入端的输入电流近似为零，即 0。此时运放两输入端可视为不取电流，但不是断开。只有电路在深负反馈条件下才能利用虚短虚断的概念求解电路29PvNviPiNn2.运放的非线性应用 电路在非线性应用时，运放的差模输入电压较大，工作在传输特性的限幅区。此时集成运放一般处于无反馈（开环）或正反馈的工作状态。306.4.1集成运放的线性与非线性应用6.4.2集成运算放大器基本输入方式n1.反相输入 在深负反馈条件下00PNPNvviiFoFIRviRvi,11所以Fii 11RRvvAFiovf31u反相输入基本放大电路的特点:1.深负反馈下的输入电阻 0， ；输出电阻 0 ；2.反相输入

16、端为虚地点；3.无共模输入信号，对共模抑制比无特殊要求。326.4.2集成运算放大器基本输入方式RifRif，R1Rof4.直流平衡电阻 直流平衡电阻的作用是减小或消除静态时可能在运放输 入端产生的附加差模输入电压。 在设计运放时，保持 336.4.2集成运算放大器基本输入方式RFRRR/1uT形反馈网络构成的反相放大器深负反馈条件下，N点虚地，有OFFFFFFFFFFFFOIvRRRRRRRRRRRRviRviiiiii31312331331221134221)(/,且346.4.2集成运算放大器基本输入方式在基本反相输入放大电路中，要提高输入电阻 的同时保持放大倍数不变，必须成比例加大 。

17、而高阻值的电阻稳定性差，因此用一个T形网络代替 ，网络中的电阻阻值均很小。1RFRFR那么直流补偿电阻为IFFFFFFOvRRRRRRRv1331312)()/(3211FFFRRRRR356.4.2集成运算放大器基本输入方式在基本电路中，IF=Ii,要想使放大倍数很大，则RF需很大。而在T形反馈反相放大器中，IF远大于Ii,因此可以用很小的电阻得到较大的放大倍数。若要求比例系数为-50且Ri=100k对基本反相放大，则R1=100k,RF=50*100=5000k对T形网络反相放大，R1=100k,若RF1=RF4也取100k那么只要RF3取1.02k即可n2.同相输入由虚短和虚断，有又 所

18、以FInpiivvv1,且11RviRvviIFioF111)1(RRAvRRvFvfIFOFRRR/1366.4.2集成运算放大器基本输入方式u几种常用的同相放大电路(1)输入端接由分压电阻的同相放大电路 为保持电路的平衡，必须满足： 32311FOIRRvvRRR376.4.2集成运算放大器基本输入方式RRRRF132/u几种常用的同相放大电路(2)电压跟随器 在基本同相放大电路中，若令 =，或同时 =0，则有 =1，此时电路便成为电压跟随器。386.4.2集成运算放大器基本输入方式R1RFAvf反相输入电路的特点1、电路是深度电压并联负反馈电路，输入电阻（不包 括外围电阻） 0，输出电阻

19、 0；2、由于 0，反相输入端又称为虚地端；3、两输入端电位近似为零，所以无共模信号。同相输入电路的特点1、电路是深度电压串联负反馈电路，输入电阻 很高 （无穷大或为有限值），输出电阻 0；2、存在虚短，但没有虚地点， ，存在共模输入电 压（数值等于输入电压），需要较高的共模抑制比。396.4.2集成运算放大器基本输入方式RifRofuNRifRofuNuP6.5.1加法运算电路求和运算求和运算1.反相加法电路反相加法电路电压并联负反馈电路存在“虚地”和虚断。输入回路的电流之和等于反馈回路电流，因此构成加法运算。加法运算输入信号作用于同一个输入端加法运算输入信号作用于同一个输入端40（虚断）（

20、虚短）FPNiiiuu210FOIIRuRuRu2211FIIFORRRRRuRuRu/)(2122116.5.1加法运算电路41法一：利用虚短虚断法二：线性系统可使用叠加原理。从前述分析可知，该电路是线性的，即输出电压是各个输入电压造成的电流通过RF的贡献之和。首先分别求出各输入电压单独作用时的输出电压，然后将它们相加，便得到所有信号共同作用时输出电压与 输入电压的运算关系。所谓单独（独立）作用其它输入电压源被短路。6.5.1加法运算电路11111121000IfOfOIFuRRuRuRuiii同样可以求出其它两个输入单独造成的输出电压。222IfOuRRu所有输入电压共同作用时，22112

21、1IfIfOOOuRRuRRuuu各个输入电压的电压值和输入电阻各不相同，因而对输出电压的贡献也不同。6.5.1加法运算电路6.5.1加法运算电路2. 同相求和运算电路同相求和运算电路由于的存在，输入电阻变小，0，存在共模输入电压。321iii43221RuRuuRuuPPIPI4323221/RRRRRuRuRuPIIPP44RifR4uNuPuP利用虚短虚断：6.5.1加法运算电路32213221322111RuRuRRuRuRRRRuRuRRRuRRuIIFIINPFIIPFPFO456.5.2减法运算电路2I11I1323211uRRuRRRRRuuuFFooo应用叠加定理及对同相输入

22、及反相输入放大电路的分析方法进行分析：1. 差分输入减法电路差分输入减法电路1I1323121时，0uRRRRRuuFoI2I1F21时，0uRRuuoI输入端直流电阻平衡： 且令： ，）（2I1I1uuRRuFo46减法运算作用于不同的输入端的输入信号实现减法减法运算作用于不同的输入端的输入信号实现减法RRRR32F1/RR21RR3F6.5.2减法运算电路使用单个集成运放构成“加减运算电路”的缺点： 电阻的选取和调整不方便；（调整任一电阻，都要影响到其他电阻） 对每个信号源输入电阻均较小。（两个输入端的输入电阻不同）因此，必要时可采用两级电路。*左图每一级电路的输入电阻均为无穷大。47第一

23、级电路为同相比例运算电路第二级电路为加减运算电路11111IfOuRRu2321321IfOfOuRRuRRu若，则12321IIfOuuRRu和的输入电阻均为无穷大。6.5.2减法运算电路多级集成运放实现的加减运算电路48u1Iu2IRR2f1RR1f36.5.2减法运算电路2. 反相求和减法电路反相求和减法电路3111422I211I111IFoFoFFouRRuRRuuRRuRRu取： ，）（3I2I1I12uuuRRuFo49RR1F4RRR5216.5.3积分运算电路积分运算电路和微分运算电路互为逆运算。利用电容（和电阻）构成反馈回路。积分运算电路微分运算电路506.5.3积分运算电

24、路1.基本积分电路基本积分电路电压并联负反馈存在“虚地”和“虚断”。RuiiIRCCOPNCNOuuuuuuu0电容上的电压和电流之间的关系dtuRCdtiCuICO11求解到时间段的积分值时， 1211tudtuRCuOttIO积分的起始值51t1t26.5.3积分运算电路tV11mRCdtuRCdtiCuICO输入信号不同，积分运算的输出不同。当uI为常量，t=0时刻，电容上电压为0，t0时有：输出电压达到幅限时积分作用停止RCVVtmOL1526.5.3积分运算电路输入信号不同，积分运算的输出不同。 1121tuttuRCuOIO当uI为常量（阶跃信号）时，输入为方波信号输入为正弦波信号

25、正弦信号余弦信号536.5.3积分运算电路1()()CCVsIss C可使用拉氏变换进行分析可使用拉氏变换进行分析( )( )( )iPiVsVsIsR( )( )( )oPfVsVsIsR( )( )( )ifPIsIsVs sC()()()2oPNVsVsVs2()()oiVsVss R C2( )( )oivtvtd tR C2.同相输入积分电路同相输入积分电路546.5.3 积分运算电路,F1C,k10R,k100R1例6.5.1 电路如下图，设各运放为理想运放，V1 . 5V5 . 2321IIIvvv，运放的供电电源为15V，运放的 =13V ， =-13V，当 t=0时， =0V

26、55VOHVOLVC56（1）请问运放 各组成什么电路？（2）如果在t=0时刻接入输入信号和电源，求t=4.9s时各运放的输出电压。（3）在t=15.5s时，各运放的输出电压为多少？A1A46.5.3 积分运算电路VtCRvdtvCRvVvRRvRRRRRvVvvRRRRRvvvvtOOIIII9 . 411 . 0)1 (1 . 5)1 (5VV)5 . 2V5 . 213O03O14O123O332O211O（）（ A1 反相输入加法 A2 同相放大 A3 比例运算 A4 反相积分2. t=4.9s时576.5.3 积分运算电路58V5 .15tCRvdtvCR1v13Ot03O14O电路

27、仍工作在线性区显然积分电路超过积分时间限制，所以输出3. t=15.5s时， ， ， 相同V13VvOL4OV1OV2OV3O6.5.4微分运算电路积分运算电路和微分运算电路互为逆运算。利用电容（和电阻）构成反馈回路。积分运算电路微分运算电路59将积分运算电路中的电阻R和电容C的位置互换就得到了微分运算电路6.5.4微分运算电路ICNPuuuu0dtduCiiICRdtduRCRiuIRO1. 基本微分电路基本微分电路电容和电阻的位置与积分电路相反。606.5.4微分运算电路ICNPuuuu0dtduCiiICRdtduRCRiuIRO)()(1)(jVRCjjVCjRjViio616.5.5

28、对数与反对数运算电路v利用PN结伏安特性具有的指数规律，实现对数和指数运算v利用对数、指数运算和加减运算电组合，可实现乘法、除法、乘方和开方等运算。1TUuSeIi626.5.5对数与反对数运算电路SDTDUuSDIiUueIiTDlnRuiiuuIRDNP0RIuUuuSITDOln存在的问题运算关系与和有关，因而运算精度受温度的影响；二极管在电流较小时内部载流子的复合运动不可忽略电流较大时，内阻不可忽略解决办法采用三极管代替二极管1. 基本对数运算电路基本对数运算电路63UTISRuiiIRCSCTBETBEIiUuUuln, 11TBEUuSEECeIiiiRIuUuuSITBEOln2

29、. 利用三极管的对数运算电路利用三极管的对数运算电路节点方程：存在的问题存在的问题运算关系受温度影响，尤其是；输入电压较小和较大时，运算精度差。6.5.5对数与反对数运算电路64IS6.5.5对数与反对数运算电路3. 集成对数运算电路集成对数运算电路TBEUuSIICeIRuii13131lnRIuUuSITBE根据差分电路的基本原理，利用特性相同的两只晶体管进行补偿，消去Is对运算关系的影响。节点N1的电流方程为：22PNOuuuSRTBEUuSRCIIUueIIiTBEln2223122lnRIuUuuuRITBEBEN节点的电流方程为：35222ln)1 (RIuURRuuuRITONP

30、为具有正温度系数的热敏电阻，可补偿UT的温度特性。65N26.5.5对数与反对数运算电路二二. 指数运算电路（与对数运算互逆）指数运算电路（与对数运算互逆）TIUuSEReIiiReIRiuTIUuSRO注意：注意：应大于零，且只能在发射结导通电压范围内，故其变化范围很小。指数运算的精度与温度有关（，）。66u1ISUT将对数运算电路中的电阻R和三极管T的位置互换就得到了指数运算电路6.5.5对数与反对数运算电路三三.利用对数和指数运算电路实现的乘法运算电路和除法运利用对数和指数运算电路实现的乘法运算电路和除法运算电路算电路RIuUuSITO11lnRIuUuSITO22ln123122()l

31、n()IIOOOTSu uuuuUI R RIuueRIuSIIUuSOTO21367分析每种特定应用电路时起主要作用的参数： 直流运算电路中， 及其温漂 交流小信号电路中， 及 同、反相电路中， 的不同影响6.6 集成运算放大器参数对运算误差的影响将集成运放看成理想增益器件的条件：,0,vDCMRidoHRAKRRfS IBIIOVIOI实际工作时，必然有运算误差。分析这些误差可以将所得结论作为选用运放和其它元件的依据及温漂为零,vDidARHf,IBIOIOIVIC M RK686.6.1 集成运算放大器的等效模型1212()/2,2()/IBBBIOBBvdPNovdidCMRNPIOi

32、dIIIIIIAvvvA iRKivvVR696.6.2 和 为有限值引起闭环增益的误差2(0)Iif v11(+)vfvfvfFidvDidAAARRRRA R R 得到反相放大电路：1111RRARRRRRRAidvdidFFvf闭环增益的相对误差为70vdAidR 越大，反馈深度越深，误差越小。idRvdA1(0)Iif v亦可推得增益相对误差,vDidAR 及反馈系数越大，产生的误差越小211111IidvdidFFOvRRARRRRRRv同相放大电路716.6.3 共模抑制比为有限值引起闭环增益的误差 11CMRvDvKA F 和 越大，产生的运算误差越小CMRKvdACMRvdFC

33、MRFvfKARRRKRRA21112111111726.6.4 失调参数引起输出电压的误差将左图用戴维南定理和诺顿定理等效并进行分析，可得： 和 越大， 及 引起的误差电压也越大1(1/)FRRRIOVIOI 、 对 的影响可由调零电路予以补偿OVIOVIOI736.6.5 运放的开环带宽对闭环增益的影响设运放的开环增益函数只有一个极点起主导作用，则其开环电压增益函数可写成：1/vDvDHAAjff21 (/)vDvDHAAff信号频率越高，产生的误差也越大74集成运放损坏的主要原因输入信号过大，使PN结击穿电源电压极性接反或过高输出端直接接“地”或接“电源”一、输入保护防止输入差模信号幅值

34、过大防止输入共模信号幅值过大6.6.6 保护措施二、输出保护三、电源端保护6.6.6 保护措施6.7 模拟乘法器模拟乘法器的集成电路采用变跨导型变跨导型电路模拟乘法器是实现两个模拟量相乘的非线性器件， 利用它可以方便地实现乘、除、乘方和开方运算电路。YXOukuu 说明ri1和ri2ro0k常数只要有一个输入为零， 输出电压为零6.7 模拟乘法器模拟乘法器有单象限单象限二象限二象限四象限四象限6.7 模拟乘法器6.7模拟乘法器示意图二象限模拟乘法器uX可正可负，uY必须大于零四象限模拟乘法器一、乘法运算电路2IOkuu 理论上讲，可以用多个模拟乘法器串联组成uI的任意次幂的运算电路6.7 模拟

35、乘法器在运算电路中的应用实际应用中，当串联的模拟乘法器超过三个时，运算误差积累得较大。实现高次幂运算时，采用（模拟乘法器集成对数运算电路 指数运算电路）IOulnku11IOulnNkku212kNINkkIOukuku33216.7 模拟乘法器在运算电路中的应用二、除法运算电路将模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中必须保证负反馈0NPuu21ii 22211RukuRuRuOIOI2112IIOuukRRu注意k和uI1、uI2的关系6.7 模拟乘法器在运算电路中的应用三、开方运算电路212OIOkuuRRu21RuRuOI12kRuRuIO0NPuu21ii 6.7 模拟乘法器在运算电路中的

36、应用四、防止闭锁现象的平方根电路6.7 模拟乘法器在运算电路中的应用当出现 则 ，反馈极性变正，运放内部的晶体管工作到截止区或饱和区，输出电压接近电源电压，以至于即使 变得小于零，也不能回到线性区，电路不能正常工作，运放出现闭锁闭锁或称锁定现象锁定现象。0Iu 0Ou Iu五、立方根运算电路6.7 模拟乘法器在运算电路中的应用6.8 电压比较器电压比较器(简称比较器)的功能是比较两个输入电压的大小，据此决定其输出是高电平还是低电平。电压比较器的输入为模拟量，输出为开关模拟量，实际上是一位D/A转换器，可作为模拟电路与数字电路之间的接口电路。工作于开环或正反馈下的集成运放具有比较功能，也可采用单

37、片集成电压比较器。876.8.1 电压比较器基本特性电压比较器：输入两个端口电压的比较，会对应非此即彼的两个输出电压值。阈值电压（转折电压）：使从跃变为，或从跃变为的输入电压。88uouoHuoLuoLuoH6.8.1 电压比较器基本特性89描述电压传输特性的要素：输出电压高电平和低电平的数值和；阈值电压的数值；输入电压经过阈值电压时，输出电压的跃变方向，。OHVOLVthVthVIvOHVOLVOLVOHVov2 响应速度右图中 称为比较器的响应时间两个重要参数：1 灵敏度线性区边缘所对应的两个输入电压值的差值 即为比较器的灵敏度。 越小，灵敏度越高6.8.1 电压比较器基本特性IVtIV

38、越小响应速度越快越小响应速度越快t 906.8.1 电压比较器基本特性91 灵敏度标志着比较器对输入信号电压的分辨能力。为提高灵敏度，应选择开环增益大、失调与温漂小的集成运放或集成比较器构成电压比较器。6.8.1 电压比较器基本特性 限幅电路：目的：1 保护运放2 提高响应速度(a)图，限制输入电压，有效保护运放；运放工作在饱和状态和 截止状态，不经过线性区，响应速度提高(b)图电路存在负反馈，存在“虚断”“虚短”； 运放在线性区，输出电压的响应速度快。 净输入电压、电流均近似为零，从而输入级得到保护926.8.1 电压比较器基本特性 输出限幅电路：通过在比较器的输出端加一个由稳压管构成的限幅

39、电路，形成较稳定、精确的输出电平若要求比较器输出高、低电平的绝对值不等，则可选用两只特性不同的稳压管反向串联使用936.8.1 电压比较器基本特性n例6.8.1 分析下图所示电路的功能，当输入信号为正弦波时，画出波形。已知AD711为工作于线性工作区的运算放大器，AD790为电压比较器。场效应管工作于开关状态。94n解：AD790组成反相输入过零比较器，输出电平控制MOS管T，使MOS管起开关作用。 在 为正周期时，比较器输出低电平，T截止，则 在 为负周期时，比较器输出高电平，MOS管T导通，运放的同相输入端接地，则IIFIFovvRRvRRv)1 (11IIFovvRRv195VIVIn所

40、以电路实现了全波整流功能。 输出波形如图：966.8.2 单片集成电压比较器单片集成电压比较器的内部电路结构、工作原理与单片集成运放十分相近，其大部分指标与集成运放也相同集成电压比较器的特点：可直接驱动数字电路器件通常工作在开环或正反馈状态，无需相位补偿电容，大大提高了响应速度976.8.2 单片集成电压比较器98输入级工作电流较大，从而输入失调电流也较大，输入电阻较低其开环电压增益与共模抑制比一般不大高，且失调电压也大些灵敏度往往低于集成运放构成的比较器6.8.3 电压比较器的应用电路 一.单限比较器：反相输入过零比较器0thV阈值电压V0v0OHIOOLIVvVVvV工作在开环状态1.过零

41、比较器：将信号与零电平进行比较的比较器为过零比较器。若输入信号为正弦波，则其输出为方波。输入输出限幅过零比较器99反相输入过零比较器传输特性6.8.3 电压比较器的应用电路 2.一般反相输入单限比较器：100thREFVV反相输入单限电压比较器传输特性反相输入单限电压比较器6.8.3 电压比较器的应用电路 2.一般同相输入单限比较器：101同相输入单限电压比较器传输特性反相输入单限电压比较器thREFVV可用于检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。6.8.3 电压比较器的应用电路 2.一般单限比较器：只有一个门限电平的比较器，当输入电压等于此门限电平时，输出端的状态立即发生跳变。10221t

42、hREFRVVR 单限比较器传输特性121212vVNIREFRRvRRRRREFthPNRRVvV0v12Vth的极性与 有关，大小与 和电阻有关；改变跃变方向，可交换输入端。VREFVREF反相输入滞回比较器6.8.3 电压比较器的应用电路 二. 滞回比较器：滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，具有一定的抗干扰能力。103OZvV NIvv112PZRvVRR 112NPIthZRvvvVVRR zthVRRRV2111zthVRRRV2112与单限电压比较器不同的是滞回比较器的阈值电压是由输出 确定的。thVov6.8.3 电压比较器的应用电路104。时，输出跳变为增加到。直到输出仍保持