集成运放放大器基础

1、1.1集成运算放大器概述集成运算放大器概述 最初应用于模拟计算机对模拟信号进最初应用于模拟计算机对模拟信号进行加、减、微分、积分等数学运算而得行加、减、微分、积分等数学运算而得名，随着工艺水平和设计能力的提高，名，随着工艺水平和设计能力的提高，集成运放在性能和品种方面都得到迅速集成运放在性能和品种方面都得到迅速发展，已成为一种通用性很强的功能部发展，已成为一种通用性很强的功能部件，广泛应用于信息处理、自动控制、件，广泛应用于信息处理、自动控制、测量仪器及其他电子设备等领域。测量仪器及其他电子设备等领域。第一章集成运算放大器基础第一章集成运算放大器基础各类集成运放的性能特点各类集成运放的性能特点

2、一、高精度型一、高精度型性能特点：性能特点： 漂移和噪声很低，开环增益和共模抑漂移和噪声很低，开环增益和共模抑制比很高，误差小。制比很高，误差小。二、低功耗型二、低功耗型性能特点：性能特点：静态功耗一般比通用型低静态功耗一般比通用型低 1 2 个数量个数量级级( (不超过毫瓦级不超过毫瓦级) )，要求电压很低，要求电压很低，有较高的开环差模增益和共模抑制比。有较高的开环差模增益和共模抑制比。三、高阻型三、高阻型性能特点：性能特点： 通常利用场效应管组成差分输入级，输通常利用场效应管组成差分输入级，输入电阻高达入电阻高达 1012 。高阻型运放可用在测量放大器、采样高阻型运放可用在测量放大器、采

3、样-保持电路、带保持电路、带通滤波器、模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中。通滤波器、模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中。四、高速型四、高速型大信号工作状态下具有优良的频率特性，大信号工作状态下具有优良的频率特性，转换速率可达每微秒几十至几百伏，甚至转换速率可达每微秒几十至几百伏，甚至高达高达 1 000 V/ s，单位增益带宽可达，单位增益带宽可达 10 MHz，甚至几百兆欧。，甚至几百兆欧。性能特点：性能特点：常用在常用在A / D 和和 D / A 转换器、有源滤波器、高速采转换器、有源滤波器、高速采样样-保持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。保持电路、模拟乘法器和精度比较

4、器等电路中。五、高压型五、高压型性能特点：性能特点： 输出电压动态范围大，电源电压高，输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。功耗大。六、大功率型六、大功率型性能特点：性能特点：可提供较高的输出电压较大的输出电可提供较高的输出电压较大的输出电流，负载上可得到较大的输出功率。流，负载上可得到较大的输出功率。1.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号+A反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输输 出出 端端一、开环差模电压增益一、开环差模电压增益 Aod一般用对数表示，定义为一般用对数表示，定义为 UUUAlg20-Ood单位：分贝单位：分贝理想情

5、况理想情况 Aod 为无穷大；为无穷大； 实际情况实际情况 Aod 为为 100 140 dB。运算放大器的符号运算放大器的符号二、输入失调电压二、输入失调电压 UIO三、输入失调电压温漂三、输入失调电压温漂 UIO 定义：定义：为了使输出电压为零，在输入端所需要加的为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。补偿电压。一般运放：一般运放：UIO 为为 1 10 mV；高质量运放：高质量运放：UIO 为为 1 mV 以下。以下。定义：定义：TUUddIOIO 一般运放为一般运放为 每度每度 10 20 V；高质量运放低于每度高质量运放低于每度 0.5 V 以下以下；四、输入失调电流四、输入

6、失调电流 IIO五、输入失调电流温漂五、输入失调电流温漂 IIO当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流之差，即之差，即定义：定义：B2B1IOIII 一般运放为一般运放为 几十几十 一百纳安；高质量的低于一百纳安；高质量的低于 1 nA。定义：定义：TIIddIOIO 一般运放为一般运放为 每度几纳安；高质量的每度几十皮安。每度几纳安；高质量的每度几十皮安。六、输入偏置电流六、输入偏置电流 IIB七、差模输入电阻七、差模输入电阻 rid八、共模抑制比八、共模抑制比 KCMR定义：定义：输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的输出电压等于零时，两个输入端偏置电

7、流的平均值。平均值。)(21B2B1IBIII 定义：定义：IdIdidIUr 一般集成运放为几兆欧。一般集成运放为几兆欧。定义：定义：ocodCMRlg20AAK 多数集成运放在多数集成运放在 80 dB 以上，高质量的可达以上，高质量的可达 160 dB。九、最大共模输入电压九、最大共模输入电压 UIcm输入端所能承受的最大共模电压。输入端所能承受的最大共模电压。十、最大差模输入电压十、最大差模输入电压 UIdm 反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。十一、十一、 3 dB带宽带宽 fH表示表示 Aod 下降下降 3 dB 时的频率。一

8、般集成运放时的频率。一般集成运放 fH 只只有几赫至几千赫。有几赫至几千赫。十二、十二、 单位增益带宽单位增益带宽 BWGAod 降至降至 0 dB 时的频率，此时开环差模电压放大倍时的频率，此时开环差模电压放大倍数等于数等于 1 。十三、十三、 转换速率转换速率 SR 额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，输出电压的最大变化率。单位为输出电压的最大变化率。单位为 V / s 。在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集成运放的成运放的 SR 值。值。其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输其他

9、技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。出电阻等。理想运算放大器理想运算放大器理想运放的技术指标理想运放的技术指标开环差模电压增益开环差模电压增益 Aod = ；输出电阻输出电阻 ro = 0；共模抑制比共模抑制比 KCMR = ；差模输入电阻差模输入电阻 rid = ；UIO = 0、IIO = 0、 UIO = IIO = 0；输入偏置电流输入偏置电流 IIB = 0； 3 dB 带宽带宽 fH = ，等等。，等等。1.3集成运放的工作特点集成运放的工作特点输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即系，即)(odO uuAu

10、 u uOu i i+Aod理想运放工作在线性区特点：理想运放工作在线性区特点：1. 理想运放的差模输入电压等于零理想运放的差模输入电压等于零0)(odO Auuu即即 uu“虚短虚短”集成运放的电压集成运放的电压和电流和电流一是一个有源器件；二一是一个有源器件；二 具有两种工作状态具有两种工作状态2. 理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零由于由于 rid = ，两个输入端均没有电流，即，两个输入端均没有电流，即0 ii“虚断虚断”理想运放工作在非线性区时的特点理想运放工作在非线性区时的特点传输特性传输特性+UOPPuOu+ u O UOPP理想特性理想特性集成运放的传输特集成运放

11、的传输特性性理想运放工作在非线性区特点：理想运放工作在非线性区特点：当当 u+ u 时，时，uO = + UOPP当当 u+ u 时时, uO = UOPP1. uO 的值只有两种可能的值只有两种可能在非线性区内，在非线性区内，( (u+ u ) )可能很大，即可能很大，即 u+ u 。 “虚地虚地”不存在不存在2. 理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零0 ii“虚断虚断”实际运放实际运放 Aod ，当，当 u+ 与与 u 差值比较小时，仍有差值比较小时，仍有 Aod (u+ u )=UOPP，运放工作在线性区。，运放工作在线性区。例如：例如：F007 的的 Uopp = 14 V

12、，Aod 2 105 ，线性，线性区内输入电压范围区内输入电压范围V70102V 145odOPP AUuuuOu+ u O实际特性实际特性非线性区非线性区非线性区非线性区线性区线性区但线性区范围很小。但线性区范围很小。集成运放的传输特性集成运放的传输特性集成运放使用中的集成运放使用中的几个具体问题几个具体问题集成运放参数的测试集成运放参数的测试使用中可能出现的异常现象使用中可能出现的异常现象1. 不能调零不能调零调零电位器故障；调零电位器故障；电路接线有误或有虚焊；电路接线有误或有虚焊；反馈极性接错或负反馈开环；反馈极性接错或负反馈开环；集成运放内部损坏；集成运放内部损坏；重新接通即可恢复为

13、输入信号过大而重新接通即可恢复为输入信号过大而造成造成“堵塞堵塞”现象现象原因原因2. 漂移现象严重漂移现象严重存在虚焊点存在虚焊点运放产生自激振荡或受强电磁场干扰运放产生自激振荡或受强电磁场干扰集成运放靠近发热元件集成运放靠近发热元件输入回路二极管受光照射输入回路二极管受光照射调零电位器滑动端接触不良调零电位器滑动端接触不良集成运放本身损坏或质量不合格集成运放本身损坏或质量不合格原因原因3. 产生自激振荡产生自激振荡消振消振措施措施按规定部位和参数接入校正网络按规定部位和参数接入校正网络防止反馈极性接错防止反馈极性接错避免负反馈过强避免负反馈过强合理安排接线，防止杂散电容过大合理安排接线，防

14、止杂散电容过大集成运放的保护集成运放的保护1. 输入保护输入保护( (a) ) 反相输入保护反相输入保护( (b) ) 同相输入保护同相输入保护+V+AR1VD1VD2RFR VuOuI保护元件保护元件保护元件保护元件uO+AR1RFVD1VD2uI保护元件保护元件输入保护输入保护2. 电源极性错接保护电源极性错接保护保护元件：保护元件：VD1 、VD23. 输出端错接保护输出端错接保护保护元件：稳压管保护元件：稳压管 VDZ1、VDZ2+AVD1VD2+AR1VDZ1VDZ2RFuOuIR 利用稳压管保护运放利用稳压管保护运放电源接错保护电源接错保护R2 = R1 / RF由于由于“虚断虚断

15、”，i+= 0，i- = 0；由于由于“虚短虚短”， u = u+ = 0“虚地虚地”由由 iI = iF ，得，得Fo1IRuuRuu IFIofRRuuAu 反相比例运算电路反相比例运算电路由于反相输入端由于反相输入端“虚地虚地”，电路的输入电阻为，电路的输入电阻为 Rif = R1当当 R1 RF 时，时，Auf = - -1单位增益倒相器单位增益倒相器电路为电压并联负反馈电路为电压并联负反馈1.4集成运放的基本应集成运放的基本应用用同相比例运算电路同相比例运算电路R2 = R1 / RF根据根据“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点，可知的特点，可知i+ = i- - = 0；又又 u =

16、 u+ = uOF11uRRRu 所所以以IOF11uuRRR 所所以以IFIOf1RRuuAu 得：得：由于该电路为由于该电路为电压串联负反馈电压串联负反馈，所以输入电阻，所以输入电阻很高；输出电阻很低。很高；输出电阻很低。当当 RF = 0 或或 R1 = 时，时，Auf = 1电压跟随器电压跟随器差动比例运算电路差动比例运算电路差动比例运算电路差动比例运算电路11RR FFRR 在理想条件下，由于在理想条件下，由于“虚断虚断”，i+ = i = 0IF1FuRRRu OF11IF1FuRRRuRRRu 由于由于“虚短虚短”， u+ = u ，所以：，所以：IF1FOF11IF1FuRRR

17、uRRRuRRR 1FIIOfRRuuuAu 电压放大倍数电压放大倍数差 模 输 入差 模 输 入电阻电阻Rif = 2R1三种比例运算电路之比较三种比例运算电路之比较反相输入反相输入同相输入同相输入差分输入差分输入电电路路组组成成要求要求 R2 = R1 / RF要求要求 R2 = R1 / RF要求要求 R1 = R1 RF = RF电压电压放大放大倍数倍数uO与与 uI 反相，反相， 可大于、小于或等可大于、小于或等于于 1uO 与与 uI 同相，放大倍同相，放大倍数可大于或等于数可大于或等于 1RifRif = R1不高不高Rif 高高Rif = 2R1 不高不高Ro低低低低低低性能性

18、能特点特点实现反相比例运算；实现反相比例运算；电压并联负反馈；电压并联负反馈； “虚地虚地”实现同相比例运算；实现同相比例运算；电压串联负反馈；电压串联负反馈； “虚短虚短”但不但不“虚地虚地”实现差分比例运算实现差分比例运算( (减法减法) ) “虚短虚短”但不但不“虚地虚地”IFIOfRRuuAu IFIOf1RRuuAu 1FIIOfRRuuuAu ) )时时当当( ( , FF11RRRR fuA比例电路应用实例比例电路应用实例两个放大级。结构对称两个放大级。结构对称的的 A1、A2 组成第一级，互组成第一级，互相抵消漂移和失调。相抵消漂移和失调。A3 组成差分放大级，组成差分放大级，

19、将差分输入转换为单端输将差分输入转换为单端输出。出。当加入差模信号当加入差模信号 uI 时，若时，若 R2 = R3 ，则，则 R1 的中点为交的中点为交流地电位流地电位，A1、A2 的工作情况将如下页图中所示。的工作情况将如下页图中所示。三运放数据放大器原理图三运放数据放大器原理图由同相比例运放的电压由同相比例运放的电压放大倍数公式，得放大倍数公式，得1212I1O1212/1RRRRuu I112O1)21(uRRu 则则同理同理I212I213O2)21()21(uRRuRRu 所以所以I12I2I112O2O1)21()(21(uRRuuRRuu 则第一级电压则第一级电压放大倍数为：放

20、大倍数为：12Io2o121RRuuu 改变改变 R1，即可，即可调节放大倍数。调节放大倍数。R1 开路时，得开路时，得到到单位增益单位增益。A3 为差分比例放大电路。为差分比例放大电路。当当 R4 = R5 ，R6 = R7 时，得第时，得第二级的电压放大倍数为二级的电压放大倍数为46O2O1ORRuuu 所以所以总的电压放大倍数总的电压放大倍数为为)21(1246Io2o1o2o1oIoRRRRuuuuuuuuAu 求和电路求和电路求和电路的输出量反映多个模拟输入量相加的结果。求和电路的输出量反映多个模拟输入量相加的结果。反相输入求和电路反相输入求和电路F321/RRRRR 由于由于“虚断

21、虚断”，i = 0所以：所以：i1 + i2 + i3 = iF又因又因“虚地虚地”，u = 0所以：所以：FO3I32I21I1RuRuRuRu )(I33FI22FI11FOuRRuRRuRRu 当当 R1 = R2 = R3 = R 时，时，)(I3I2I11FOuuuRRu 同相输入求和电路同相输入求和电路由于由于“虚断虚断”，i = 0，所以：，所以：RuRuuRuuRuu 3I32I21I1解得：解得：I33I22I11uRRuRRuRRu 其中：其中：RRRRR /321)(1 ()1 (I33I22I111F1FOuRRuRRuRRRRuRRu积分和微分电路积分和微分电路积分电

22、路积分电路RR 由于由于“虚地虚地”，u = 0，故，故uO = uC由于由于“虚断虚断”，iI = iC ，故，故uI = = iIR = iCR得：得：)0(d1)0(d1IOCCCCutuRCutiCuu = RC积分时间常数积分时间常数积分电路的输入、输出波形积分电路的输入、输出波形( (一一) )输入电压为矩形波输入电压为矩形波t0t1tuIOtuOOUI)(d10IIOttRCUtuRCu 当当 t t0 时，时，uI = 0， uO = 0；当当 t0 t1 时，时， uI = 0，uo 保持保持 t = t1 时的输出电压值不变。时的输出电压值不变。即输出电压随时间而向负方向直

23、线增长。即输出电压随时间而向负方向直线增长。 ( (二二) )输入电压为正弦波输入电压为正弦波tUu sinmI tRCUttURCu cosdsin1mmO tuOORCU m可见，输出电压的相位比输入电压的相位领先可见，输出电压的相位比输入电压的相位领先 90 。因此，此时积分电路的作用是移相。因此，此时积分电路的作用是移相。 tuIOUm 2 3微分电路微分电路基本微分电路基本微分电路由于由于“虚断虚断”，i = 0，故，故iC = = iR又由于又由于“虚地虚地”， u+ = = u- - = 0= 0 ，故，故tuRCRiRiuCRddCO可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。可

24、见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。微分电路的作用：实现波形变换。微分电路的作用：实现波形变换。对数和指数运算电路对数和指数运算电路一、对数运算电路一、对数运算电路由二极管方程知由二极管方程知)1e (DSD TUuIi当当 uD UT 时，时，TUuIiDeSD 或：或：SDDlnIiUuT 利用利用“虚地虚地”原理，可得：原理，可得：RIuUIiUIiUuuTRTTSISSDDOlnlnln 用三极管代替二极管可获得较大的工作范围。用三极管代替二极管可获得较大的工作范围。1.采用二极管和三极管的对数运算电路采用二极管和三极管的对数运算电路二、指数运算电路二、指数运算电路当当 uI 0

25、时，根据时，根据集成运放反相输入端集成运放反相输入端“虚地虚地”及及“虚断虚断”的的特点，可得：特点，可得：TTUuUuIIiIBEeeSSI 所以：所以：TUuRRIRiRiuIeSIO 可见，输出电压正比于输入电压的指数。可见，输出电压正比于输入电压的指数。1.基本电路基本电路利用对数和指数电路实现的乘除电路利用对数和指数电路实现的乘除电路乘法电路的输出电压正比于其两个输入电压的乘积，即乘法电路的输出电压正比于其两个输入电压的乘积，即uo = uI1uI2求对数，得：求对数，得：I2I1I2I1Olnln)ln(lnuuuuu 再求指数，得：再求指数，得：I2I1lnlnOI2I1euuu

26、uu所以利用对数电路、求和电路和指数电路，可得乘法所以利用对数电路、求和电路和指数电路，可得乘法电路的方块图：电路的方块图：对数电路对数电路对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2求和求和电路电路lnuI1+ lnuI2指数电路指数电路uO = uI1uI2同理：同理：除法电路的输出电压正比于其两个输入电压除法电路的输出电压正比于其两个输入电压相除所得的商，即：相除所得的商，即：I2I1Ouuu 求对数，得：求对数，得：I2I1I2I1Olnlnlnlnuuuuu 再求指数，得：再求指数，得：I2I1lnlnOeuuu 所以只需将乘法电路中的求和电路改为减法电路即所以只需将乘法电路中的

27、求和电路改为减法电路即可得到除法电路的方块图：可得到除法电路的方块图：对数电路对数电路对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2减法减法电路电路lnuI1- - lnuI2指数电路指数电路I2I1Ouuu 模拟乘法器及其在运算电路中的应用模拟乘法器及其在运算电路中的应用模拟乘法器可用来实现乘、除、乘方和开方运算电路模拟乘法器可用来实现乘、除、乘方和开方运算电路在电子系统之中用于进行模拟信号的处理。在电子系统之中用于进行模拟信号的处理。模拟乘法器简介模拟乘法器简介输出电压正比于两个输输出电压正比于两个输入电压之积入电压之积uo = KuI1uI2uI1uI2uO模拟乘法器符号模拟乘法器符号

28、比例系数比例系数 K 为正值为正值同相乘法器；同相乘法器；比例系数比例系数 K 为负值为负值反相乘法器。反相乘法器。模拟乘法器有模拟乘法器有单象限、两象限和四象限单象限、两象限和四象限。变跨导式模拟乘法器的原理：变跨导式模拟乘法器的原理：一、恒流源式差动放大电路一、恒流源式差动放大电路I1becOurRu EQbbbe)1(IUrrT 当当 IEQ 较小、电路参数对称时，较小、电路参数对称时，II21EQ 所以：所以：IUrT)1(2be IuURIuURuTTI1cI1cO2)1 (2结论：输出电压正比于输入电压结论：输出电压正比于输入电压 uI1 与恒流源电流与恒流源电流 I 的乘积。的乘

29、积。输出电压为：输出电压为：设想设想：使恒流源电流：使恒流源电流 I 与另一个输入电压与另一个输入电压 uI2 成正比，成正比，则则 uO 正比于正比于 uI1 与与 uI2 的乘积。的乘积。当当 uI2 uBE3 时，时，eI2eBE3I2RuRuuI I2I1I2I1ecO2uKuuuURRuT 二、可控恒流源差分放大电路的乘法特性二、可控恒流源差分放大电路的乘法特性u uI1I1可正可负，但可正可负，但u uI2I2必必须大于零。故右须大于零。故右图为两图为两象限模拟乘法器象限模拟乘法器两象限模拟两象限模拟乘法器乘法器模拟乘法器在运算电路中的应用模拟乘法器在运算电路中的应用一、乘方运算电

30、路一、乘方运算电路2OIKuu uIuO平方运算电路平方运算电路利用利用反函数型运算电路反函数型运算电路的基本原理，将模拟乘法的基本原理，将模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中，便可构成除法运器放在集成运放的反馈通路中，便可构成除法运算电路。算电路。OI2O1uKuu 因为因为 i1 = i2 ，所以：，所以：OI222O11I1uuRKRuRu 则：则：2I1I12OuuKRRu 二、除法运算电路二、除法运算电路除法运算电路除法运算电路三、开方运算电路三、开方运算电路利用乘方运算电路作为集成运放的反馈通路，就可利用乘方运算电路作为集成运放的反馈通路，就可构成开方运算电路。构成开方运算电路。防止

31、闭锁的平方根电路防止闭锁的平方根电路I-U 变换：变换：变换：4231RRRR当当 时，有时，有2/ RuiILIU 电平移位电路：电平移位电路：峰值检波：峰值检波：精密半波整流：精密半波整流：非正弦波发生电路非正弦波发生电路 矩形波发生电路矩形波发生电路一、电路组成一、电路组成RC 充放电充放电回路回路滞回滞回比较器比较器滞回比较器：集成运放、滞回比较器：集成运放、R1、R2；充放电回路：充放电回路：R、C；钳位电路：钳位电路：VDZ、R3。二、工作原理二、工作原理设设 t = 0 时，时，uC = = 0，uO = + UZ则则Z211URRRu tOuCZ211URRR Z211URRR

32、 OuOZU ZU tu+u 当当 u = uC = u+ 时，时，t1t2Z211URRRu 则则当当 u = uC = u+ 时，输出又时，输出又一次跳变，一次跳变， uO = + UZ输出跳变，输出跳变， uO = UZ2T2T三、振荡周期三、振荡周期电容的充放电规律：电容的充放电规律： )(e)()0()( CtCCCuuutu 对于放电，对于放电，Z211)0(URRRuC Z)(UuC RC 解得：解得：)21ln(221RRRCT 结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电结论：改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期。矩形波的幅度与阻，即可改变振荡周期。

33、矩形波的幅度与R1、R2和和UZ有关。有关。t1t22T2TtOuCZ211URRR Z211URRR OuOZU ZU tt3四、占空比可调的矩形波发生电路四、占空比可调的矩形波发生电路使电容的充、放电时间常数不使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。占空比可调。tOuCuOtOT1T2T充电时间充电时间 T1放电时间放电时间 T2)21ln()(221W1RRCRRT )21ln()(221W2RRCRRT 占空比占空比 DWW12RRRRTTD 一、电路组成一、电路组成三角波发生电路三角波发生电路二、工作原理二、工作原理OuO1Z

34、U ZU tOuOomU omU t当当 u+ = u = 0 时，滞回时，滞回比较器的输出发生跳变。比较器的输出发生跳变。o2121o211uRRRuRRRuA1 滞回比较器滞回比较器A2 反向积分电路反向积分电路设设 t = 0 时，时，uO1 = + UZ uC = = 0三、输出幅度和振荡周期三、输出幅度和振荡周期Z21omURRU 解得三角波的解得三角波的输出幅度输出幅度当当 u+ = u = 0 时，时，uO1 跳变为跳变为 - -UZ， uO 达到最大值达到最大值 Uom 。振荡周期振荡周期241Zom444RCRRUCURT OuOomU omU t锯齿波发生电路锯齿波发生电路

35、一、电路组成一、电路组成OuO1ZU ZU tOuOomU omU tT1T2T二、输出幅度和振荡周期二、输出幅度和振荡周期Z21omURRU 2W112RCRRT 2W122RCRRT 2W1212RCRRTTT 在三角波的基础上，将积分电在三角波的基础上，将积分电容的充电、放电时间常数变为容的充电、放电时间常数变为相差悬殊则可。相差悬殊则可。电压比较器电压比较器电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。进行比较，输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。比较器中的集成运放一般工作在比较器中的集成运

36、放一般工作在非线性区非线性区；处于开；处于开环状态或引入正反馈。环状态或引入正反馈。分类：过零比较器、单限比较器、滞回比较器及双分类：过零比较器、单限比较器、滞回比较器及双限比较器。限比较器。附：理想运放的非线性工作区附：理想运放的非线性工作区+UOPPuOu+ u O UOPP理想特性理想特性集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性理想运放工作在非线性区特点：理想运放工作在非线性区特点：当当 u+ u-时，时，uO = + UOPP当当 u+ u 时时, uO = UOPP1. uO 的值只有两种可能的值只有两种可能在非线性区内，在非线性区内，( (u+ u ) )可能很大，即可能很大，

37、即 u+ u 。 “虚地虚地”不存在不存在2. 理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零0_ii过零比较器过零比较器简单的过零比较器简单的过零比较器由于理想运放的开环差模由于理想运放的开环差模增益为无穷大，所以增益为无穷大，所以当当 uI 0 时，时，uO = - - UOPP ；过零比较器的过零比较器的传输特性传输特性为：为：uIuO+UOpp- -UOppOUOPP 为集成运放的最大输出电压。为集成运放的最大输出电压。阈值电压阈值电压：当比较器的输出电压由一种状态跳变为当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。另一种状态所对应的输入电压。利用稳压管限幅的过零比较

38、器利用稳压管限幅的过零比较器(一一)设任何一个稳压管被反向设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压管两端总的击穿时，两个稳压管两端总的的稳定电压为的稳定电压为 UZ UOppuIuO+UOpp - -UOppO+UZ- -UZ当当 uI 0 时，右边的稳压管时，右边的稳压管被反向击穿，被反向击穿，uO = - - UZ ；利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器(二二)电路图电路图传输特性传输特性uIuO+UOpp - -UOppO+UZ- -UZ问题：如将输入信号加在问题：如将输入信号加在“+”端，传输特性如何？端，传输特性如何？单限比较器单限比较器 单限比较器有一个门限电平，单限

39、比较器有一个门限电平，当输入电压等于此门限电平时，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。输出端的状态立即发生跳变。 当输入电压当输入电压 uI 变化，使反相输变化，使反相输入端的电位为零时，输出端的状入端的电位为零时，输出端的状态将发生跳变。态将发生跳变。uIuO+UOpp- -UOppO+UZ- -UZREF21URR 过零比较器是门限电平为零的过零比较器是门限电平为零的单限比较器。单限比较器。如何求如何求门限电平？门限电平？REF21TURRuUI门限电平门限电平为：为：单限比较器的单限比较器的作用作用：检测输入的模拟信号是否达到：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。某

40、一给定电平。缺点缺点：抗干扰能力差。：抗干扰能力差。解决办法解决办法： 采用具有采用具有滞回滞回 传输特性的比较器。传输特性的比较器。滞回比较器滞回比较器UREF 为参考电压；为参考电压；输出电压输出电压 uO 为为 +UZ 或或 - -UZ；uI 为输入电压。为输入电压。当当 u+ = u- - 时，输出电压时，输出电压的状态发生跳变。的状态发生跳变。OF22REFF2FuRRRURRRu 比较器有两个不同的门限电平，比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。故传输特性呈滞回形状。 +UZuIuO - -UZOUT- -UT+ +滞回比较器滞回比较器若若 uO= UZ ，当，当 uI 逐渐减小时，使逐渐减小时，使 uO 由由 UZ 跳跳变为变为 UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT ZF22REFF2FTURRRURRRU 回差回差( (门限宽度门限宽度) ) UT ：ZF22TTT2URRRUUU 若若 uO = UZ ，当，当 uI 逐渐增大时，使逐渐增大时，使 uO 由由 + +UZ 跳变跳变为为