第05章集成电路运算放大器及应用.

1、第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器1第五章第五章 集成电路运集成电路运算放大器及应用算放大器及应用基本要求：基本要求：理解差动放大电路的工作原理；理解差动放大电路的工作原理；掌握运算放大器的分析方法。掌握运算放大器的分析方法。基本内容：基本内容：差动放大电路差动放大电路复合管电路复合管电路 集成运算放大器集成运算放大器集成电路运算放大器的应用集成电路运算放大器的应用第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器25. 1 差动放大电路差动放大电路 集成电路集成电路运算放大器是一种具有运算放大器是一种具有高放大倍高放大倍数数的的多级直接耦合多级直接耦合放大电路。放大电路。 当

2、多级直接耦合放大电路的输入端短路当多级直接耦合放大电路的输入端短路( ui0 )，输出端电压它并不保持恒值，而在，输出端电压它并不保持恒值，而在缓慢地、无规则地变化着，这种现象就称缓慢地、无规则地变化着，这种现象就称为为零点漂移零点漂移。 产生零点漂移的主要原因是三极管受温度产生零点漂移的主要原因是三极管受温度的影响。的影响。 抑制零点漂移有效的措施之一是抑制零点漂移有效的措施之一是采用采用差动放大电路差动放大电路。第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路3一一. 基本差动放大电路基本差动放大电路 图图中中所示是一个基本所示是一个基本差动放

3、大电路，又称为差动放大电路，又称为长尾式差动放大电路，长尾式差动放大电路，其结构特点是：其结构特点是：对称，即对称，即 Rs1=Rs2=Rs， Rc1=Rc2=Rc， 1=2=， UBEl= =UBE2= =UBE 两个输入端两个输入端u ui1i1和和u ui2i2两个输出端两个输出端u uo1o1和和u uo2o2第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路41.1.静态分析静态分析(ui1= ui2=0)对称对称IC1= =IC2= =IC，IB1= =IB2= =IB，IE1= =IE2= =IE

4、/2，UC1= =UC2= =UC 对输入电路对输入电路 RsIB+ UBE +2ReIE1= UEE 有有CeBEEEseBEEEEIRUURRUUI 2121 UE=2 2IE1Re- - UEE2 2ICRe- - UEEIBIC/ UC= UCCRcICuO= UC1 - - U C2=0 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路5抑制零点漂移的作用抑制零点漂移的作用 1）电路的对称性有效抑制了零点漂移；）电路的对称性有效抑制了零点漂移；2）RE 引入的电引入的电 流负反馈，稳定电路工作点，流

5、负反馈，稳定电路工作点，抑制单个管子的零点漂移。抑制单个管子的零点漂移。3）电源（）电源（-UEE）的作用是：）的作用是： a）对三极管）对三极管T 1、T 2 提供基极电流；提供基极电流； b）补偿）补偿I E 在在RE 上产生的直流压降，使上产生的直流压降，使UE = 0，则，则UCE = UC，输出电压有较大的变化，输出电压有较大的变化范围。范围。第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路62.动态分析动态分析 1）输入信号分类）输入信号分类 差动放大电路的输入信号可以分为两种类型：共模信号和差动

6、放大电路的输入信号可以分为两种类型：共模信号和差模信号。差模信号。 当两个输入端的信号为当两个输入端的信号为ui1-ui2uid/2时，输入方式称为时，输入方式称为差模输入。差模输入。uidui1-ui2称为差模信号。称为差模信号。 当两个输入信号为当两个输入信号为ui1ui2uic， uic称为共模信号，其输称为共模信号，其输入方式称为共模输入。入方式称为共模输入。 uic的作用与温度影响相似，所以的作用与温度影响相似，所以常常用对共模信号的抑制能力来反映电路对零漂的抑制能常常用对共模信号的抑制能力来反映电路对零漂的抑制能力。力。 当两个任意的输入信号电压当两个任意的输入信号电压ui1和和u

7、i2可以分解为差模信号和可以分解为差模信号和共模信号，共模信号， 即即 uidui1-ui2 uic=(ui1+ui2)/2 ui1uic+uid/2 ui2= uic-uid/2第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路72 2）主要技术指标的计算）主要技术指标的计算(1)(1)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 双端输入、双端输出双端输入、双端输出若电路的完全对称有，若电路的完全对称有，uic= =ui1= =ui2 ue= =ieRe=2Reie1 uoc=0 Auc= uoc/ uic=0=0 共

8、模电压放大倍数越小，说明放大电路的性能越好。共模电压放大倍数越小，说明放大电路的性能越好。 共模输入信号时的信号通路共模输入信号时的信号通路 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路8单端输出单端输出Auc1= Auc2= uoc1/ uic=-Rc/(Rs +rbe +(1+)2Re) 一般情况下，一般情况下，(1+)2Re(rbe+Rs)， 1 Auc1 = Auc2 -Rc/ 2Re Re越大，越大，ie的恒流性能越的恒流性能越好，好，Auc1越小，说明它抑越小，说明它抑制共模信号的制共模信号的

9、能力越强。能力越强。 共模输入信号时的信号通路共模输入信号时的信号通路 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路9(2)(2)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 双端输入、双端输出双端输入、双端输出 ui1= =-ui2， ie1= =-ie2 ， ie=0=0差模信号对差模信号对R Re e不起作用，不起作用，R Re e可视为短路，可视为短路，差模电压差模电压放大倍数与单边放大电路放大倍数与单边放大电路的电压放大倍数相同的电压放大倍数相同。 Aud=uo/ uid = (uo1- uo2)/ uid

10、 = uo1/ ui1= -Rc/(Rs+rbe) 当集电极当集电极c1c1、c2c2间接入负载间接入负载电阻电阻R RL L时，电压放大倍为时，电压放大倍为 Aud = -RL/(Rs+rbe) RL = Rc /（RL/2）差模信号通路差模信号通路第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路10双端输入、双端输入、单端输出单端输出 uo1 = uo /2 (同相同相 ), 或或 uo2 =- uo /2 (反相反相 )单端输出单端输出电压放大倍数只电压放大倍数只有双端输出时的一半有双端输出时的一半 。

11、Aud1= uo1/ uid =Aud /2= - - Aud2 = -Rc/2(Rs+rbe) 若从集电极若从集电极c1c1或或c2c2点与地之点与地之间接入负载电阻间接入负载电阻R RL L时时Aud1 =- -Aud2 = -RL /2(Rs+rbe)RL = Rc /RL 差模信号通路差模信号通路第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路11单单端输入端输入( (设设 ui2 =0)uid=ui1- -ui2 = ui1 uic=( (ui1+ +ui2) ) /2 = ui1 /2 一方面：若

12、电路完全对称，一方面：若电路完全对称， ui1=uic+uid/ 2uid / 2 ui2= uic-uid / 2 -uid / 2 单端输入可等效为双端输入。单端输入可等效为双端输入。另方面：若满足另方面：若满足Rer be ie =ue /Re 0 ， 则，则，uid近似地均分在两管的输入回路上近似地均分在两管的输入回路上。结论：结论：差模电压放大倍数仅与输出形式有关，双端输出，差模电压放大倍数仅与输出形式有关，双端输出，电压放大倍数电压放大倍数Aud与单边放大电路相同；单端输出，与单边放大电路相同；单端输出， Aud1 =- -Aud2 = Aud / 2 ，而输入电阻都是相同的。，而

13、输入电阻都是相同的。 差模信号通路差模信号通路第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路12(3) (3) 共模抑制共模抑制比比KCMR 为了衡量差动放大电路抑制共模信号的能力，常为了衡量差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来，其定义为用共模抑制比作为一项技术指标来，其定义为 KCMR=|Aud /Auc | 或或 KCMR=20lg |Aud /Auc| dB 若差动放大电路完全对称，双端输出时，若差动放大电路完全对称，双端输出时， KCMR=|Aud /Auc | 单端输出

14、时，单端输出时， KCMR=|Aud /Auc |= (Rs +rbe +(1+)2Re)/2 (Rs +rbe )一般有一般有 (1+)2Re(rbe+Rs)，1 ， 所以所以KCMR = Re/ (Rs +rbe )单端输出时，总输出电压为单端输出时，总输出电压为 uo1=uid Aud1+ +uic1Auc1 = uid Aud1 (1+ (1+ uic/( uid KCMR)第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路13(4) 输入电阻输入电阻差模输入电阻差模输入电阻rid 无论单、双端输入无论

15、单、双端输入 ，都有，都有uid=ui1ui2= ib1(Rs+rbe)ib2(Rs+rbe) iid = ib1= ib2 rid=uid/iid=2 (Rs+rbe) 在对称的条件下，无论在对称的条件下，无论单、双输入，单、双输入，rid是其单边差是其单边差模信号通路输入电阻的模信号通路输入电阻的2倍倍 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路14共模输入电阻共模输入电阻ricuic=ui1= =ui2 = ib1(Rs+rbe)+ +ib1(1+)2(1+)2Re iic= ib1+ ib2=2

16、ib1 ric=uic/iic =(Rs+rbe)+(1+)2(1+)2Re/2 对称的条件下，共模对称的条件下，共模输入电阻输入电阻ric是其单边共模是其单边共模信号通路输入电阻的一半。信号通路输入电阻的一半。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路/ / 基本差动放大电路基本差动放大电路15(5) 差模输出电阻差模输出电阻 差模输出电阻差模输出电阻ro是在差模信号作用下从是在差模信号作用下从RL两两端向放大器看去的等效电阻。端向放大器看去的等效电阻。因为差动放大电路由两边对称的共射极电路因为差动放大电路由两边对称的共射极电路组成，可用

17、共射极电路来分析，所以组成，可用共射极电路来分析，所以 双端输出电阻双端输出电阻r ro o=2 R=2 Rc c 单端输出电阻单端输出电阻r ro o= R= Rc c第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.1 /5.1 差动放大电路差动放大电路16二二. 恒流源差动放大电路恒流源差动放大电路 长尾式差动放大电路，长尾式差动放大电路，因有因有Re提高了共模信号提高了共模信号的抑制能力，且的抑制能力，且Re愈大，愈大，抑制能力愈强。抑制能力愈强。 若若Re增大，则增大，则Ue增大，增大，对静态有影响。对静态有影响。 为此由为此由T3构成的恒流源，构成的恒流源，输出电阻输出电阻r

18、 ro3o3取代取代Re，由由微变等效电路计算。微变等效电路计算。 oooiur 3321331ceberRRRrR / 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器175.2 复合管电路复合管电路 为获得高放大倍数，可以利用多个晶体管组成复为获得高放大倍数，可以利用多个晶体管组成复合管，以得到较大的电流放大系数。合管，以得到较大的电流放大系数。 1.1.复合管的组成形式复合管的组成形式 一般复合管由两个晶体管组成，两个晶体管的类一般复合管由两个晶体管组成，两个晶体管的类型可以相同，也可不同。型可以相同，也可不同。 组成后的复合管应满足复合起来的管子都处于导组成后的复合管应满足复合起来的

19、管子都处于导通状态的条件，即满足发射结正向偏置、集电结通状态的条件，即满足发射结正向偏置、集电结反向偏置。反向偏置。 复合管的类型与第一个晶体管的类型相同。复合管的类型与第一个晶体管的类型相同。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器18第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/5.2 /5.2 复合管电路复合管电路192.2.复合管的主要参数复合管的主要参数 复合管的主要参数是等效电流放大系效复合管的主要参数是等效电流放大系效和等效和等效输入电阻输入电阻rbe。 由上图四种接法的复合管各极电流关系可以推由上图四种接法的复合管各极电流关系可以推出：复合管的等效电流放大系数

20、是两管电流放出：复合管的等效电流放大系数是两管电流放大系数的乘积，即大系数的乘积，即12。 （a a）(b)(b)两种接法的复合管中，两种接法的复合管中，T T1 1管是共集电极管是共集电极组态，组态，而而r rbe2be2是是T T1 1管的射极电阻，所以复合管等管的射极电阻，所以复合管等效输入电阻为效输入电阻为r rbebe= r= rbe1be1 + +（1+1+）r rbe2be2，。，。 （c）(d)两种接法的复合管中两种接法的复合管中, rbe= rbe1。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器205.3 集成运算放大器集成运算放大器一一. 集成运算放大器组成集成运算

21、放大器组成 输输入入级级输输出出级级偏置电路偏置电路中中间间级级UiUo集成电路集成电路运算放大器框图运算放大器框图第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.3 / 5.3 集成运算放大器集成运算放大器21二二. 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数1开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aod 是指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反是指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压放大倍数。馈情况下的直流差模电压放大倍数。2最大输出电压最大输出电压Uop-p 最大输出电压是指在额定的电压下，集成运放的最大不最大输出电压是指在额定的电

22、压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰一峰值。失真输出电压的峰一峰值。用集成运放的传输特性曲线用集成运放的传输特性曲线表示表示Uop-p的的 影响。影响。3最大差模输入电压最大差模输入电压Uid max 所指的是集成运放的反相和所指的是集成运放的反相和 同相输入端所能承受的最大同相输入端所能承受的最大 电压值。电压值。4最大共模输入电压最大共模输入电压Uic max 这是指运放所能承受的最大这是指运放所能承受的最大 共模输入电压。共模输入电压。UoUidUOM= Uop- p/ 2- -UOM0线性区线性区第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.3 / 5.3 集成运算放大器

23、集成运算放大器22三三. 集成运算放大器的低频等效电路集成运算放大器的低频等效电路1.1.低频等效电路低频等效电路集成运放作为完整的独立集成运放作为完整的独立器件，只画出三个信号端，器件，只画出三个信号端，即即2 2个输入端，个输入端，1 1个输出端。个输出端。因为输入因为输入ui1与输出与输出uo反相，反相，所以称所以称u-端为反相输入端。端为反相输入端。而输入而输入ui2 与电压与电压uo同相，同相，所以称所以称 u+端为同相输入端。端为同相输入端。ui称为净输入电压，称为净输入电压，ii称称为净输入电流。为净输入电流。u+u- -u0ui+_- - + +A0dUid r0ii第五章第五

24、章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.3 / 5.3 集成运算放大器集成运算放大器/ / 集成运算放大器的低集成运算放大器的低频等效电路频等效电路232. 集成运算放大器的理想模型集成运算放大器的理想模型理想运算放大器的特点是：理想运算放大器的特点是：开环电压放大倍数为无穷大开环电压放大倍数为无穷大Au；输入电阻为无穷大输入电阻为无穷大ri；输出电阻为零输出电阻为零ro=0，共模抑制比无穷大共模抑制比无穷大KCMR；。；。3. 线性应用的两个重要概念线性应用的两个重要概念由于由于uo有限，如果有限，如果Au，则，则ui=u+u-0；两输入端；两输入端的电位相等，好象短接了一样，这一概

25、念称之为的电位相等，好象短接了一样，这一概念称之为“虚虚短短”。即。即u+u- 由于由于ui=0，而，而ri ，故净输入电流，故净输入电流ii 0 ，输入端好，输入端好象断开了一样，但又不是真正的断开，这一概念称之象断开了一样，但又不是真正的断开，这一概念称之为为“虚断虚断”。即。即ii0 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器245.4 集成电路运算放大器的应用集成电路运算放大器的应用 “虚短虚短” 和和“虚断虚断”的概念是分析集成运算放大器的概念是分析集成运算放大器线性应用的理论根据线性应用的理论根据。一一. 比例运算电路比例运算电路对输入信号实现比例运算的电路称比例运算电路。

26、根据对输入信号实现比例运算的电路称比例运算电路。根据输入信号端钮不同，比例运算电路可分为反相比例运算输入信号端钮不同，比例运算电路可分为反相比例运算电路和同相比例运算电路。电路和同相比例运算电路。1. 反相比例运算电路反相比例运算电路反相比例运算电路图反相比例运算电路图ii= ii - if 0, ii = ifu+= u0， u-端称为端称为“虚虚地地”。1iiRui FofRuiiFouRRu11RRuuAFioufrif=ui /ii=R1 r0=0 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 比例运算电路比例运算电路 2

27、5反相比例运算电路的反相比例运算电路的特点：特点： 存在存在“虚地虚地”，共摸输入分量近似为零。，共摸输入分量近似为零。 u0与与ui成比例关系成比例关系,相位相反相位相反,比值是比值是RF/R1与运算放大与运算放大器本身的参数无关，其精度和稳定性都很高。器本身的参数无关，其精度和稳定性都很高。 可以进行可以进行y=ax的运算，运算式中的系数的运算，运算式中的系数a0。当。当R1=Rf时，时，uo=ui，此电路称为反相器。，此电路称为反相器。 由于集成运放的开环放大倍数非常大，需要引入负反由于集成运放的开环放大倍数非常大，需要引入负反馈，且是深度负反馈。电路中引入的是并联电压负反馈，且是深度负

28、反馈。电路中引入的是并联电压负反馈。馈。 R2为平衡电阻，为保证集成运算放大器第一级差动放为平衡电阻，为保证集成运算放大器第一级差动放大电路中结构的对称性，应选择大电路中结构的对称性，应选择R2=R1/Rf。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 比例运算电路比例运算电路 262. 2. 同相比例运算电路同相比例运算电路ii=0, 有有 ii=if u-= u+=ui ,有有FofRuuiFoRuuRu11RuiiuRRuFo)(1111RRuuAFioufi1F1Fou)RR1(u)RR1(u第五章第五章 集成电路运算放

29、大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 比例运算电路比例运算电路 27同相输入运算电路同相输入运算电路特点特点：u-=u+=ui，引入共摸输入信号，要求引入共摸输入信号，要求CMRR大。大。u0与与u+成比例关系成比例关系,相位相同相位相同,比值是比值是(1+RF/R1)1与运与运算放大器本身的参数无关，其精度和稳定性都较高。算放大器本身的参数无关，其精度和稳定性都较高。当当R1或或Rf=0时，时，Auf=1，此时称为跟随器。，此时称为跟随器。同相比例运算电路可以进行同相比例运算电路可以进行y=ax的运算，且运算式中的运算，且运算式中的系数的系数a1。

30、电路中引入了电路中引入了深度串联深度串联电压负反馈，电压负反馈，故同相输入运算故同相输入运算电路的闭环输入电阻和输出电阻为电路的闭环输入电阻和输出电阻为 rif=ui/ii ， ro=0 R2为平衡电阻，为平衡电阻，R2=R1/Rf，作用与反相输入运算电路，作用与反相输入运算电路相同相同 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用 28二二. 加法运算电路加法运算电路 1. 反相加法运算电路反相加法运算电路 ii=0， u+= u- 0 i i1 + i i2 + i i3 = i fFoiiiRuRuRuRu133122111)(3

31、13212111iFiFiFouRRuRRuRRu特点：特点：只调整某一路的只调整某一路的Ri，就可改变该路的比例系数。，就可改变该路的比例系数。平衡电阻：平衡电阻：R2 = R11 / R12 / R13 / RF反相反相求和求和电路可以实现如下运算：电路可以实现如下运算： y = - -(a0 x0+ a1 x1.+an x2), an0第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 加法运算电路加法运算电路 29 2. 同相加法运算电路同相加法运算电路利用同相比例公式有：利用同相比例公式有：）（得：得：2i21i3321F1o

32、uRuRRR1RRRu221323iiiuuuRRRu）（）（2213321iiuRuRRRuRRuFo)(11)()/)(32213211RuRuRRRRiiF第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 加法运算电路加法运算电路 30特点特点：可以进行可以进行y = ( a1 x1+a2 x2 + an xn), an0若改变某一路的输入电阻，将影响输出表达式所若改变某一路的输入电阻，将影响输出表达式所有系数项，与反相有系数项，与反相求和求和电路比较，同相电路比较，同相求和求和电路电路调试比较麻烦。调试比较麻烦。引入共摸输入分

33、量，使同相引入共摸输入分量，使同相求和求和电路的应用受到电路的应用受到限制。限制。第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用 31三三. 减法运算电路减法运算电路 采用双端输入可实现减法运算。采用双端输入可实现减法运算。 因运放工作在线性区，可应因运放工作在线性区，可应用叠加原理。用叠加原理。11223211iFiFooouRRRuRRRRuuu )/)(ui1单独作用时单独作用时1i1FouRRuui2单独作用时单独作用时22321322311111RuRRRRRRuRRRuRRuiFiFFo)/)()()( 第五章第五章 集成电路

34、运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 减法运算电路减法运算电路 32特点特点： 可以进行可以进行y=a1x1a2x2的运算，故又称减法运算电的运算，故又称减法运算电路。路。 若改变某一路的输入电阻，将影响输出表达式所若改变某一路的输入电阻，将影响输出表达式所有系数项，与反相有系数项，与反相求和求和电路比较，同相电路比较，同相求和求和电路电路调试比较麻烦。调试比较麻烦。 当当: RF/R1=R3/R2 ，则则uo= RF/R1(ui2-ui1);当当: RF = R1时，时， 得：得：uo = ui2 ui1 同样存在共模输入电压，所以，影响其运

35、算精度同样存在共模输入电压，所以，影响其运算精度的因素与同相输入运算放大电路完全相同。的因素与同相输入运算放大电路完全相同。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用 33四四. 积分电路与微分电路积分电路与微分电路1. 积分电路积分电路 i1 = if ；u-=u+=0 if =ui / R1dtiCuufFco1dtuCRiF11若若ui为图中所示电压，为图中所示电压，uc(0)=0,则则t0, uo uoL 时，时，uoL0 tuotRCEEdtRCuFFo1当当uo=uoL时，积分作用停止。时，积分作用停止。第五章第五章 集

36、成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ /积分电路与微分电路积分电路与微分电路 342. 2. 微分电路微分电路 i1 = if ；u-=u+=0FofRuidtduCic11icuu FiRudtduC01dtduCRuiFo1当输入信号为一系列方当输入信号为一系列方波时，微分电路可将方波时，微分电路可将方波变成尖顶波。波变成尖顶波。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用 35五五. 测量放大器测量放大器根据根据u-=u+，ii=0，对于，对于A1、A2有有 UB=Ui1 UC

37、=Ui2 RUURUUIIIiiCB2121)()(2121iiADUURRRIU)()(12121iiADfOUUUURRU第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ /测量放大器测量放大器 36特点特点：当输入电压当输入电压Ui1、Ui2不变时，调节不变时，调节便可调整输便可调整输出电压出电压UO。此电路具有非常高的输入电阻，对被测量的影此电路具有非常高的输入电阻，对被测量的影响很小。响很小。当电路其它参数一定时，输出电压正比于当电路其它参数一定时，输出电压正比于Ui1与与Ui2的差值。的差值。第五章第五章 集成电路运算放大器集

38、成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用 37六六. 电压比较器电压比较器 电压比较器是用来判断输入电压和基准电压之间数值大小电压比较器是用来判断输入电压和基准电压之间数值大小的电路。通常由集成运算放大器组成。的电路。通常由集成运算放大器组成。 作为电压比较器时，集成运放工作在开环状态。由于其自作为电压比较器时，集成运放工作在开环状态。由于其自身的电压放大倍数很大，只要有微小的净输入电压就足以身的电压放大倍数很大，只要有微小的净输入电压就足以使集成运放处于饱和工作状态，所以它的输出只有两种可使集成运放处于饱和工作状态，所以它的输出只有两种可能：当能：当u+u-时，输

39、出高电位时，输出高电位UOH，其极性为正，数值接，其极性为正，数值接近正电源电压值；当近正电源电压值；当u+u-时，输出低电位时，输出低电位UOL，其极性，其极性为负，数值接近负电源电压值。为负，数值接近负电源电压值。 工作时，电压比较器的一个输入端输入基准电压工作时，电压比较器的一个输入端输入基准电压UB，另一，另一端则输入要与基准电压进行比较的电压端则输入要与基准电压进行比较的电压ui。电压比较器广泛应用于数字仪表、模电压比较器广泛应用于数字仪表、模/数转换、自动检测、数转换、自动检测、自动控制、波形变换等方面。自动控制、波形变换等方面。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器

40、/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 电压比较器电压比较器 381. 单门限电压比较器单门限电压比较器1）过零电压比较器过零电压比较器 u+ =UB=0，u-=ui当当ui0时，时，uo=UOH，当，当ui0时，时，uo=UOL。 设输入电压设输入电压ui=Umsint，电压，电压比较器将输入的连续变化量比较器将输入的连续变化量（模拟量）变成跃变的矩形波（模拟量）变成跃变的矩形波（数字量）输出。（数字量）输出。 从电压比较器的工作原理可以从电压比较器的工作原理可以看出，输出电压的大小仅与输看出，输出电压的大小仅与输入电压的大小有关，而与输入入电压的大小有关，而与输入电压的

41、波形无关。电压的波形无关。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 电压比较器电压比较器 392） 非零电压比较器非零电压比较器 u+ =UB，u-=ui ，当当ui UB时，时，uo=UOH，当，当ui UB时，时，uo=UOL。 单门限电压比较器具有结构简单，灵敏度高等优点。单门限电压比较器具有结构简单，灵敏度高等优点。 此类比较器设置了一个门限此类比较器设置了一个门限UB ，不管输入电压增加还，不管输入电压增加还是减小是减小,经过此门限时，电路都要产生动作，因此这类比经过此门限时，电路都要产生动作，因此这类比较器的抗干

42、扰能力差。为了克服这一缺点，实际应用中较器的抗干扰能力差。为了克服这一缺点，实际应用中常采用多门限电压比较器。常采用多门限电压比较器。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 电压比较器电压比较器 402. 迟滞比较器迟滞比较器 迟滞比较器在结构上引入了正反馈，这样迟滞比较器在结构上引入了正反馈，这样不仅加快了输出电压的翻转过程，而且还给电不仅加快了输出电压的翻转过程，而且还给电路提供了两个不同极性的参考电压，即设置两路提供了两个不同极性的参考电压，即设置两个门限值，使输入电压增加时的门限值与输入个门限值，使输入电压增加时的

43、门限值与输入电压减小时的门限值不同，电路只对某一个方电压减小时的门限值不同，电路只对某一个方向变化的电压敏感，将双向敏感改为单向敏感，向变化的电压敏感，将双向敏感改为单向敏感，产生回环，提高电路的抗干扰能力。产生回环，提高电路的抗干扰能力。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 电压比较器电压比较器 411 1）反相输入迟滞比较器）反相输入迟滞比较器 工作在非线性放大区，工作在非线性放大区，uo=UZ， u+=u-= UB=uoR2 /(R2+R3) = UZR2 /(R2+R3)= ui (门限值门限值 )。设设ui很小

44、，很小，uo输出高电位输出高电位UOH=+UZ，此时参考电位此时参考电位UB+= UZR2 /(R2+R3) ，随着随着ui增加，只要增加，只要uiUB+时，时， uo由由UoH跃变到跃变到UoL=-UZ，参考电压也跃变为，参考电压也跃变为UB-=-UZR2 /(R2+R3)，随后，只要，随后，只要ui UB- ， uo保持保持UoL=-UZ不变；不变；当当uiUB-时，时， 电路回到过程电路回到过程。当当电路电路uo发生变化时，发生变化时， u+=u-=UB所对所对应的输入电压值为门限值。应的输入电压值为门限值。第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运

45、放的应用集成运放的应用/ / 电压比较器电压比较器 422 2）同相输入迟滞比较器）同相输入迟滞比较器 u-=u+=0 ，u+=uiR3 /(R2+R3)+ UZR2 /(R2+R3) ，电路电路uo发生变发生变化时，化时， u+=u-=0，对应的输入电压，对应的输入电压门限值门限值ui= -UZR2 /R3 和和UZR2 /R3 。当当ui增加时，只要增加时，只要uiUZR2 /R3 ，u+u-=0，uo=-UZ，只有当只有当ui UZR2 /R3时，输出电压跃变为时，输出电压跃变为uo=UZ；当当ui减小时，只要减小时，只要ui- -UZR2 /R3 ， u+u-=0，uo=+UZ，只有当

46、，只有当ui- -UZR2 /R3时，输出电压跃变为时，输出电压跃变为uo=-UZ 。迟滞比较器可以提高抗干扰能力，迟滞比较器可以提高抗干扰能力，但电路灵敏度降低。但电路灵敏度降低。 第五章第五章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器/ 5.4 / 5.4 集成运放的应用集成运放的应用/ / 电压比较器电压比较器 433. 窗口比较器窗口比较器 前述比较器在前述比较器在ui单方向变化时，单方向变化时，uo仅发生一次跃变，如果仅发生一次跃变，如果需要需要ui单方向变化单方向变化uo发生两次跃变时，则需要采用窗口比较器。发生两次跃变时，则需要采用窗口比较器。 图中设高门限电压为图中设高门限电压为UH，低门，低门限电压为限电压为UL。 当