第4单元集成运算放大器

第4单元集成运算放大器第一部分任务导入•图4-1所示是一种由集成运算放大器构成的交流电源过压与欠压保护电路。•该电路非常适用于电气设备需要进行过压与欠压保护的场合，如电冰箱等。•电路中的LM324就是一种内含4只运算放大器得集成电路。图4-1集成运算放大器构成的交流电源过压与欠压保护电路•图4-2所示是一种多功能逻辑状态测试显示电路。•该电路适用于检测高阻、低频脉冲、高频脉冲等，可以制成逻辑测量仪器供日常工作中测量逻辑电平使用。图4-2多功能逻辑状态测试显示电路第二部分相关知识集成运算放大器基本知识4.1基本集成运算放大器典型应用电路4.2集成运算放大器信号运算电路4.34.1集成运算放大器基本知识

4.1.1集成运算放大器的类型1．通用型•通用型有通用1型（低增益），通用2型（中增益），通用3型（高增益）3类。2．特殊型•特殊型有高精度型、高阻抗型、高速型、高压型、低功耗型及大功率型等。•通用型集成运放的指标比较均衡全面，适用于一般电路；特殊型集成运放的指标大多数有一项指标非常突出，是为满足某些专用的电路需要而设计的。4.1.2集成运算放大器的基本结构•集成运算放大器是一种高增益、高输入阻抗的直接耦合放大器，通常由输入级、中间放大级和输出级3个基本部分构成。•其典型电路如图4-3所示。图4-3集成运算放大器的典型电路1．输入级

（1）同相输入端•信号若从这一端输入，在输出端可得到与输入端极性相同的同相信号。（2）反相输入端

•信号若从这一端输入，在输出端可得到与输入端极性相反的反相信号。•信号可根据需要从某一端输入，也可同时从两个端子作差分输入。•输入级是集成运放组成的关键部分，对它的要求是高增益，大共模抑制比，高输入阻抗和允许较大范围的信号输入。2．中间级•中间级除了起放大作用外，还必须完成直流电平位移，使运算放大器输入为零时，输出电平亦为零。•因为在集成运算放大器中，放大级之间都采用直接耦合方式，而直接耦合放大器中，后级的基极输入直流电平就是前极集电极输出直流电平。•因NPN管的集电极电位总比基极电位高，经过逐级递增的结果，输出直流电平不断升高，就不能满足在零输入时对应的输出电平为零的要求。•为解决这一问题，通常采用在极间插入PNP管来实现直流电平位移。•中间级也称为中间增益级，对该级的一般要求，除了要有足够高的增益以外，还常需要有电平（电平是表示电学量电压、电流、电功率等相对大小的参数）位移和双端变单端的电路。3．输出级•对输出级的一般要求是：要有较大的额定输出电压或电流，要有较低的输出电阻，以适应不同负载的要求。•由于射极输出器具有输入电阻高、输出电阻低、电流增益大和电压跟踪性好的特点，所以最适合做集成运算放大器的输出级，有的为了进一步减小输入电阻，提高带负载的能力，射极输出器还常用复合管。•另外，为了使射极输出器的电压放大倍数尽量接近于1，同时利用集成电路工艺上的特点，射极输出器发射极电阻常用恒流源电路来代替。4.1.3集成运算放大器的符号•集成运算放大器符号及电压放大特性曲线如图4-4所示，集成运算放大器的符号如图4-4（a）所示，用一个三角形来表示，反相输入端用“−”号表示，同相输入端用“+”号表示，三角形顶端是输出端。•集成运算放大器还有一个正电源端和一个负电源端。•此外，大多数产品还有调零端，频率补偿端和偏置等辅助引出端，在图4-4（a）中未画出。•不同的运算放大器，引脚的编号也不同，使用时应查产品说明书。图4-4集成运算放大器的符号及电压放大特性曲线4.1.4集成运算放大器的基本特性

•由于运算放大器的输入级是差分放大器，而它的中间级和末级只是把差分放大器输出的信号进行放大，故它的输入、输出电压的关系和差分放大器相同，即

uo

=

K(u2−u1)式中u2—运算放大器同相信号输入端电压；

u1—运算放大器反相信号输入端电压。•由此可见，输出电压uo和同相输入端电压u2及反相输入端电压u1之差成正比。•

K为比例系数，就是电压放大倍数。•其电压放大特性还可用图4-4（b）的曲线来表示。•图4-4（b）表明，只有在线性放大区内，才能使

Uo

=

KUi

(Ui

=

U2−U1)•当输入差分信号Ui较大时，由于受电源电压的限制，输出电压Uo接近电源电压后不能再进一步增加，放大器便进入饱和区。

4.1.5集成运算放大器的适用场合•在电子电路中，运算放大器常有以下3种应用：信号的线性放大器；信号电压的比较器；信号的数字运算器。•集成运算放大器产品已经形成一个庞大的家族，有适用于各种特殊场合的品种，如一般应用可选通用型；信号频率高的可选高速型；微弱信号可选高阻低噪型；电池供电设备可选低功耗型；用于测量仪器的可选高精度型等。•选用集成运放时，应先根据使用特点确定运算放大器的指标（差模电压放大倍数、输入电阻，共模抑制比、失调电压温漂、失调电流温漂、最大共模电压及最大差模电压等），再根据主要指标，从IC手册中选取相应的型号。4.1.6集成运算放大器的封装与引脚功能

•集成运算放大器的封装形式大多采用双列直插与金属圆壳2种。1．金属圆壳封装•金属圆壳封装的运算放大器的识别方法如图4-5所示。图4-5金属圆壳封装运算放大器的识别方法（1）金属圆壳单运放集成电路•金属圆壳单运放集成电路引脚排列方法如图4-5（a）与图4-5（b）所示，采用国际上通用的俯（顶）视排列（逆时针排列），也就是从顶部往下看，由定位标记所对应的管脚按逆时针方向数。（2）金属圆壳双运放集成电路•金属圆壳双运放集成电路引脚排列方式如图4-5（c）所示，也采用国际上通用的俯（顶）式排列（逆时针排列），也就是从顶部往下看，由定位标记所对应的管脚按逆时针方向数①→②→…→⑧脚。2．双列式封装•常见的采用双列式封装的几种运算放大器的引脚排列方式如图4-7所示。图4-7双列式封装运算放大器的引脚排列方式（1）双列封装单运放集成电路•双列封装单运算放大器引脚排列方式如图4-7（a）所示，采用国标上通用的俯（顶）式排列（逆时针排列），也是从顶部往下看，由定位标记（小黑圆点）所对应的管脚为引脚①，然后按逆时针方向数。（2）双列封装双运放集成电路•双列8脚封装双运放集成电路引列排列方式如图4-7（b）所示，采用国际上通用的俯（顶）式排列（逆时针排列），也是从顶部往下看，由定位标记（小黑圆点）所对应的管脚为引脚①，然后按逆时针方向数。（3）双列封装四运放集成电路•双列14脚封装集成电路引脚排列方式如图4-7（c）所示，采用国标上通用的俯（顶）式排列（逆时针排列），也就是从顶部往下看，由定位标记（小黑圆点）所对应的管脚为引脚①，然后按逆时针方向数。4.1.7集成运算放大器的主要参数

1．开环特性参数（1）开环电压放大倍数Ao•在没有外接反馈电路且输出端开路时，在输入端加一个低频小信号电压，此时所测出的输出电压复振幅与差动输入电压复振幅之比值，称为开环电压放大倍数。•

Ao越高越稳定，所构成运算电路的运算精度也越高。（2）差分输入电阻ri

•差分输入电阻ri是运算放大器的主要技术指标之一。•它是指在室温下开环运算放大器2个输入端之间的差模输入电压变化量Ui与由它所引起的差模输入电流变化量Ii之比。•一般在10k～3M之间，高的可达1

000M以上。•在大多数情况下，总是希望集成运放的开环输入电阻大一些。（3）输出电阻ro

•在没有外加反馈的情况下，集成运放在室温下的输出电压变化与输出电流变化之比。•它实际上就是开环状态下集成运放输出级的输出电阻，其大小反映了放大器带负载的能力。•

ro通常越小越好，典型值一般在几十到几百欧姆。（4）共模输入电阻ric

•开环状态下，两差分输入端分别对地端呈现的等效电阻，称为共模输入电阻。（5）开环频率特性•开环频率特性是指在开环状态下，输出电压下降3dB所对应的通频带宽，也称为开环−3dB带宽。2．输入失调特性（1）输入失调电压Uos•

Uos就是在室温（25℃）及标称电源电压下，当输入电压为零时，集成运放的输出电压U0折合到输入端的数值，即

Uos

=

U0/Ao•失调电压的大小反映了差动输入级元件的失配程度。•当集成运放的输入端外接电阻比较小时，失调电压及其漂移是引起运算误差的主要原因之一。•

Uos一般在mV级，显然它越小越好。（2）差模输入电压范围UIDR

•差模输入电压范围是指在差分放大电路的两个输入端上所加的两个对地的输入信号之差。（3）共模电压范围Uicm•运算放大器对共模信号具有抑制的性能，但这个性能是在规定的共模电压范围内才具备。•如超出这个电压范围，运算放大器的共模抑制性能就大为下降，甚至造成器件损坏。（4）输入失调电流Ios•在常温下，当输入信号为零时，放大器两个输入端的基极偏置电流之差称为输入失调电流，即

Ios

=

IB−−IB+•式中IB−、IB+—放大器内2个输入端晶体管的基极电流；

Ios—般在零点几微安到零点零几微安数量级，其值越小越好。•失调电流的大小反映了差动输入级2个晶体管值的失配程度，当集成运放的输入端外接电阻比较大时，失调电流及其漂移将是运算误差的主要原因。（5）输入失调电流温漂dIos•温度波动对运算放大器的参数是有影响的。•如温度变化时，不仅能使集成运放两输入晶体管的基极偏置电流IB+、IB−发生变化，而且两者的变化率也不相同，也就是输入失调电流Ios将随温度变化而变化，不能保持为常数。•图4-8是一个典型集成运放的Ios随温度变化的关系曲线。•从该曲线中可看出，温度低时，Ios大；温度高时，Ios小。图4-8典型集成运入Ios随温度变化的曲线•为了说明失调电流Ios随温度变化的情况，就要用到输入失调电流温漂（dIos）这一指标。•其意义是：温度每变化1℃时，Ios将产生多大的变化。

•例如：在图4-8中A点处

dIos

=

Ios/T℃•显然，这就是该点在曲线上的斜率。•由于曲线各点的斜率不同，因此从工程应用角度出发，Ios可以定义为在规定的温度范围内，Ios随温度变化的关系曲线的平均斜率。•一般常用的集成运放的dIos的指标如下。•

通用Ⅰ型低增益运放。在

+

25～+

85℃范围约为5～20nA/℃，−40～+

25℃范围约为20～50nA/℃。•通用Ⅱ型中增益运放。•

dIos约为5～20nA/℃。•

低漂移运放。dIos约为100pA/℃。（6）输入失调电压温漂dUos

•在规定的工作温度范围内，Uos随温度的平均变化率，即dUos

=

Uos/T，一般为1～50V/℃，高质量的低于0.5V/℃。•由于该指标不像Uos可以通过调零进行补偿，因此更为重要。（7）输入偏置电流IB•IB为常温（25℃）下，输入信号为零时，两个输入端的基极偏置电流的平均值。•即•通常，IB在10nA～1A的范围内，在放大器差动输入级的集电极静态电流一定的情况下，输入偏置电流的大小直接反映了输入级晶体管的值。•输入偏置电流越小，输入失调电流也越小，同时放大器的输入电阻也越高。3．输出特性（1）输出电压的最大不失真范围UOP-P•输出电压的最大不失真范围是指运算放大器在额定电源电压和额定负载下，不出现明显削波失真时所得到的最大峰值输出电压（也称为最大输出电压、输出电压摆幅、输出电压动态范围）。•一般常规运放的UOP-P指标约比正、负电源电压各小2～3V。（2）输出电流的最大不失真值范围IOP-P

•输出电流的最大不失真范围是指运算放大器在额定电压和额定负载下，不出现明显削波失真时所得到的最大峰值输出电流（也称为最大输出电流、输出电流摆幅、输出电流动态范围）。4．共模特性

（1）共模抑制比CMRR•要了解共模抑制比，应先了解什么是共模信号，以及它与差模信号有什么不同。•把放大器的输入信号分为差模信号与共模信号，这只是针对有2个输入端的差分放大器以及输入级均由各种形式的差分电路所组成的运算放大器而言的。•图4-9所示为差模与共模信号电路（也可以理解成是运算放大器的输入级电路）。图4-9差模与共模信号电路（2）差模信号•如图4-9（a）所示，当2个大小相等，极性相反的直流信号Ui+

=

10mV、Ui−

=

−10mV，或是一对幅值相等而相位相反的交流信号如Ui+

=

10mVsin(

t)、Ui−

=

−10mVsin（

t

+

）被加到该电路的2个输入端时，这种成对出现、但对差分电路两边晶体管作用相反（使一边晶体管注入电流Ib增大，而另一边Ib减小）的信号就被称为差模输入信号或差动输入信号，这是需要加以放大的有用信号。（3）共模信号•如图4-9（b）所示，对在运算放大器或差分电路两输入端上出现的、不仅大小相等，而且极性或相位也完全相同的信号称为共模输入信号。•在运放或差分电路中，共模信号是应该加以抑制的无用信号。•共模抑制比是全面衡量集成运放差动输入级各参数对称程度的标志，十分重要。•其定义式为

•式中AVD——差模电压增益；

AVC——共模电压增益。•由此可见，运算放大器的差模增益AVD越高，共模增益AVC越低，共模抑制比CMRR的数值就越大。•共模抑制比CMRR越大，运算放大器对温度影响的抑制能力也就越强。•因此，不论运放是否工作在有、无共模信号的情况，CMRR指标总是越大越好。•集成运放的共模抑制比通常是很高的。•国产运放的共模抑制比指标如表4-7所示。（4）共模电压范围UCP−P

•运放电路所能承受的最大输入共模电压，称为共模电压范围。•超过这个电压，运放电路的共模抑制比将显著下降。•例如用集成运放构成电压跟随器电路时，其共模电压范围是指输出端产生1%跟随误差时，输入共模电压的幅度值。（5）转换速率SR•当运放输入信号是一个幅度较大的阶跃电压时，输出电压并非是阶跃变化的（注：如果Ui为脉冲信号，其宽度比转换时间大得多，也可近似认为Uo是阶跃变化的），集成运放的大幅度阶跃响应曲线如图4-10所示。

图4-10集成运放的大幅度阶跃响应曲线•这是由于在运放电路中存在寄生电路和外接的相位校正电容器，而且各级的工作电流对这些电容器的充电能力也有限度，致使输出不能响应输入的变化。•集成运放这种对大幅度阶跃信号的适应能力，通常以转换速率来衡量，它定义为输出电压暂态特性线性区的斜率（最大斜率），即•通用集成运放的SR值约为1V/µs，高速运放可达100V/µs。5．电源特性（1）静态功耗PE•静态功耗是在不接负载，且输入信号为零时，运算放大器本身所消耗的总功率。•典型值为几十至几百毫瓦，专用的低功耗运放均为几毫瓦。（2）电源电压抑制比PSRR

•电源电压抑制比PSRR是指由电源电压变化产生的输入失调电压变化值对电源电压变化值之比。6．运算放大器技术指标归纳说明•组成集成运放电路的各部分，对以上各技术指标有不同程度的影响，有的技术指标直接取决于其中某一部分电路的性能。•例如集成运放的输入电阻、共模抑制比等参数取决于输入差动级的性能，而额定输出电压、开环输出电阻取决于输出级的性能，输入误差量的各技术指标，与各组成部分的输入误差量有关，但越靠近输入端的组成部分，对集成运放输入误差的影响也越大。•图4-11所示为多级输入失调电压示意图。图4-11多级输入失调电压示意图•若输入级、中间增益级和输出级产生的输入失调电压分别为Uos1，Uos2，Uos3，则总输入失调电压为•式中A1、A2——分别为输入级和中间级的电压增益。•上式表明，当输入级的增益A1足够大时，Uos近似等于Uos1，整个集成运算放大器的输入失调电压几乎取决于输入级的输入失调电压。•其他误差量与此类似，不再赘述。•由此可见，集成运放的输入误差主要取决于输入级的性能。•至于中间级的性能，主要影响开环增益和开环频率响应。•中间级的级数及其频率响应，直接影响集成运放闭环工作的稳定性及相位补偿的措施。•偏置电路的性能好坏将直接影响到各组成部分的性能。•各组成部分的性能均影响集成运放的性能，但就其重要性而言，输入级差动放大器是集成运放的关键部分，故在选用集成运放时，要根据它们的参数说明，确定适合用的型号。4.2基本集成运算放大器典型应用电路

4.2.1反相放大器电路•图4-12是一个基本的反相放大器典型应用电路（图中没有画出正、负电源引出脚，以下均同）。•其输入电压Ui通过R1加到运算放大器反相信号输入端①，其同相信号输入端②接地，而输出电压Uo通过电阻器Rf又反馈到反相输入端①。图4-12反相放大器典型应用电路1．理想放大器分析•设图4-12所示放大器是理想的，则有I1

=

0，U1

=

U2。•由于Ii

=

I1

+

If，而I1

=

0，所以Ii

=

If。•又由于U1

=

U2，而U2接地，故U1

=

U2

=

0V，于是可以得出下面的式子。•公式（4-2-1）就是该电路的电压放大倍数，其中负号表示输出电压Uo与输入电压Ui相位相反，故称为反相放大器。•从公式（4-2-1）中可看出，该电路的电压放大倍数只取决于电阻值Rf与R1之比，而与运算放大器本身的放大倍数K无关。•只要改变Rf与R1的比值，就可以获得大于1或小于1的电压放大倍数，具有很大的灵活性，因此该电路广泛应用在各种比例运算电路中。2．虚地•以上是利用理想运算放大器的基本特性分析反相放大器的过程。•在图4-12电路中，虽然①端并不像②端那样真正接地，然而实际上它是保持在0电位的，因此通常把①端称为虚地。•为什么这一点能保持0电位呢？这完全是由于电阻器Rf提供的负反馈造成的。

•例如：设R1

=

Rf

=

5，Ui

=

+

5V，根据公式（4-2-1），则Uo

=

−5V。•显然，这时运算放大器的①端处于+

5V和−5V中间的位置，U1应该为0V，若U1不为0V，比如说偏正，则U1−U2＞0，由于运算放大器本身的增益很高，因此将会有一个比−5V负得多的输出电压，这个电压通过Rf反馈到①端，就必然使①端电位下降，直到U1

=

0V时才能维持稳定。•当然，严格地说，为了使运算放大器有一定的输出电压，总需要有一定的输入电压，因此U1并非真正等于0V，只不过十分微小罢了。4.2.2反相交流放大电路识图1．反相交流放大电路特点•由LM324集成运放构成的反相交流放大电路如图4-13所示。图4-13反相交流放大电路•该电路可以取代由晶体管分立元件构成的交流放大电路应用于各种电路中。•其最大的特点是不用调整，整个放大电路可采用单电源供电。2．反相交流放大电路识图•在图4-13电路中，R4与R2构成了1/2V分压电路，分压后的电压直接加到IC1的同相信号输入端作为偏置电压；C2用于消除自激振荡；C1与R1用于信号耦合；R3为负反馈电阻器；C3为输出耦合电容器。•该电路的电压放大倍数AV主要由R1与R3的比值确定，它们之间的关系为

AV

=

−R3/R1

•上式中的负号表示输出信号Uo与输入信号Ui相位是相反的。•图4-13中的R3

=

100k，R1

=

10k，故代入式（4-2-2）中即可求得

AV

=

100k/10k

=

−10

•图4-13所示电路的输入电阻为R1。•在进行电路设计时，通常是先选取R1与信号源内阻相等，或者根据实际需要先确定好R1，再根据要求的放大倍数确定R3值。•必须注意的是，单级运算放大器的放大倍数不应选得太大，以免导致放大器出现自激振荡现象，一般控制在数百倍以内。•如果需要较大的放大倍数，则可以把几节运算放大器串联起来获得。4.2.3同相放大器•同相放大器的典型应用电路如图4-14所示。图4-14同相放大器典型应用电路•信号电压U2直接从运算放大器的②端输入，而输出电压Uo通过电阻器Rf反馈到①端，因此①端虽然没有外加输入信号，但仍有电压U1存在，而且U1

=

U2，其原因与U1

=

U2

=

0V时的道理完全相同，读者可以自行分析。•不过，由于这时U1不等于0V，故图4-14中运算放大器的①端不能再叫做虚地。

•由于I1

=

0，IR

=

If于是得到输出电压为

Uo

=

IR(R1

+

Rf)而•由此就可求得同相放大器的增益为•将公式（4-2-3）与（4-2-1）进行比较可以看出，同相放大器的增益也和运算放大器本身的增益无关，而仅取决于外部电阻值Rf与R1之比。•但是这个数值为正，说明输出与输入电压同相，而且其绝对值也比反相放大器大1。•根据同相放大器输出与输入电压的关系，可以做成同相输入比例放大器。4.2.4同相交流放大器识图•由LM324集成运放构成的同相交流放大电路如图4-15所示。•该电路最大的特点是输入阻抗较高。图4-15同相交流放大器电路•在图4-15电路中，R1与C1组成了交流负反馈网络；R2为负反馈电阻器；C2为同相输入耦合电容器；C4为输出耦合电容器；R4与R5构成的分压电路用于将U+电压分压后，通过R3为IC1的同相信号输入端提供偏置电压。

•由于R4

=

R5，故二者分得的电压均为U+。•R3的电阻值可以取得较大。•根据电路的连接方式可看出，该电路的电压放大倍数AV可由IC1外接的R2、R1的电阻值确定，它们之间的关系为

AV

=

1+R2/R1

R1的电阻值可在几千欧至几十千欧范围内选择。4.2.5电压跟随器电路1．电压跟随器电路的特点•利用同相比例放大器输入电阻高、输出电阻低的特点，可以组成如图4-16所示的电压跟随器典型应用电路。图4-16电压跟随器典型应用电路由于US

=

Uo，所以

KF

=

Uo/Ui

=

1

由于反馈系数F

=

1，所以电压跟随器的输入电阻为

SF

=

C∥[(1

+

Ko)

d]•闭环增益等于1的电压跟随器在应用电路中通常用作隔离或缓冲级。•电压跟随器还有一种连接方式，即如图4-17所示的不用电阻器的电压跟随器。•与图4-16相比，这种电压跟随器省去了两个电阻器。图4-17不用电阻的电压跟随器典型应用电路•图4-16所示电路的优点是在输入共模电压超过限额而发生“锁死”现象时，Rf对器件具有限流保护作用，缺点是比图4-17电路多用了两只电阻器，而且静态误差也较大。2．防“锁死”的措施

•对于电压跟随器可能出现的“锁死”现象，可在输入端采取相应的钳位保护措施。•

图4-18所示的适用于低频工作场合的防锁死钳位电路中的3种钳位电路均适用于低频工作的场合。•由于稳压二极管的结电容比二极管更大，所以图4-18（b）电路适应的频率更低。图4-18适用于低频工作场合的防锁死钳位电路•

图4-19所示为适用于大信号脉冲工作状态的防锁死钳位电路。•当输入脉冲前沿的变化率超过运算放大器的上升速率SR时，通过跨接在2个输入端之间的二极管直接实现了输入钳位。图4-19适用于大信号脉冲状态的防锁死钳位电路•图4-18与4-19中钳位用的二极管和稳压管，应选用反向漏电流尽可能小的，而且应避免光照，否则将严重危及同相放大器的输入阻抗和失调漂移等项指标。4.2.6差分比例放大器•集成运算放大器构成的典型差分比例放大器的电路如图4-20所示。图4-20集成运算放大器构成的

典型差分比例放大器电路•当输入电压Us和分别加到集成运算放大器的2个输入端时，电路的输出电压Uo与Us和之差成正比，故称其为差分比例放大器。•通常，电路参数取值为•其目的是为了降低共模增益，同时使2输入端对地的直流电阻相等，以保证集成运算放大器输入端处于平衡状态。•因Ii

=

0，利用叠加原理可以求得∑与∑'两点的电位分别为4.2.7比较电路识图•由LM324运放构成的比较电路及波形图如图4-21所示，图4-21（a）为电路图，图4-21（b）为波形图。1．电路组成•图4-21（a）所示电压比较电路是将常见的运放电路中的反馈电阻（如图4-15中的R2）去掉（相当于反馈电阻趋于），使放大器处于开环状态，从而就形成了一个电压比较器。图4-21由LM324构成的比较电路及波形图•电压比较器的基本原理是通过对输入电压的比较，使输出端输出低电平（U−或地电位）或高电平（U+），当运放的同相信号输入端电压大于反相信号输入电压时，运放输出高电平；当运放的反相信号输入端电压大于同相信号输入电压时，运放输出低电平。2．实际电路分析•在图4-21（a）中，采用了2个运算放大器IC1-1、IC1-2构成了一个电压上、下限电压比较器。（1）基准电压设定•IC1-1的反相信号输入端②脚为基准电压输入端，基准电压U1是由R1与R2将U+电源电压分压后得到的。•该运放的比较电压为输入电压Ui，加在同相信号输入端③脚。•IC1-2的同相信号输入端⑤脚为基准电压输入端，基准电压U2是由电阻器R3与R4将U+电源电压分压后得到的，该运放的比较电压也为输入电压Ui，是加在反相信号输入端⑥脚上的。•输入电压Ui是同时加到IC1的③脚和⑥脚2个输入端与各自的基准电压进行比较的。（2）Ui＞U1时的输出•当输入的信号Ui＞U1基准电压时，也就是IC1-1的③脚电压大于②脚，其①脚输出高电平。（3）Ui＜U2时的输出。•当输入的信号Ui＜U2基准电压时，也就是IC1-2的⑤脚电压大于⑥脚，其⑦脚输出高电平。（4）指示灯驱动电路•指示灯驱动电路由VT1、LED1发光二极管、VD1、VD2等组成。•驱动信号来自于两个运算放大器的输出电压。•运算放大器IC1-1与IC1-2中只要有一个输出高电平，就会使相应的隔离二极管VD1或VD2正向导通，进而均会使VT1基极为高电平（经R6电阻）而导通，使VT1集电极为低电平，等效于将R5电阻下端接地，使LED1发光二极管导通发光。（5）U1与U2电压之间的设定关系。•对于图4-21（a）电路来说，U1与U2两电压的设定不同时，会得到不同的电路形式。•

当选择U1＞U2时，输入电压满足以下条件，即U1＜Ui或Ui＜U2，发光二极管即可被点亮，由此就构成了一个电压双限指示电路。•

当选择U2＞U1时，输入电压满足如下条件，即U1＜Ui＜U2，发光二极管LED1也可点亮，由此就构成了一个“窗口”指示电路。•图4-21（a）所示电路如果与各种传感器进行配合，进行一定的改进以后，即可用于对各种物理量的双限检测，断路或短路报警等。•如将图4-22所示的电压双限指示电路中的Uo输出电压作为图4-21（a）电路的输入电压Ui，即可构成了一个电压双限指示电路，以监视220V市电是否欠压或过压。图4-22电压双限指示电路•220V交流电压经电源变压器T变压，从其次级输出交流低电压，该电压经VD1～VD4