电压比较器和滤波器

电压比较器和滤波器第1页，共43页，2023年，2月20日，星期一二、电压传输特性——指输出电压和输入电压之间的关系曲线。线性区(放大区)：uo

=Aod(uP–uN)非线性区(饱和区)：uo=±UoM线性区+UoM

uP–uNuo–UoMOuo=f(ui)=f(uP–uN)饱和区由于Aod非常高，因而线性区非常窄。第2页，共43页，2023年，2月20日，星期一三、

理想集成运放二、符号1、条件Aod

，rid，ro0，KCMRAuo+uNuP–三、电压传输特性

uo=f(ui)+UoM

uP–uNuo–UoMO第3页，共43页，2023年，2月20日，星期一四、理想运放两个工作区域的特点1、工作在线性区的分析依据(1)Aod

，uo

=Aod

(uP–

uN

)uo为一有限值∴uP=uN，称“虚短”∴

iP=iN0，称“虚断”

Aod越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。若uP或uN接地，则称“虚地”。(2)

rid，两个输入端电流为零。iNiPAuo–uPuN+rid

uouPuN+ro-Aod(uP–

uN)第4页，共43页，2023年，2月20日，星期一2、工作在饱和区的分析依据(一般工作于开环或正反馈状态)+UOM

uP–uNuo–UOM饱和区O饱和区(1)输出只有两种可能：

+UOM或–UOM当uP>uN时，uo=+UOM当uP<uN时，uo=–UOM

不存在“虚短”现象

(2)iP=iN

0，仍存在“虚断”现象iNiPAuo–uPuN+第5页，共43页，2023年，2月20日，星期一五、理想运放组成的基本运算电路1、

比例运算电路——运放工作在线性区⑴、反相比例运算iFiRiNiPuPuNuORfuIR'R+A–由运放工作于线性区的两条分析依据：

iP=iN

=0，uP=uN=0有：iRiF

∵要求静态时uP、uN对地电阻相同∴平衡电阻R'=R//Rf第6页，共43页，2023年，2月20日，星期一反相比例运算电路的特点：①比例系数为，负值表示uO与uI反相，比例系数可能大于1，小于1或等于1。③输入电阻低，Ri=R②由于uP=uN=0，存在虚地，共模输入电压为零。

uORfuIR'R+A–第7页，共43页，2023年，2月20日，星期一例1：电路如图所示，若要求输入电阻Ri=50k，比例系数为-10，则R、Rf、

R'为多少？解：R=

Ri=50kR'=

R//Rf=45.5kuORfuIR'R+A–第8页，共43页，2023年，2月20日，星期一⑵、同相比例运算uORfuIR'R+A–iFiRiNiPuPuN由虚断iN=iP

=0有：iRiF

由虚短uN=uP=uI平衡电阻R'=R//Rf第9页，共43页，2023年，2月20日，星期一同相比例运算电路的特点：①比例系数为，uO与uI同相，比例系数≥1。uORfuIR'R+A–当R=∞或Rf=0时，uo=uI——电压跟随器电压跟随器uOuI+A–②由于uP=uN=uI，因而对共模抑制比要求高。

③由于输入电流为零，因而输入电阻为无穷大。第10页，共43页，2023年，2月20日，星期一例2：电路如图所示，求uo的大小。解：uo=7.5V电压跟随器起隔离作用。uo+–15kRL15k+15V7.5k+A–第11页，共43页，2023年，2月20日，星期一例3：电路如图所示，已知R1=50k，RF=100k。若输入电压ui=1V，求uo的大小。uoRFuiR2R1++––R1+A1–+A2–电压跟随器反相比例运算电路解：uo1=ui=1Vuo1第12页，共43页，2023年，2月20日，星期一六、

理想运放组成的电压比较器1、电压比较器概述功能：用来比较输入电压和基准电压(称为阈值电压)的大小，输出的高电平或低电平表明比较结果。运放工作于开环或正反馈状态，因而运放工作在非线性区。当uP>uN时，uo=+UoM当uP<uN时，uo=–UoM输出只有两种可能：+UoM或–UoM第13页，共43页，2023年，2月20日，星期一2、

单限比较器UREFuouI+A–——运放处于开环状态当uI<UREF时，uo=+UOM当uI

>UREF时，uo=–UOMUREF：参考电压UREFuouI+A–电压传输特性：uo=f(uI)uIuoOUREF+UOM–UOM当uI>UREF时，uo=+UOM当uI

<UREF时，uo=–UOMuIuoOUREF+UOM–UOM⑴简单电压比较器第14页，共43页，2023年，2月20日，星期一uIuoOUREF+UOM–UOM阈值电压：输出电压从一个电平跳变到另一个电平所对应的输入电压值，用UT表示。图中：UT=UREFuIuoOUREF+UOM–UOM只有一个阈值电压的电路称单限比较器。当UREF=0时，称为过零比较器。第15页，共43页，2023年，2月20日，星期一3、一般单限比较器UREFuouI+A–R2R1当uN=uP=0时uo发生跃变，得阈值电压为当uI<UT时，uo=+UOM当uI

>UT时，uo=–UOM电压传输特性：uIuoOUT+UOM–UOM第16页，共43页，2023年，2月20日，星期一电压传输特性的三要素求解法：(1)由集成运放最大输出电压决定输出高低电平UOH和UOL;(2)写出集成运放两输入端uN和uP的表达式，令uN=uP，求出输入电压uI，即为阈值电压UT；(3)若输入电压uI从反相输入端(或通过电阻)输入，则当uI>UT时，uO=UOL；当uI<UT时，uO=UOH。若输入电压uI从同相输入端(或通过电阻)输入，则当uI>UT时，uO=UOH；当uI<UT时，uO=UOL。第17页，共43页，2023年，2月20日，星期一例1：如图所示电路，集成运放的最大输出电压±UOM=±12V，R1=R2

。试求：(1)电位器调到最大值时电路的电压传输特性；(2)电位器调到最小值时的阈值电压。+2VuouI-A+R2R1解：(1)当uN=uP时，解得uI即(UT)为当uI<UT时，uO=UOL=-12V当uI>UT时，uO=UOH=+12VuI/VUo/VO4+12–12(2)第18页，共43页，2023年，2月20日，星期一4、

滞回比较器单限电压比较器的缺点：UREFuouI+A–R2R1若输入电压uI在阈值电压附近波动tuIOUTtuOOUOHUOL抗干扰能力差。为此采用滞回比较器：当输入电压在一定的范围内变化时，输出电压保持不变。第19页，共43页，2023年，2月20日，星期一⑴反相输入滞回比较器电路引入了正反馈uoUREF+A–R1R2uI当uN=uP时，求得阈值电压为当uo=+UOM时,当uo=-UOM时,第20页，共43页，2023年，2月20日，星期一当uI<UT2时，uN<uP，uo=+UOM，此时uP=UT1继续增大uI(1)当uI从小于UT2逐渐增大时当uI略大于UT1时，uN>uP，uo=-UOM

此时uP=UT2uoUREF+A–R1R2uI再增大uI，uN>uP，uo=-UOM保持不变uIuoOUT1UT2+UOM–UOM(2)当uI再逐渐减小时当uI略小于UT2时，uN<uP，uo=+UOM

此时uP=UT1继续减小uI，uo=+UOM第21页，共43页，2023年，2月20日，星期一回差电压(或门限宽度、滞迟宽度)：uIuoOUT1UT2+UOM–UOMΔU=|UT1-UT2|当UREF=0时，UT1=UT2uIuoOUT-UT+UOM–UOMUREF=0此时电压传输特性是轴对称的。uouI+A–R1R2第22页，共43页，2023年，2月20日，星期一⑵同相输入滞回比较器uouI+A–R1R2当uN=uP时，求得阈值电压为第23页，共43页，2023年，2月20日，星期一当uI>-UT时，uo=+UOM继续减小uI(1)当uI从大于-UT逐渐减小时当uI<-UT时，uo=-UOMuIuoOUT-UT(2)当uI从小于+UT逐渐增大时当uI<+UT时，uo=-UOM继续增大uI+UOM–UOMuouI+A–R1R2当uI>+UT时，uo=+UOM第24页，共43页，2023年，2月20日，星期一5、窗口比较器(P59)uouI+A1–URH+A2–URLD1D2R1R2DZ当uI<URL时，D1截止，D2导通，uo=UZ当URL<

uI<URH时，D1和D2均截止，uo=0当uI>URH时，D1导通，D2截止，uo=UZuIuoOURLUZURH又称双限比较器第25页，共43页，2023年，2月20日，星期一例2：如图所示电路，±UOM=±12V，R1=10k，R2=50k。求下列两种情况下电路的阈值电压并画出电压传输特性。(1)UREF=0V；(2)UREF=6V解：(1)uoUREF+A–R1R2uI该电路是反相输入滞回比较器。uI/VUo/VO2-2+12–12第26页，共43页，2023年，2月20日，星期一(2)当UREF=6V时uoUREF+A–R1R2uIuI/VUo/VO3–12+127第27页，共43页，2023年，2月20日，星期一第二部分

有源滤波器一、

滤波电路基本知识滤波电路：对信号频率具有选择性的电路。作用：它能选出有用的信号，而抑制无用的信号。无源滤波器有源滤波器按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等。——由电阻、电容等无源元件组成。——含有运算放大器的滤波器。有源滤波器的集成运放工作在线性区。第28页，共43页，2023年，2月20日，星期一四种滤波器理想的幅频特性Of通带fp阻带低通滤波器(LPF)Of阻带fp通带高通滤波器(HPF)Of阻带fp1通带带通滤波器(BPF)阻带fp2Of通带fp1阻带带阻滤波器(BEF)通带fp2第29页，共43页，2023年，2月20日，星期一二、

无源滤波器CR+–+–1、低通滤波器——模与频率的关系令：——通带截止频率幅频特性相频特性频率特性——幅角与频率的关系第30页，共43页，2023年，2月20日，星期一低通滤波器的幅频特性：当f

=0时，当f

=fp时，当f

→∞时，fpfO10.707当频率大于fp时，信号被很快衰减。

——具有“低通”特性。第31页，共43页，2023年，2月20日，星期一2、高通滤波器CR+–+–其中：当f

=0时，当f

=fp时，当f

→∞时，高通滤波器的幅频特性：fpfO10.707第32页，共43页，2023年，2月20日，星期一无源滤波器的特点：(1)电路的增益小，最大仅为1；(2)带负载能力差。如：低通滤波器接上负载后CR+–+–RL第33页，共43页，2023年，2月20日，星期一接上负载后CR+–+–RL其中：——通带电压放大倍数——通带截止频率可见：通带放大倍数和通带截止频率均随负载变化而变化，即带负载能力差。第34页，共43页，2023年，2月20日，星期一三、有源滤波器1、一阶有源低通滤波器uiuoR2uCCRR1+–+A–其中：——通带电压放大倍数——通带截止频率第35页，共43页，2023年，2月20日，星期一对数幅频特性：当f

=0时，当f

=fp时，当f

=10fp时，第36页，共43页，2023年，2月20日，星期一对数幅频特性当f

=0时，当f

=fp时