模拟电子技术基础 课件 （张菁）第5、6章 电子电路中的负反馈、信号运算与处理电路

一、反馈的基本概念二、交流负反馈的四种组态三、反馈的判断一、反馈的基本概念1.什么是反馈

电子电路输出量的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入量，称为反馈。要研究哪些问题？怎样引回是从输出电压还是输出电流引出反馈影响输入电压还是输入电流多少怎样引出

反馈放大电路可用方框图表示。2.正反馈和负反馈

从反馈的结果来判断，凡反馈的结果使输出量的变化减小的为负反馈，否则为正反馈；引入反馈后其变化是增大？还是减小？引入反馈后其变化是增大？还是减小？

或者，凡反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，否则为正反馈。3.直流反馈和交流反馈

直流通路中存在的反馈称为直流反馈，交流通路中存在的反馈称为交流反馈。交流负反馈直流负反馈4.局部反馈和级间反馈

只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输入回路的称为级间反馈。通过R3引入的是局部反馈通过R4引入的是级间反馈通常，重点研究级间反馈或称总体反馈。二、反馈的判断

1.有无反馈的判断

“找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有则有反馈，否则无反馈。引入反馈了吗？将输出电压全部反馈回去无反馈

有无反馈的判断：“找联系”：是找输出回路与输入回路的联系，不仅是输出端与输入端的联系！既在输入回路又在输出回路，因而引入了反馈。2.直流反馈和交流反馈的判断仅有直流反馈仅有交流反馈

“看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。设以下电路中所有电容对交流信号均可视为短路。

直流反馈和交流反馈的判断:交、直流反馈共存仅有直流反馈3.

正、负反馈（反馈极性）的判断“看反馈的结果”，即净输入量是被增大还是被减小。瞬时极性法：给定的瞬时极性，并以此为依据分析电路中各电流、电位的极性从而得到的极性；的极性→的极性→、、的叠加关系－－正反馈－－负反馈例题.

正、负反馈的判断反馈量是仅仅决定于输出量的物理量,而与输入量无关。

在判断集成运放构成的反馈放大电路的反馈极性时，净输入电压指的是集成运放两个输入端的电位差，净输入电流指的是同相输入端或反相输入端的电流。反馈量反馈电流反馈量仅决定于输出量净输入电流减小，引入了负反馈净输入电流增大，引入了正反馈4.电压反馈和电流反馈的判断电路引入了电压负反馈

令输出电压为0，若反馈量随之为0，则为电压反馈；若反馈量依然存在，则为电流反馈。

电压反馈和电流反馈的判断:仅受基极电流的控制电路引入了电流负反馈反馈电流5.串联反馈和并联反馈的判断

在输入端，输入量、反馈量和净输入量以电压的方式叠加，为串联反馈；以电流的方式叠加，为并联反馈。引入了并联反馈引入了串联反馈负反馈的类型有：AF+–判别图示电路的反馈类型17ui+–R1R2uoRF+–+–+RLud+–uf+–

净输入信号反馈电压uf与ui在输入端以电压形式作比较，两者串联，故为串联反馈。1.电压串联负反馈首先用电位的瞬时极性判别反馈的正、负。AF+–ufuduiuo电压串联负反馈方框图判别图示电路的反馈类型2.电压并联负反馈AF+–uiuoifidiiuoR1R2RF+–ui+–+–+RLidif

ii-

净输入电流反馈电流取自输出电压，并与之成正比，故为电压反馈。

if与ii在输入端以电流形式作比较，两者并联，故为并联反馈。电压并联负反馈方框图19

为负反馈；反馈电压与输出电流成比，故为电流反馈；判别图示电路的反馈类型3.电流串联负反馈AF+–ufuduiio电流串联负反馈方框图uf与ui

在输入端串联，故为串联反馈。R2uoR+–+–+RLud+–

uf+–ioui+–20图中判别图示电路的反馈类型4.电流并联负反馈电流并联负反馈方框图AF+–uiioidiiififRFiRuRRui+–+–+RL

ioR1iiidR2-分立元件放大电路中反馈的分析

图示电路有无引入反馈？是直流反馈还是交流反馈？是正反馈还是负反馈？若为交流负反馈，其组态为哪种？3.若在第三级的射极加旁路电容，且在输出端和输入端跨接一电阻，则反馈的性质有何变化？+__+++_uF

1.若第三级从射极输出，则电路引入了哪种组态的交流负反馈？

2.若在第三级的射极加旁路电容，则反馈的性质有何变化？引入了电流串联负反馈RAAF+–5.2负反馈放大电路的方框图及一般表达式一、负反馈放大电路的方框图

分别为输入信号、输出信号和反馈信号；开环放大倍数-----无反馈时放大网络的放大倍数；AF+–所以：闭环放大倍数：反馈系数：AF+–反馈深度:(说明反馈强弱的一个重要的物理量)1)若,则,即引入负反馈；

2)若,则,即引入正反馈；

3)负反馈时,若,则AF+–二、负反馈放大电路的一般表达式——深度负反馈27反馈放大电路的基本方程+–AF+–AF

同相，所以

AF是正实数

负反馈时,例：|A|=300，|F|=0.01。加入负反馈无负反馈FufAuiuo大小接近正弦波uouiA+–uiduf---引入负反馈使电路的通频带宽度增加无负反馈f|Am|0.707|Am|Of´2|Amf|f2|Af|,|Af|0.707|Amf|33uiubeib++––在同样的

ib下，ui=ube+uf

>ube，所以

rif

提高。无负反馈时：有负反馈时：uf+–34if无负反馈时：有负反馈时：iiibube+–35

电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。

电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。36四种负反馈对ri和ro的影响riro减低增高增高增高增高减低减低减低串联电压串联电流并联电压并联电流思考题：为了分别实现

(a)

稳定输出电压；(b)

稳定输出电流；

(c)

提高输入电阻；(d)

降低输出电阻；

(e)提高输出电阻；(f)降低输入电阻；

(g)稳定静态工作点；(h)稳定动态值。应引入哪种类型的负反馈？返回371.要稳定静态工作点，应引入直流负反馈；2.要改善动态性能，应引入交流负反馈；3.要稳定输出电压，应引入电压负反馈；4.要稳定输出电流，应引入电流负反馈；5.要提高输入电阻，应引入串联负反馈；6.要减小输入电阻，应引入并联负反馈；7.要提高输出电阻，应引入电流负反馈；8.要减小输出电阻，应引入电压负反馈；一、深度负反馈的实质净输入量可忽略不计5.4负反馈放大电路的分析计算AF+–二、深度负反馈条件下电压放大倍数的估算1.电压串联负反馈电路2.电压并联负反馈电路Rif很小为什么?为什么?2.电压并联负反馈电路（续）3.电流串联负反馈电流4.电流并联负反馈电路为什么?为什么?Rif很小深度负反馈条件下四种组态负反馈放大电路的电压放大倍数反馈组态电压串联电压并联电流串联电流并联

讨论一

求解在深度负反馈条件下电路的电压放大倍数。+__+++_uF比较两电路

讨论二

求解在深度负反馈条件下电路的电压放大倍数。

1.第三级从射极输出；

2.若在第三级的射极加旁路电容，且在输出端和输入端跨接一电阻。R5.理想运放情况下负反馈放大电路的估算因为uo为有限值，Aod＝∞，所以uN－uP＝0，即因为rid＝∞，所以

理想运放参数特点：Aod＝∞，rid＝∞，ro＝0。电路特征：反馈网络为无源网络，如图。uN＝uP-------虚短路iN＝iP＝0-----虚断路求解放大倍数的基本出发点

讨论三

利用“虚短”、“虚断”求解电路。为深度电压串联负反馈虚短例1：估算图示电路的电压放大倍数。解：uf虚断虚地为深度电压并联负反馈解：（1）判别反馈组态

电压并联负反馈。（2）

例2：在深度负反馈条件，试求电压放大倍数。（1）判别反馈组态

电流串联负反馈。（2）例3：

在深度负反馈条件，试求电压放大倍数。5.6负反馈放大电路的稳定性

对于多级放大电路，如果引入过深的负反馈，可能引起自激振荡。一、产生自激振荡的原因和条件放大电路的闭环放大倍数为：在中频段，

放大电路没有输入信号，但仍有一定频率和幅度的输出信号，这种现象称为自激振荡。在高、低频段，放大倍数和反馈系数的模和相角都随频率变化，使。幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB/十倍频-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO

单管阻容耦合共射放大电路的频率响应可见，在低、高频段，放大电路分别产生了0

~+90

和0

~-90

的附加相移。

两级放大电路将产生0

~

180

附加相移；三级放大电路将产生0

~

270

的附加相移。对于多级放大电路，如果某个频率的信号产生的附加相移为180o，而反馈网络为纯电阻，则：满足自激振荡的相位条件，如果同时满足自激振荡的幅值条件，放大电路将产生自激振荡。-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO

但三级放大电路，在深度负反馈条件下，对于某个频率的信号，既满足相位条件，也满足幅度条件，可以产生自激振荡。结论：

单级放大电路不会产生自激振荡；

两级放大电路当频率趋于无穷大或趋于零时，虽然满足相位条件，但不满足幅度条件，所以也不会产生自激振荡；

2、自激振荡的条件AF+–1、判断方法利用负反馈放大电路回路增益的波特图，分析是否同时满足自激振荡的幅度和相位条件。二、负反馈放大电路稳定性的判断满足自激振荡的幅度条件频率为f0,满足自激振荡的相位条件频率为f

∏

。(1)因为存在f

∏

，且

f∏＜

f0

，则电路不稳定。判断方法:（2）虽然存在

f∏

，但f∏

＞

f0

，则电路稳定，不产生自激振荡。判断方法小结如下：

1）若不存在f∏，则电路稳定2）若存在f

∏，且

f∏

＜

f0，则电路不稳定，必然产生自激振荡。3）若存在f∏，但f

∏＞

f0

，则电路稳定，不产生自激振荡。2、稳定裕度

当环境温度、电路参数及电源电压等在一定范围内变化时，为保证放大电路也能满足稳定条件，要求放大电路要有一定的稳定裕度。（1）幅值裕度Gm

对于稳定的负反馈放大电路，Gm为负值。Gm值愈负，负反馈放大电路愈稳定。一般要求Gm≤-10dB。（2）相位裕度

m当f=f0时，负反馈放大电路稳定

对于稳定的负反馈放大电路，

m为正值。

m值愈大，负反馈放大电路愈稳定。一般要求

m≥45

例1：已知负反馈放大电路的波特图，判断电路的稳定性f/HZf/HZf∏60402000-90°-180°

AF

(a)产生自激

由波特图中的相频特性可见，当f=f∏时，相位移

AF=-180º，满足相位条件；结论：当f=f∏

时，电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件，将产生自激振荡。

此频率对应的对数幅频特性位于横坐标轴之上，即：f∏f/HZf/HZ604020OO-90°-180°

AFf0f0(b)不产生自激f∏f∏

结论：该负反馈放大电路不会产生自激振荡，能够稳定工作。

由负反馈放大电路的波特图可见，当f=f∏，相位移

AF=-180º时例2：已知负反馈放大电路的波特图，判断电路的稳定性三、负反馈放大电路自激振荡的消除方法

为保证放大电路稳定工作，对于三级或三级以上的负反馈放大电路，需采取适当措施破坏自激振荡的幅度条件和相位条件。最简单的方法是减小反馈系数或反馈深度，使得在满足相位条件时不满足幅度条件。

但是，由于反馈深度下降，不利于放大电路其他性能的改善，因此通常采用接入电容或RC元件组成校正网络，以消除自激振荡。消除自激振荡的方法1.简单滞后补偿常用的方法为滞后补偿方法。

设放大电路为直接耦合方式，反馈网络为电阻网络。

在最低的上限频率所在回路加补偿电容。补偿电容1.简单滞后补偿（续）最大附加相移为-135°

具有45°的相位裕度，故电路稳定补偿前补偿后

滞后补偿法是以频带变窄为代价来消除自激振荡的。2.

RC

滞后补偿：在最低的上限频率所在回路加补偿。

上式表明，最大附加相移为－180º，不满足起振条件，闭环后一定不会产生自激振荡，电路稳定。RRC

滞后补偿与简单滞后补偿比较简单补偿后的幅频特性RC滞后补偿后的幅频特性补偿前

滞后补偿法消振均以频带变窄为代价，RC滞后补偿较简单电容补偿使频带的变化小些。为使消振后频带变化更小，可考虑采用超前补偿的方法，略。[例1]

已知放大电路幅频特性近似如图所示。引入负反馈时，反馈网络为纯电阻网络，且其参数的变化对基本放大电路的影响可忽略不计。回答下列问题：（2）若引入负反馈系数F=1则电路是否会产生自激振荡？（1）当Hz，310=f（3）若想引入负反馈后电路稳定，则

的上限值约为多少？解：

A的表达式为:（1）当Hz，310=f所以放大电路一定会产生自激振荡（2）由（1）知当Hz，且当0时，因310=ff=f（3）为了使Hz，

试问电路闭环后会产生自激振荡吗？若已知反馈网络为纯电阻网络，且，则使电路不产生自激振荡的的上限值为多少？[例2]A的表达式为解：当,电路不产生自激振荡需满足作业5.11题作业5.12题作业5.15题1.了解集成运放的基本组成及主要参数的意义；2.理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法；3.理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器的工作原理；4.理解电压比较器的工作原理和应用。本章要求第6章信号运算与处理电路6.1基本运算电路

集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。回顾基本运算电路：1、同向比例器T形反馈网络反相比例运算电路2、反向比例器一、加法运算电路

1.反相加法运算电路因虚短,u–=u+=0

平衡电阻：

因虚断，i–=0

所以令

有:方法二：利用叠加原理

首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。2024/9/249/24/20242.同相加法运算电路由虚断，反相输入端电压为:对于同相输入端，解之得:其中，

平衡电阻：

方法2.

叠加原理：设R1∥R2∥R3∥R4＝R∥Rf利用叠加原理求解：令uI2=uI3=0，求uI1单独作用时的输出电压

在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果简单明了，易于计算。同理可得，

uI2、uI3单独作用时的uO2、uO3，形式与uO1相同，uO=uO1+uO2+uO3。物理意义清楚，计算麻烦！2024/9/24二、减法运算电路由虚断可得：由虚短可得：分析方法1：ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––如果取R1

=R2

，R3

=RF

如R1

=R2

=R3

=RF

R2//R3

=R1

//RF分析方法2：利用叠加原理

减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加。u+ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––由于“虚断”，i-

=0，故iC

=iR又由于“虚地”，u+

=u-=0

可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。2、实现波形变换，如将方波变成双向尖顶波。1.基本微分运算电路微分电路的作用：1、微分电路的作用有移相功能。三、微分运算电路2.实际微分运算电路

为了克服集成运放的阻塞现象和自激振荡，实用电路应采取措施。限制输入电流限制输出电压幅值滞后补偿2024/9/249/24/20243.比例-微分运算电路上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分

控制系统中，PD调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。—

PD调节器uoC1uiR2RF++––++

–

R1ifiRiC1、积分运算电路由于“虚地”，u-

=0，故uO=-uC由于“虚断”，iR

=iC

，故ui

=iRR=iCR得：τ=RC——积分时间常数四、积分运算电路移相2、利用积分运算的基本关系实现不同的功能1)输入为阶跃信号时的输出电压波形？2)输入为方波时的输出电压波形？3)输入为正弦波时的输出电压波形？线性积分，延时波形变换2024/9/249/24/2024

3、比例-积分运算电路：将比例运算和积分运算结合上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分

这种运算器又称PI

调节器,常用于控制系统中,以保证自控系统的稳定性和控制精度。改变RF

和CF，可调整比例系数和积分时间常数,以满足控制系统的要求。ifi1uoCFuiR2R1++––++

–

RF由二极管方程知当uD

UT

时，或：利用“虚地”原理，可得：用三极管代替二极管可获得较大的工作范围。1)采用二极管对数运算电路五、对数与反对数运算电路

1.对数运算电路2)采用三极管对数运算电路当uI

>0时，根据集成运放反相输入端“虚地”及“虚断”的特点，可得：所以：可见，输出电压正比于输入电压的指数。指数运算电路2.反对数运算电路6.3

集成运放应用举例

在自动控制和非电测量等系统中，常用各种传感器将非电量(如温度、应变、压力和流量等)的变化转换为电信号(电压或电流)，而后输入系统。但这种非电量的变化是缓慢的，电信号的变化量常常很小(一般只有几毫伏到几十毫伏)，所以要将电信号加以放大。

测量放大电路的作用是将测量电路或传感器送来的微弱信号进行放大，再送到后面电路去处理。一般对测量放大电路的要求是输入电阻高、噪声低、稳定性好、精度及可靠性高、共模抑制比大、线性度好、失调小、并有一定的抗干扰能力。一、电流源电路如图所示，它实际上是一个电流串联负反馈电路，在理想的情况下有：

所以输出电流IL为

即IL与负载电阻RL无关，又因为该电路引入的是电流串联负反馈，其输入电阻和输出电阻均很大，具有电流源性质。 此时输出电压UL为二、

电压源电路如图所示，它实际上是一个电压串联负反馈电路，在理想的情况下有：

输出电压的大小与负载电阻RL无关，由于该电路引入的是电压串联负反馈，其输入电阻很大，输出电阻很小，具有电压源性质。三、直流电压表电流表的内阻为Rg，从图中可得被测电压UX为

若电阻R=10Ω，当微安表的满量程读数为100μA时，直流毫伏表的满量程为100

10-6A

10Ω=10-3V=1mV。该毫伏表的特点是：

1、能测量小于1mV的微弱信号，灵敏度高；

2、具有很高的输入电阻；

3、同时毫伏表的满量程电压值不受表头内阻Rg阻值的影响，只要是100μA满量程的电流表均可利用，互换性较好。

直流电压表如果将上述1mV表头作为基本元件，配以分压器，就可以构成多量程的直流电压表，电路如图所示。四、测量放大器-精密相减器+–ui1++∞R2++∞uo2uo1uoR6R6R4R4++∞R2R1+ui2ui+A2A1A3

––––––+对A1和A2有对A3有

改变R1的阻值，即可调节电压放大倍数五、电压-电流转换电路

设集成运放是理想的，利用“虚短”和“虚断”的概念，可知uN=uP=0，i0=iR，从而可得

iO与uI成线性关系，且与负载电阻RL无关，实现了电压-电流转换。电压-电流转换电路

豪兰德（Howland）电流源电路。设集成运放是理想的，利用“虚短”和“虚断”的概念，可知uN=uP，i1=if，列出节点N和节点P的KCL方程分别为求解可得

若取

六、电流-电压转换电路

该电路中引入了电压并联负反馈，在理想运放条件下，输入电阻Rif=0，因而if=iS，所以输出电压七、

高精度整流电路工作原理如下：

1、当ui<0时，集成运放的输出电压uA>0，二极管D2截止，D1导通，集成运放工作在深度负反馈状态，这时的电路相当于反相比例电路，因此输出电压uo为

当R1=Rf时，uo=-ui，由于ui<0，所以输出电压uo为正值。

2、当ui>0时，uA<0，二极管D2导通，集成运放仍然工作在深度负反馈状态，且uA

-0.7V，D1截止，反馈电阻Rf上没有电流流过。又因为集成运放的反相输入端为虚地点，所以输出电压uo=0。

高精度整流电路综上所述，可以画出它的输入输出波形如图所示，在电路中即使输入电压小于二极管的死区电压，输出电压uo仍为

|-ui|。所以该整流电路具有较高的精度。

高精度整流电路如果利用反相求和电路，让图电路的输出-Kui与ui相加，就可以实现全波整流，电路如图所示。

滤波器是一种选频电路。

它能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大。

无源滤波器：由电阻、电容和电感组成的滤波器。

有源滤波器：含有运算放大器的滤波器。

缺点：低频时体积大，很难做到小型化。

优点：体积小、效率高、频率特性好。6.4

有源滤波电路一、滤波器的基础知识1、滤波电路的分类1）按信号性质分类3）按电路功能分类:低通滤波器LPF；高通滤波器HPF；带通滤波器BPF；带阻滤波器BEF；2）按所用元件分类模拟滤波器和数字滤波器无源滤波器和有源滤波器4）按阶数分类:

一阶，二阶…高阶

低通带通带阻2、四种典型的频率特性高通

3、无源滤波电路和有源滤波电路2024/9/24负载变化，通带放大倍数和截止频率均变化。空载时带负载时

无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大，不能输出高电压大电流。有源滤波电路

用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻2024/9/242024/9/241、有源低通滤波器uoRFR1Cui+–+–uC+–+–+R由同相比例运算关系得：二、一阶有源滤波器2.电压传递函数：幅角为:其模为:3.幅频特性：

低通滤波器具有使低频信号易通过，而抑制高频信号的作用。时，时，时，O

n

频率特性

当

>

n时，|T(j

)|

衰减很快，称一阶有源低通滤波器。uoRFR1Cui+–+–uC+–+–+R

特点：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截止频率相同；但通带电压放大倍数得到提高。

缺点：一阶低通有源滤波器在f>f0

时，滤波特性不理想。对数幅频特性下降速度为-20dB/十倍频。

解决办法：采用二阶低通有源滤波器。一阶有源低通滤波器：

为了改善滤波效果，使

>

0时信号衰减得更快些，常将两节RC滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。uoRFCR++

–

R1+–ui+–RC一阶二阶幅频特性

0|Auf0||T(j

)|

O

为了改善滤波效果，使

>

0时信号衰减得更快些，常将两节RC滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器：二、有源高通滤波器RFR1Cui+–+–+–+Ruo1.电路：

由同相比例运算关系得出其模为幅角为2.电压传递函数：时，时，时，高通滤波器具有使高频信号易通过，而抑制低频信号的用。频率特性O

0

一阶有源高通滤波器，当

＜

0时，|T(j

)|

衰减很快。

为了改善滤波效果，使

＜

0时信号衰减得更快些，常将两节RC滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。3.幅频特性：

二阶有源高通滤波器RFR1Cui+–+–+–+Ruo三、带通滤波电路(BPF)

只允许某一段频带内的信号通过，将此频带以外的信号阻断。低通高通fHfO低通ffLO高通阻阻fHfLfO通阻阻fH通二阶有源带通滤波电路四、带阻滤波器(BEF)

在规定的频带内，信号被阻断，在此频带以外的信号能顺利通过。低通高通f2f1fO低通f1f2fO高通低通高通fO常用有源带阻滤波电路——中心频率——通带电压放大倍数常用有源带阻滤波电路运算电路与有源滤波器的比较相同之处电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性区。均具有“虚短”和“虚断”的特点，均可用节点电流法求解电路。不同之处运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。一、概述1.电压比较器的功能：比较电压的大小。广泛用于各种报警电路。输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。2.电压比较器的描述方法:电压传输特性uO＝f(uI)电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL（2）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向6.5电压比较器3.

几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压4、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈集成运放工作在非线性区的特点1.输出只有两种可能+Uo

(sat)

或–Uo(sat)

当u+>u－

时，uo=+Uo

(sat)

u+<u－

时，uo=–Uo(sat)

不存在“虚短”现象

2.i+=i－

0仍存在“虚断”现象uo

u+–u–

–Uo(sat)+Uo(sat)O饱和区二、单限电压比较器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI>0时uO＝－UOM;uI<0时uO＝＋UOM

集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。集成运放的净输入电压最大值为±UD1、过零电压比较器电压传输特性

–Uo(sat)

+Uo(sat)运放处于开环状态阈值电压(门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。uiuoOURURuouiR2++

–

R1+–++––当ui<UR时，uo=+Uo

(sat)

ui

>UR

时，uo=–

Uo

(sat)参考电压2、任意电压比较器uitOUROuot

+Uo

(sat)

–Uo

(sat)t1t2当ui

单方向变化时，uo

只变化一次。URuouiR2++

–

R1+–++––电压传输特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR例如：若UR=0,过零电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波电压传输特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR=0tuiOtuo+Uo(sat)–Uo(sat)OURuouiR2++

–

R1+–++––输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为UZ，忽略稳压管的正向导通压降则ui

<

UR，uo

=UZ

ui>UR，uo

=–UZUZ

–UZ

电压传输特性

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOURui<UR时，uo'

=+Uo

(sat)

ui

>UR

时，uo'

=–

Uo

(sat)

uo'RDZURuouiR2++

–

R1+–++––3.一般单限比较器（1）若要UT<0，则应如何修改电路？（2）若要改变曲线跃变方向，则应如

何修改电路？（3）若要改变UOL、UOH呢？作用于反相输入端存在干扰时单限比较器的uI、uO

波形

单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。

缺点：抗干扰能力差。

解决办法：

采用具有滞回传输特性的比较器。三、滞回比较器1、阈值电压滞回比较器的特点：可大大提高比较器的抗干扰能力。2、工作原理及电压传输特性

设uI＜－UT，uO＝+UZ。此时uP＝+UT，增大

uI至+UT，

uO从+UZ跃变为－UZ。

设uI＞+UT，uO＝－UZ。此时uP＝－UT，减小uI至-UT，

uO从－UZ跃变为+UZ。1.若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性2.若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？3.若要改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，则应如何修改电路？改变输出限幅电路应用举例抗干扰单门限比较器迟滞比较器整形OuItUTHUTLOuOtUOHUOLOuItUTHUTLOuOtUOHUOL波形变换OuItUTOuOtUOHUOL

当uI>URH时，uO1=－uO2=UOM，D1导通，D2截止；uO=UZ。

当uI<URH时，uO2=－uO1=UOM，D2导通，D1截止；uO=UZ

。

当URL<uI<URH时，

uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。四、窗口电压比较器窗口电压比较器：检测输入电压是否在两个规定电压之间，讨论二：

已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压为5sinωt(V)，画出各电路输出电压的波形。

你能分别组成具有图示电压传输特性的电压比较器电路吗？同相输入单限比较器反相输入滞回比较器窗口比较器6.5.4集成电压比较器一、集成电压比较器的主要特点和分类：1.具有较高的开环差模增益；2.具有较快的响应速度；3.具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；4.具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。分类：单、双和四电压比较通用型、高速型、低电压型和高精度型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型一、集成电压比较器的主要特点和分类：二、集成电压比较器的基本接法1.通用型集成电压比较器AD