《电路与电子技术》课件第7章

P7M1集成运放线性应用电路的测试P7M2集成运放非线性应用电路的测试P7M3方波及三角波发生器的设计与制作思考与练习

在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路(IntegratedCircuit，IC)。集成电路体积小，性能优越，发展速度极为惊人。目前，集成电路的应用几乎遍及所有产业的各种产品中。例如，在导弹、卫星、战车、舰船、飞机等军事装备中，在数控机床、仪器仪表等工业设备中，在通信设备和计算机中，在音响、电视、录像机、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采用了集成电路。项目任务书

由于集成电路具有体积小、重量轻、耗电省、成本低、可靠性高和电性能优良等突出优点，因此，其得到了极为广泛的应用。P7M1集成运放线性应用电路的测试测试工作任务书MNL1集成运算放大器的简介

1.集成电路的分类

集成电路的种类很多，具体分类方法有：

(1)按集成度的高低，集成电路可分为小规模、中规模、大规模和超大规模四类。

(2)按导电类型的不同，集成电路可分为双极型(即BJT型)集成电路和单极型(即MOS型)集成电路。

(3)按功能的不同，集成电路可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。模拟集成电路又可分为线性集成电路和非线性集成电路。集成运算放大器(简称集成运放或运放)属于线性集成电路。

集成电路的封装形式及外形如图7-1-1所示，主要有双列直插式、单列直插式、扁平式等，封装的材料有塑料、陶瓷、金属等。

2.集成运放的主要参数

集成运放的参数是正确、合理选择和使用运放的基本依据，因此，了解其性能参数及意义是十分必要的。集成运放的主要参数有以下几种。1)开环差模电压增益Aod

开环差模电压增益Ａod是指运放在开环、线性放大区并在规定的测试负载和输出电压幅度的条件下的直流差模电压增益(绝对值)。一般运放的Aod为60～120dB，性能较好的运放Aod＞140dB。

需要注意的是，实际的Aod与工作频率有关，当频率大于一定值后，Aod随频率升高而迅速下降。

2)输入失调电压UIO

一般来说，放大器在信号输入为0时，其输出应该为0，但由于集成运放各级之间全部采用直接耦合方式，因此无法做到零输入时零输出(不加调零装置)。当输入电压为0时，在室温(25℃)和标准电源电压的条件下，为了使运放的输出电压为0，在输入端所加的补偿电压，就是输入失调电压UIO。UIO实际上就是输出失调电压折合到输入端电压的负值，其大小反映了运放电路的对称程度和电位配合情况。UIO越大，说明电路的对称性越差，一般为±(1～10)mV。为了消除失调，实际的运放在应用(要求零输入时零输出的场合)中往往采用调零电路。调零电路通常使用调零电位器，将其接在差动放大器两管的发射极或集电极之间，调节该电位器可调整差动放大器的输出电流或负载的平衡性，从而达到使运放在输入电压为0时输出电压也为0的目的。

显然，在某一特定温度下的调零并不能使输出始终保持为0，当环境温度等外界因素变化时，需要重新调零。

3)输入偏置电流IIB

BJT集成运放的两个输入端分别为差分电路中两个三极管的两个基极，而正常工作时，BJT基极需要一定的静态电流，由于是直接耦合，此静态电流构成输入电流的一部分，其大小和对称性对输出会产生一定的影响。

设反相输入端的静态偏置电流为IBN，同相输入端的静态偏置电流为IBP。当集成运放的输出电压为0时，两输入端静态偏置电流的平均值称为输入偏置电流IIB，即

IIB越小，温度变化引起的漂移也越小，而且信号源内阻变化引起的输出电压的变化也越小。因此，IIB越小越好，一般IIB=10nA～1μA。

4)输入失调电流IIO

当BJT集成运放的输出电压为0时，其两个输入端静态基极电流之差称为输入失调电流IIO，即

IIO=|IBP-IBN|

IIO反映了差分电路中两个三极管输入电流的不对称程度。由于信号源内阻的存在，IIO会在运放的两个输入端之间引入一定的输入电压，使输出的平衡性变差。显然，IIO越小越好，一般IIO=1nA～0.1μA。

5)温度漂移

放大器的零点漂移的主要来源是温度漂移，而温度漂移对输出的影响可以折合为等效输入失调电压UIO和输入失调电流IIO，因此，可以用以下指标来表示放大器的温度稳定性，即温漂指标。

(1)输入失调电压/温度系数(ΔUIO/ΔT)。

在规定的温度范围内，输入失调电压的变化量ΔUIO与引起UIO变化的温度变化量ΔT之比，称为输入失调电压/温度系数(ΔUIO/ΔT)。ΔUIO/ΔT越小越好，一般为±(10～20)μV/℃。

(2)输入失调电流/温度系数(ΔIIO/ΔT)。

在规定的温度范围内，输入失调电流的变化量ΔIIO与引起IIO变化的温度变化量ΔT之比，称为输入失调电流/温度系数(ΔIIO/ΔT)。ΔIIO/ΔT越小越好，一般为±(5～20)nA/℃。

6)最大差模输入电压Uidmax

最大差模输入电压Uidmax是指集成运放的两个输入端之间所允许的最大输入电压值。若输入电压超过该值，则可能使运放输入级BJT的其中一个发射结产生反向击穿，显然这是不允许的。Uidmax大一些好，一般为几到几十伏。

7)最大共模输入电压Uicmax

最大共模输入电压Ｕicmax是指运放输入端所允许的最大共模输入电压。若共模输入电压超过该值，则可能造成运放工作不正常，其共模抑制比KCMR将明显下降。显然，Uicmax大一些好，高质量运放的最大共模输入电压可达±13V。

8)最大输出电流Iomax

最大输出电流Iomax是指运放最大可能输出的正向或负向峰值电流。通常该电流是指输出端短路时的电流。

9)单位增益带宽fT

单位增益带宽fT是指使运放开环差模电压增益Aod下降到0dB(即Aod=1)时的信号频率，它与三极管的特征频率fT相类似，是集成运放的重要参数。

10)开环带宽fH

开环带宽fH是指使运放开环差模电压增益Aod下降为直流增益的1/倍(相当于-3dB)时的信号频率。由于运放的增益很高，因此fH一般较低，约几赫兹至几百赫兹(宽带高速运放除外)。

11)转换速率SR

转换速率SR是指运放在闭环状态下，输入为大信号(如矩形波信号等)时，其输出电压对时间的最大变化速率，即

转换速率SR反映了运放对高速变化的输入信号的响应情况，主要与补偿电容、运放内部各管的极间电容、杂散电容等因素有关。SR大一些好，SR越大，说明运放的高频性能越好。一般运放SR小于1V/μs，高速运放可达65V/μs以上。需要指出的是，转换速率SR是由运放瞬态响应情况得到的参数，而单位增益带宽fT和开环带宽fH是由运放频率响应(即稳态响应)情况得到的参数，它们均反映了运放的高频性能，从这一点来看，它们的本质是一致的。但它们分别是在大信号和小信号的条件下得到的，从结果看，它们之间有较大的差别。

除上述指标外，集成运放的参数还有共模抑制比KCMR、差模输入电阻Rid、共模输入电阻Ric、输出电阻Ro、电源参数、静态功耗PC、最大输出电压Uomax等，其含义可查阅相关手册，这里不再赘述。测试工作任务书MNL2比例运算电路

比例运算电路的输出与输入电压之间存在比例关系，即电路可实现比例运算。比例电路是最基本的运算电路，是其他运算电路的基础。本章随后将要介绍的求和电路、积分和微分电路，都是在比例电路的基础上加以扩展或演变以后得到的。

根据输入信号接法的不同，比例电路有三种基本形式:反相输入、同相输入以及差分输入比例电路。

1.反相比例运算电路

在图7-1-7中，输入电压ui经电阻R1加到集成运放的反相输入端，其同相输入端经电阻R2接地。输出电压uo经Rf接回到反相输入端。为使差动放大电路的参数保持对称，应使两个差分对管基极对地的电阻尽量一致，以免静态基极电流流过这两个电阻时，在运放输入端产生偏差电压。因此，通常选择R2的阻值为R2=R1∥Rf。经过分析可知，反相比例运算电路中反馈的组态是电压并联负反馈。由于集成的开环差模增益很高，因此容易满足深负反馈的条件，故可以认为集成运放工作在线性区。因此，可以利用理想运放工作线性区时“虚短”和“虚断”的特点来分析反相比例运算电路的电压放大倍数。图7-1-7反相比例运算电路在图7-1-7中，由于“虚断”，故iP=0，即R2上没有压降，则uP=0。又因“虚短”，可得

uN=uP=0

上式说明，在反相比例运算电路中，集成运放的反相输入端与同相输入端两点的电位不仅相等，而且均等于零，如同该两点接地一样，这种现象称为“虚地”。“虚地”是反相比例运算电路的一个重要特点。由于iN=0，则由图可见:

iR=if

即

上式中uN=0，由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为

下面分析反相比例运算电路的输入电阻。因为反相输入端“虚地”，显而易见，电路的输入电阻为

Rif=R1

综合以上分析，对反相比例运算电路可以归纳出以下几点结论：

(1)反相比例运算电路实际上是一个深度的电压并联负反馈电路。在理想情况下，反相输入端的电位等于零，称为“虚地”。因此，加在集成运放输入端的共模输入电压很小。

(2)电压放大倍数，即输出电压与输入电压的幅值成正比，但相位相反，即电路实现了反相比例运算。比值|Auf|决定于电阻Rf和R1之比，而与集成运放的内部各项参数无关。只要Rf和R1的阻值比较准确而稳定，就可以得到准确的比例运算关系。比值|Auf|可以大于1，也可以小于1。当Rf=R1时，Auf=-1，称为单位增益倒相器。

(3)由于引入了深度电压并联负反馈，因此电路的输入电阻不高，输出电阻很低。

2.同相比例运算电路

在图7-1-8中，输入电压ui经R2接至同相输入端，但是为了保证引入的是负反馈，输出电压uo通过电阻Rf仍接到反相输入端，同时，反相输入端通过电阻R2接地。为了使集成运放反相输入端和同相输入端对地的电阻一致，R2的阻值为R2=R∥Rf。

同相比例运算电路中反馈的组态为电压串联负反馈，同样可以利用理想运放工作在线性区时的两个特点来分析其电压放大倍数。图7-1-8同相比例运算电路在图7-1-8中，根据“虚短”和“虚断”的特点可知，iN=iP=0，故

则同相比例运算电路的电压放大倍数为

由于引入了电压串联负反馈，因此能够提高输入电阻，而且提高的程度与反馈深度有关，在理想运放条件下，认为Aod→∞，Rid→∞，则同相比例运算电路的输入电阻Rif→∞。当考虑Aod≠∞，Rid≠∞的一般情况时，经过分析可知，同相比例运算电路的输入电阻为

Rif=(1+AodF)Rid

式中:Aod、Rid分别是集成运放的开环差模电压增益和差模输入电阻;F是反馈系数，在本电路中，

图7-1-9电压跟随器由上式可知，同相比例运算电路的电压放大倍数总是大于或等于1，当Rf=0或Rf=∞时，Auf=1，此时电路如图7-1-9所示。

由图可得：

uP=ui，uN=uo，uo=ui

则电压放大倍数为

由于这种电路的输出电压与输入电压不仅幅值相等，而且相位相同，二者之间是一种“跟随”关系，因此又称为电压跟随器。综上所述，对同相比例运算放大电路可以得到以下几点结论：

(1)同相比例运算放大电路是一个深度的电压串联负反馈电路。因为uN=uP=ui，所以不存在“虚地”现象，在选用集成运放时要考虑到其输入端可能具有较高的共模输入电压。(2)电压放大倍数，即输出电压与输入电压的幅值成正比，且相位相同。也就是说，电路实现了同相比例运算。Auf也只取决定于电阻Rf和R1之比，而与集成运放的内部各项参数无关。所以，比例运算的精度和稳定性主要取决于电阻Rf和R1的稳定度。

(3)由于引入了深度电压串联负反馈，因此电路的输入电阻很高，输出电阻很低。测试工作任务书MNL3加法电路

求和电路的输出量反映了多个模拟输入量相加的结果。用运放实现求和运算时，可以采用反相输入方式，也可采用同相输入方式。

1.反相加法电路

图7-1-11示出了具有三个输入端的反相求和电路，可以看出，这个求和电路实际上是在反相比例运算电路的基础上加以扩展而得到的。

为了保证集成运放两个输入端对地的电阻平衡，同相输入端电阻R4的阻值应为R4=R1∥R2∥R3∥Rf。图7-1-11反相加法运算电路由于“虚断”，i-=0，因此

i1+i2+i3=if

又因集成运放的反相输入端“虚地”，故上式可写为则输出电压为可见，电路的输出电压uo反映了输入电压ui1、ui2和ui3相加所得的结果，即电路能够实现求和运算。如果电路中电阻的阻值满足关系R1=R2=R3=R，则上式成为

按照同样的原则，可以将求和电路的输入端扩充到三个以上，电路的分析方法是相同的。

2.同相加法电路

为了实现同相求和，可将各输入电压加在集成运放的同相输入端，但为了引入一个深度负反馈，反馈电阻Rf仍需接到反相输入端，如图7-1-12所示。

由于“虚断”，i+=0，故对运放的同相输入端可列出以下节点电流方程：

图7-1-12同相加法电路由上式可解得:

其中:R+=R2∥R3∥R4∥R5。

从上面分析可见，电路能够实现同相求和运算。但是，式中R+与各输入回路的电阻都有关，因此，当调节某一回路的电阻以达到给定的关系时，其他各路输入电压与输出电压之间的比值也将随之变化，常常需要反复调节才能将参数值最后确定，估算和调试的过程比较麻烦。此外，由于不存在“虚地”现象，因此集成运放承受的共模输入电压也比较高。在实际工作中，同相求和电路的应用不如反相求和电路广泛。从原理上说，求和电路也可采用双端输入方式，此时，电路的多个输入信号之间同时可以实现加法和减法运算。但是，这种电路参数的调整十分繁琐，实际上很少采用。如果需要同时实现加法和减法运算，则可以考虑采用两级反相求和电路。测试工作任务书MNL4减法电路

1.反相求和的减法电路

图7-1-15所示电路第一级为反相比例放大电路，设Rf1=R1，则uo1=-us1。第二级为反相加法电路，可导出

若R2=Rf2，则上式变为

uo=us1-us2

即实现了两信号us1与us2的相减。图7-1-15反相求和的减法电路

2.差分减法电路

图7-1-16所示电路是反相输入和同相输入相结合的放大电路。

根据虚短和虚断的概念可知:

uP=uN，ui=0，ii=0

并可得到下列方程式：

图7-1-16差分减法电路利用uN=uP，解上面两式可得：

在上式中，若满足Rf/R1=R3/R2，则该式可简化为当Rf=R1时，有

uo=us2-us1

上式表明，输出电压uo与两输入电压之差(us2-us1)成比例，实现了两信号us2与us1的相减，而us2-us1为同一运放的两输入信号之差。因此，该减法电路实际上就是一个差动放大器。

例7-1

电路如图7-1-17所示，集成运放输出电压的最大幅值为±14V，计算电路的输出电压并将结果填入表中。

解

uo1＝(-Rf/R)ui＝－10ui，uo2＝(1+Rf/R)ui＝11ui。当集成运放工作到非线性区时，输出电压不是＋14V，就是－14V。图7-1-17例7-1图

例7-2试求图7-1-18所示各电路输出电压与输入电压的运算关系式。

解

例7-3

求解图7-1-19所示各电路的运算关系。图7-1-18例7-2图图7-1-19例7-3图

解图7-1-19所示的电路为反相求和运算电路。设R3、R4、R5的节点为M，则

例7-4

求解图7-1-20所示各电路的运算关系。图7-1-20例7-4图

解在图7-1-20所示的电路中，A1、A2、A3均组成电压跟随器电路，A4组成反相求和运算电路。A1、A2、A3的输出电压分别为ui1、ui2、ui3。由于在A4组成的反相求和运算电路中反相输入端和同相输入端外接电阻阻值相等，因此

测试工作任务书MNL5积分电路

积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。它是组成计算电路的基本单元，用以实现对微分方程的模拟。同时，积分电路也是控制和测量系统中常用的重要单元，利用其充放电过程可以实现延时、定时以及各种波形的产生。

1.积分电路的组成

电容两端的电压uC与流过电容的电流iC之间存在着积分关系，即，如能使电路的输出电压uo与电容两端的电压uC成正比，而电路的输入电压ui与流过电容的电流iC成正比，则uo与ui之间即可成为积分运算关系。利用理想运放工作在线性区时的“虚短”和“虚断”的特点可以实现以上要求。图7-1-22基本积分电路在图7-1-22中，输入电压通过电阻R加在集成运放的反相输入端，并在输出端和反相输入端之间通过电容C引回一个深度负反馈，即可组成基本积分电路。为使集成运放两个输入端对地的电阻平衡，通常使同相输入端的电阻为R′=R。可以看出，这种反相输入基本积分电路实际上是在反相比例电路的基础上将反馈回路中的电阻Rf改为电容C而得到的。由于集成电路运放的反相输入端“虚地”，因此uo=-uC，可见输出电压与电容两端的电压成正比。又由于“虚断”，运放反相输入端的电流为零，则ii=iC，故

ui=iRR=iCR

式中，电阻与电容的乘积为积分时间常数，通常用符号τ表示，即τ=RC。

如果在开始积分之前，电容两端已经存在一个初始电压Uo(0)，则积分电路将增加一个初始的输出电压Uo(0)，此时

2.输入与输出波形分析

1)输入电压为矩形波

如果在基本积分电路的输入端加上一个矩形波电压，如图7-1-23所示，则由积分电路输出电压表达式可知，当

t≤t0时，ui=0，故uo=0；当t0≤t≤t1时，ui=Ui=常数，则

图7-1-23积分波形此时，uo将随着时间而向负方向直线增长(如图7-1-23所示)，增长的速度与输入电压的幅度Ui成正比，与积分时间常数τ=RC成反比。

当t>t1时，ui=0，由积分式可知，此时uo将保持t=t1时的输出电压值不变。

2)输入电压为正弦波

若ui=Umsinωt，则由积分式可得

此时积分电路的输出电压是一个余弦波，如图7-1-24所示。图7-1-24积分波形

3.积分电路的误差

在实际的积分运算电路中，产生积分误差的原因主要有以下两个方面：

(1)因集成运放不是理想特性而引起。例如，当ui=0时，uo=0，但是由于运放的输入偏置电流流过积分电容，使uo逐渐上升，时间愈长，误差愈大。又如，由于集成运放的通频带不够宽，使积分电路对快速变化的输入信号反应迟钝，使输出波形出现滞后的现象，等等。

(2)因积分电容而引起。例如，当ui回到零以后，uo应保持原来的数值不变，但是由于电容存在泄漏电阻，将使uo的幅值逐渐下降。另外，电容存在的吸附效应也将给积分电路带来误差。

例7-5

积分电路如图7-1-25(a)所示。(1)根据图7-1-25(b)的输入信号波形，画出其输出信号波形；(2)根据图7-1-25(c)的输入信号波形，画出其输出信号波形。图7-1-25例7-5图

解电路如图7-1-25(a)所示，其输出电压为

(1)根据图7-1-25(b)的输入信号波形，画出其输出信号波形如图7-1-25(d)所示。

(2)根据图7-1-25(c)的输入信号波形，画出其输出信号波形如图7-1-25(e)所示。

注意：当输入信号在某一个时间段等于零时，积分器的输出是不变的，保持前一个时间段的最终数值。因为虚地的原因，积分电阻R

两端无电位差，C

不能放电，故输出电压保持不变。测试工作任务书MNL6微分电路

微分是积分的逆运算，将积分电路中R和C的位置互换，即可组成基本微分电路，如图7-1-27所示。

由于“虚断”，流入运放反相输入端的电流为零，则iC=iR，又因反相输入端“虚地”，可得

可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。图7-1-27基本微分电路微分电路可以实现波形变换，例如将矩形波变换为尖脉冲。此外，微分电路也可以起到移相作用，例如，当输入电压为正弦波，即ui=Umsinωt时，则微分电路的输出电压为

因为输出电压uo为余弦波，且其在相位上滞后输入电压ui90°，所以此时微分电路实现了移相作用。电压比较器也是一种常用的模拟信号处理电路。它将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，并将比较的结果输出。比较器的输出只有两种可能的状态：高电平或低电平。在自动控制及自动测量系统中，常常将比较器应用于越限报警、模/数转换以及各种非正弦波的产生和变换。P7M2集成运放非线性应用电路的测试比较器的输入信号是连续变化的模拟量，而输出信号是数字量1或0，因此，可以认为比较器是模拟电路和数字电路的接口。由于比较器的输出只有高电平或低电平两种状态，因此其中的集成运放常常工作在非线性区。从电路结构看，运放经常处于开环状态，有时为了使输入、输出特性在状态转换时更加快速，以提高比较精度，也会在电路中引入正反馈。

根据比较器的传输特性来分类，常用的比较器有过零比较器、单限比较器、滞回比较器及双限比较器等。测试工作任务书MNL1简单电压比较器

1.过零比较器

处于开环工作状态的集成运放是一个最简单的过零比较器，如图7-2-2(a)所示。

由于理想运放的开环差模增益Aod=∞，因此在图7-2-2中，当ui<0时，uo=+Uopp;当ui>0时，uo=-Uopp。其中，Uopp

是集成运放的最大输出电压。图7-2-2过零比较器当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态时，相应的输入电压通常称为阈值电压或门限电平。这种比较器的门限电平等于零，故称为过零比较器。

以上过零比较器采用反相输入方式，如果需要，也可采用同相输入方式。

只用一个开环状态的集成运放组成的过零比较器电路简单，但其输出电压幅度较高。有时希望比较器的输出幅度限制在一定的范围内，例如要求与TTL数字电路的逻辑电平兼容，此时需要加上一些限幅的措施。利用两个背靠背的稳压管实现限幅的过零比较器如图7-2-3所示。图7-2-3限幅过零比较器假设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压两端总的稳定电压值均可近似为UZ，而且Uopp>UZ。

当ui<0时，若不接稳压管，则uo将等于+Uopp，接入两个稳压管后，左边的稳压管将被反向击穿，而右边的稳压管正向导通，于是引入一个深度负反馈，使集成运放的反相输入端“虚地”，故uo=+UZ；若ui>0，则右边稳压管被反向击穿，而左边稳压管正向导通，故uo=-UZ。比较器的传输特性如图7-2-3(b)所示。也可以在集成电路运放的输出端接一个电阻R和两个稳压管来实现限幅。

不难看出，此时过零比较器的传输特性仍如图7-2-2(b)所示。这两个电路的不同之处在于，图7-2-2(b)电路中的集成运放，由于当稳压管反向击穿时引入一个深度负反馈，因此工作在线性区；而图7-2-3(a)电路中的集成运放处于开环状态，所以工作在非线性区。

过零比较器可以将输入的正弦波变换为矩形波。

2.单限比较器

所谓单限比较器，是指只有一个门限电平的比较器，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。单限比较器可用于检测输入的模拟信号是否达到某一给定的电平。单限比较器的电路有多种，其中一种如图7-2-4(a)所示。可以看出，此电路是在图7-2-2(a)所示过零比较器的基础上，将参考电压UREF通过电阻R2也接在集成运放的反相输入端而得到的。由于输入电压与参考电压接成求和电路的形式，因此这种比较器也称为求和型单限比较器。图7-2-4单限比较器由图可见，集成运放的同相输入端通过电阻R′接地，因此，当输入电压变化时，若反相输入端的电位u-=0，则输出端的状态将发生跳变。根据“虚断”的特点，并利用叠加原理可求得此时反相输入端的电位为

由上式可解得门限电平为

此单限比较器的传输特性见图7-2-4(b)。

对比图7-2-4(b)和图7-2-2(b)中的传输特性可知，前面介绍的过零比较器只有一个门限电平，实际上也属于单限比较器的范围，只是这个门限电平等于零而已。

单限比较器还可以有其他电路形式。例如，将输入电压和参考电压分别接到开环工作状态的集成运放的两个输入端，也可组成单限比较器。如果需要，也可在输出端接上背靠背的稳压管实现限幅。测试工作任务书MNL2滞回比较器

单限比较器具有电路简单、灵敏度高等优点，但存在的主要问题是抗干扰能力差。如果输入电压受到干扰或噪声的影响，在门限电平上下波动，则输出电压将在高、低两个电平之间反复地跳变。如在控制系统中发生这种情况，将对执行机构产生不利的影响。

为了解决以上问题，可以采用具有滞回传输特性的比较器。滞回比较器又名施密特触发器，其电路如图7-2-6(a)所示。图7-2-6滞回比较器及其传输特性输入电压经电阻R1加在集成电路运放反相输入端，参考电压UREF经电阻R2接在同相输入端，此外从输出端通过电阻RF引回同相输入端。电阻R和背靠背稳压管的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在±UZ。

在本电路中，当集成运放反相输入端与同相输入端的电位相等，即u+=u-时，输出端的状态将发生跳变，其中u-=ui。

u+则由参考电压UREF及输出电压uo二者共同决定，而uo有两种可能的状态：+UZ或-UZ。由此可见，使输出电压由+UZ跳变为-UZ，以及由-UZ跳变为+UZ所需的输入电压值是不同的。也就是说，这种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状，如图7-2-6(b)所示。现在来估算滞回比较器两个门限电平的值。利用叠加原理可求得同相输入端的电位为

若原来uo=+UZ，当ui逐渐增大时，使uo从+UZ跳变为-UZ所需的门限电平用UT+表示，由上式可知若原来uo=-UZ，当ui逐渐减小时，使uo从-UZ跳变为+UZ所需的门限电平用UT-表示，则

上述两个门限电平之差称为门限宽度或回差，用符号ΔUT表示，由以上两式可求得

由上式可见，门限宽度ΔUT的值取决于稳压管的稳定电压UZ以及电阻R2和RF的值，但与参考电压UREF无关。改变UREF的大小可以同时调节两个门限电平UT+和UT-的大小，但二者之差ΔUT不变。也就是说，当UREF增大或减小时，滞回比较器的传输特性将平行地右移或左移，但滞回曲线的宽度将保持不变。

例7-6

试分别求解图7-2-7所示各电路的电压传输特性。图7-2-7例7-6图

解图7-2-7(a)所示电路为单限比较器，uo＝±UZ＝±8V，UT＝－3V。其电压传输特性如图7-2-8(a)所示。

图7-2-7(b)所示电路为过零比较器，UoL＝－UD＝－0.2V，UoL＝＋UZ＝＋6V，UT＝0V。其电压传输特性如图7-2-8(b)所示。

图7-2-7(c)所示电路为反相输入的滞回比较器，uo＝±UZ＝±6V。令

求出阈值电压为UT1＝0V，

UT2＝4V。

其电压传输特性如图7-2-8(c)所示。

图7-2-7(d)所示电路为同相输入的滞回比较器，uo＝±UZ＝±6V。令

得出阈值电压为UT1=1.5V，UT2=7.5V。其电压传输特性如图7-2-8(d)所示。

图7-2-7(e)所示电路为窗口比较器，uo＝±UZ＝±5V，±UT＝±3V。其电压传输特性如图7-2-8(e)所示。

图7-2-8例7-6图的相关传输特性测试工作任务书MNL3方波发生器

1.工作原理

(1)假设接通电源时，uo=UZ，由于电容不带电，UZ一方面通过电阻R1对电容C进行充电，另一方面通过电阻R2、R3进行分压，产生了集成运放同相输入端对地电位，即

。此时电容两端的电压将由零逐渐上升(此时uC上正下负)，在时，输出uo始终为UZ。

(2)当且仅当时，uo跳变为-UZ，跟着变化的是，由于此时电容两端的电压要比反相输入端的