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1、二、指数（反对数）运算器,反对数（指数）运算器,等效框图：,三、乘法器(Multiplier)和 除法器(Divider),基本原理：,图717乘法器和除法器 (a)乘法器；(b)除法器,u02,u01,u03,比例运算电路,微积分运算电路,加减运算电路,其他运算电路,小结,7-1-6 V/I变换和I/V变换,一、电压源电流源变换电路(V/I变换),图7-18 V/I变换电路,设R1R3=R2R4，则,(724),可见，负载电流IL与ui成正比，且与负载ZL无关。,二、电流源电压源变换电路(I/V变换),图7-19 将光电流变换为电压输出的电路,图720所示电路，是用来测量大电流的实际电路。图
2、中R3(=0.01)为电流采样电阻。由于运放输入电流极小，负载电流IL全部流经R3，产生的采样电压U3=R3IL。运放输出加到场效应管栅极，构成深度负反馈，故利用“虚短路”特性，有U+=U-,即,而场效应管漏极电流ID等于源极电流IS，输出电压Uo 为,(725),图7-20 测量大电流IL的电路,精密整流电路是由于硅二极管的起始导通电压约为0.7V，用它来进行整流，会产生很大的误差的缘故而提出对小信号电压进行整流，若采用由集成运放组件和二极管组成的如图所示整流电路就可完成对微弱信号进行半波精密整流。,7-3-1 精密整流电路,0.7V,精密半波整流电路,ui =0时 uO =0 D1、D2
3、uO=0,ui 0时 uO 0 D1 、D2 uO=0,ui 0 D1 、D2 , uO= -(Rf / R1)ui,工作原理：,输入正弦波,输出半波,如果需要对小信号进行绝对值运算，可采用下图所示电路。,精密全波整流电路,精密全波整流电路,(1)当ui0时，uo1=- ui, uo= - ui -2uo1=- ui +2ui = ui ,(2)当ui0时，uo1=0, uo =- ui =-(-| ui |)=| ui |。所以,图 整流电路波形,精密全波整流电路,仪器放大器是用来放大微弱差值信号的高精度放大器。,特点：KCMR很高、 Ri 很大， Av 在很大范围内可调。,三运放仪器放大器
4、,由,得,由,得,由减法器A3得：,若R1 = R2 =R、 R3 = R5 、 R4 = R6,整理得,(1) 当uiuo时，uo10，二极管开关V导通，C充电，且整个电路(A1、A2)构成跟随器， uo =uCui，输出跟随ui增大； (2) 当ui uo时， uo1 0，V截止，A2输入阻抗很大，C无放电回路，故uo=uC，处于保持状态。这样，即可以实现峰值检波。,峰值检波电路,图746 峰值检波及电路 (a)波形；(b)电路,在计算机实时控制和非电量的测量系统中，通常要将模拟量转换为数字量。由于模拟量为时间的连续函数，用数字方法表示模拟量时不可能将模拟量每一瞬时的数值都表示出来，而只能
5、按控制信号的周期对模拟量进行定期采集，使输出准确地跟随输入信号的变化，并将采集的信号保存一段时间（以便在这段时间内转换为数字信号），直至下一个采集命令到达再重新进行采集。,取样保持电路,2. 工作原理,1. 电路,采样阶段： uG为高电平， S 闭合(场效应管导通)， ui对存储电容C充电， uo= uC = ui 。,保持阶段： uG为 0， S 断开(场效应管截止)，输出 保持该阶段开始瞬间的值不变。,采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。,取样保持电路,ui,uo,u,0,t,(b) 输入输出信号波形,当控制信号u为高电平时，开关闭合，电路处于采样周期。这时ui对存储电容元件C充电，u
6、0=uc=ui，即输出电压跟随输入电压的变化（运算放大器接成跟随器）。当控制电压变为低电平时，开关断开，电路处于保持周期。因为电容元件无放电回路，故uo=uc。输入、输出波形如图,ui,uo,u,0,t,(b) 输入输出信号波形,控制信号,取样保持电路,uC=ui (ui uC, C充电， ui uC,C放电)。,取样保持电路,图747取样保持电路 (a)模型； (b)电路,电压比较器的功能： 电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的 大小和极性。,用途： 数模转换、数字仪表、自动控制和自动检
7、测等技术领域，以及波形产生及变换等场合 。,运放工作在开环状态或引入正反馈。,7-4 非线性电路应用-电压比较器,图748 电压比较器的符号及传输特性,电路中的运放处于非线性状态。,运放电路中没有负反馈，运放处于非线性状态。,一. 单限电压比较器,特点：运放处于开环状态。,当ui UR时 , uo = +Uom 当ui UR时 , uo = -Uom,1、ui从同相端输入,UR,当ui UR时 , uo = -Uom,2、 ui从反相端输入,3、过零比较器: (UR =0时),图749 输出限幅电路,图749 输出限幅电路,例：利用电压比较器将正弦波变为方波。,电路改进：用稳压管稳定输出电压。
8、,脉宽调制器 若参考信号ur为三角波，而输入信号ui为缓变信号，如经传感器变换的温度、压力等信号，则随着ui的变化，输出矩形波的脉宽也随之变化。所以，开环比较器还可实现脉宽调制,图750过零比较器及脉宽调制器输出波形 (a)过零比较器整形波形；(b)脉宽调制器输出波形,二. 滞回比较器（迟滞比较器） 单限比较器电路简单，灵敏度高，但其抗干扰能力差。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跳变，如下图。若用此输出电压控制电机等设备，将出现误操作。为解决这一问题，常采用滞回电压比较器。,存在干扰时，单限比较器的输出、输入波形,上门限电压,下门限电压
9、,3、当uo负饱和时(uo =-Uo(sat) ：,门限电压受输 出电压的控制,R2,(1)反相滞回比较器,1、因为有正反馈，所以输出饱和。,2、当uo正饱和时(uo =+UO(sat) ：,设ui , 当ui = U- uo从-UO(sat) +UO(sat),这时, uo =-UO(sat) , U+= U-,设初始值: uo =+UO(sat) , U+= U+ 设ui , 当ui = U+, uo从+UO(sat) -UO(sat),(U+ - U-)为回差,上门限电压 U+ ： ui 逐渐增加时的门限电压,下门限电压U- ui 逐渐减小时的门限电压,两次跳变之间具有迟 滞特性滞回比较
10、器,例：迟滞比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形。,A,2019/10/23,40,图752迟滞比较器电路及传输特性,鉴别不 灵敏区,UTL,UTH,U,电路改进：用稳压管稳定输出电压。,2019/10/23,41,图753迟滞比较器输出波形,改变参考电压UR，可使传输特性沿横轴移动。,当参考电压UR不等于零时,滞回电压比较器通过引入上、下两个门限电压，以获得正确、稳定的输出电压。 电压比较器有两个门限电平，故传输特性呈滞回形状 。,图752迟滞比较器电路及传输特性,鉴别不 灵敏区,引入正反馈，边沿变陡。,UTL,UTH,U,图754同相输入迟滞比较器及其传输特性,(2)同相滞回比较器,图
11、滞回比较器的传输特性,【例】同相滞回比较器其上、下阈值及输入波形如图所示, 其中虚线三角波是未受干扰时的输入波形, 实线是受干扰后的输入波形, 请画出受干扰后的输出电压波形。,解 图 7 - 37(a)是同相滞回比较器, 根据其传输特性可知, 当其输出低电平时, 只有在输入电压高于上阈值后, 输出才能跳变成高电平；反之, 当其输出高电平时, 只有在输入电压低于下阈值后, 输出才能跳变成低电平。,图 7 64 例4输入、 输出波形,7.4.3 窗口比较器,图7 65 窗口比较器,当uIUA时, uO1为高电平,VD1导通; uO2为低电平,VD2截止, 即uO=uO1=UOH。 当uIUB时,
12、uO1为低电平, VD1截止; uO2为高电平,VD2导通, 即uO=uO2=UOH。 当UBuIUA时, uO1=uO2=UOL, 二极管VD1、VD2均截止, uO=0V, 其传输特性如图7 - 42(b)所示。 ,窗口比较器电路如图7 - 42(a)所示。 其工作原理如下:,图762 双向过压检测电路,集成电压比较器内部电路的结构和工作原理与集成运算放大器十分相似, 但由于用途不同, 集成电压比较器有其固有的特点: (1) 集成电压比较器, 可直接驱动TTL等数字集成电路器件。 (2) 一般集成电压比较器的响应速度比同等价格集成 运放构成的比较器的响应速度要快。 (3) 为提高速度, 集
13、成电压比较器内部电路的输入级工作电流较大。,解：对图（1） 上门限电压,下门限电压,例：电路如图所示，Uo(sat) =6V，UR = 5V， RF = 20k，R2 =10k，求上、下门限电压。,（1）,（2）,解：对图（2）,例：电路如图所示，Uo(sat) =6V，UR = 5V， RF = 20k，R2 =10k，求上、下门限电压。,（1）,（2）,（1）,（2）,定义：回差电压,与过零比较器相比具有以下优点： 1. 改善了输出波形在跃变时的陡度。 2. 回差提高了电路的抗干扰能力，U越大，抗干扰 能力越强。,结论： 1. 调节RF 或R2 可以改变回差电压的大小。 2. 改变UR可以
14、改变上、下门限电压， 但不影回差 电压U。,电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。,3-4 积分电路如图1所示，其输出积分波形如图2中曲线1，若 只将电路中电容C 的容量增加，其余条件不变，则该电路 的积分曲线将变为 。,(a) 曲线2,(b) 曲线3,(c) 曲线4,a,3-7 串联电压负反馈对放大电路输入电阻影响的是 ， 对放大电路输出电阻的影响是 。 (a) 增大, 减小 (b) 减小, 增大 (c) 减小, 减小 (d) 增大, 增大 3-8 并联电流负反馈对放大电路输入电阻影响的是 ， 对放大电路输出电阻的影响是 。 (a) 增大, 减小 (b)
15、 减小, 增大 (c) 减小, 减小 (d) 增大, 增大,a,b,3-9 理想运算放大器的“虚断路”是指 ， “虚地”是指 ， “虚短路”是指 。 3-10 理想运放的主要参数有 。 3-11 闭环放大倍数 Af 与开闭环放大倍数 A 及反馈系数 F 的 关系为 。,流入运放的电流为零,u+= u,同相输入端接地时，反相输入端可看作地电位,AU0 、r i 、 r o 、 KCMRR,Af = A/(1+AF),3-12 为了稳定输出电流, 提高 输入电阻，应在放大电路 中引入 反馈。,电流串联负,3-13 右图电路中所引入的反馈 类型为 。,电压并联负反馈,3-15 积分运算电路如右上图, R1=100k, C =2F, 初始状态uo = 0, 计算加入信号ui （波形如右下
