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1、第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路本章主要内容：本章主要内容： 3 3集成运放在信号运算、信号处理及信号产生方面的应用。集成运放在信号运算、信号处理及信号产生方面的应用。1 1集成运放的组成及主要参数；集成运放的组成及主要参数；2 2理想集成运放两种工作方式的主要特点和分析方法；理想集成运放两种工作方式的主要特点和分析方法；1.1.理想运放理想运放“虚短虚短”、“虚断虚断”的含义；的含义；2.2.集成运放两种工作状态的特点和分析方法；集成运放两种工作状态的特点和分析方法；3.3.各种信号发生电路、比较电路的原理。各种信号发生电路、比较电路的原理。本章重点：本章重点： 荣雅君模拟与数
2、字电子技术第四章集成运算放大器一、集成运算放大器电路简介一、集成运算放大器电路简介集成运算放大器（简称集成运放）是一种多级放大电路，集成运算放大器（简称集成运放）是一种多级放大电路，性能理想的运放实际上是一种具有高开环放大倍数、高性能理想的运放实际上是一种具有高开环放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、工作点漂移小并具有深度负反输入电阻、低输出电阻、工作点漂移小并具有深度负反馈的多级直接耦合放大器。馈的多级直接耦合放大器。第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路 第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述电路设计特点：电路设计特点：l级间采用直接耦合方式级间采用直接耦合方式l利用对称结构改善
3、电路性能利用对称结构改善电路性能荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器p集成运算放大器内部组成框图。集成运算放大器内部组成框图。 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述采用差分放大采用差分放大电路构成，电路构成，第一级放大第一级放大采用共射极放采用共射极放大电路，提供大电路，提供足够大的电压足够大的电压放大倍数放大倍数采用共集电极放大采用共集电极放大电路或功放中的互电路或功放中的互补对称电路。提供补对称电路。提供足够大的输出功率足够大的输出功率满足负载需要，满足负载需要，提供稳定合适提供稳定合适的偏置电流。的偏置电流。荣雅君模拟与数字电子
4、技术第四章集成运算放大器p1输入级p采用差分放大电路构成。具有对称性好、输入电阻高、可以有效减小零点漂移、抑制干扰信号等优点，因此可以有效放大有用信号。p 2中间级p为整个电路提供足够大的电压放大倍数。一般采用共射级放大电路，集电极电阻用晶体管恒流源代替，恒流源的动态电阻很大，可以获得较高的电压放大倍数。p 3输出级p 输出级与负载连接，主要作用是提供足够的输出功率（即足够大的电流和电压）以满足负载的需要。要求其输出电阻低，带负载能力强。一般由射级输出器或互补对称电路构成。p4偏置电路p为整个电路提供稳定的和合适的偏置电流。偏置电路是由各种恒流源电路组成。还有过载保护电路，可以防止输出电流过大
5、时将运放烧坏。第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器 输入方式输入方式: 反相输入反相输入 同相输入（共模输入）同相输入（共模输入） 差分输入（混合输入）差分输入（混合输入）反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端uouu+ud+Ao+集成运放的国标图形符号集成运放的国标图形符号100 dB238 715 46uu+uo+UCCUEEF007 的外部接线和管脚图的外部接线和管脚图荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器国际流行符号国际流行符号国标符号国标符号具有电源引脚具有电源引脚的集
6、成运放国的集成运放国际流行符号际流行符号 荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器运运算算放放大大器器外外形形图图荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器二、集成运算放大器的主要参数二、集成运算放大器的主要参数 三个概念三个概念1.1.1.1.反馈反馈反馈反馈 将电路的输出量将电路的输出量( (电压或电流电压或电流) )的一部分或全部，的一部分或全部，以一定的方式通过某种电路（反馈）回送到输入端或输以一定的方式通过某种电路（反馈）回送到输入端或输入回路，去影响输入量（电流或电压），以改善放大电入回路，去影响输入量（电流或电压），以改善放大电路的某些性能。路的某些性能。输入输入 输出输出
7、 放大电路放大电路 反馈网络反馈网络若反馈信号若反馈信号增强增强净输入信号输出信号得到提高净输入信号输出信号得到提高正反馈；正反馈；若反馈信号若反馈信号削弱削弱净输入信号输出信号得到削弱净输入信号输出信号得到削弱负反馈；负反馈； 荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器闭环闭环闭环闭环放大电路的输入回路与输出回路之间放大电路的输入回路与输出回路之间放大电路的输入回路与输出回路之间放大电路的输入回路与输出回路之间有有有有联系，即联系，即联系，即联系，即有反馈时；有反馈时；有反馈时；有反馈时；开环开环开环开环放大电路的输入回路与输出回路之间放大电路的输入回路与输出回路之间放大电路的输入回路与输
8、出回路之间放大电路的输入回路与输出回路之间无无无无联系，即联系，即联系，即联系，即无反馈时。无反馈时。无反馈时。无反馈时。荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器p1. 开环电压放大倍数（开环电压增益）开环电压放大倍数（开环电压增益）Auo 在输出端在输出端开路开路，无外接反馈电路无外接反馈电路时，两个输入时，两个输入端加电压输入信号，此时测出的差模电压放大倍数，端加电压输入信号，此时测出的差模电压放大倍数，称为称为开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数，简称开环电压放大倍数，简称开环电压放大倍数，一般用分贝表示。一般用分贝表示。pAuo 越高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越越高，
9、所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。高。p理想情况下，理想情况下， Auouu+Ao+荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器2. 开环差模输入电阻开环差模输入电阻rid 集成运放加入集成运放加入差模信号差模信号时的时的开环等效输入电阻开环等效输入电阻。表征了输入级从信号源取用电流的大小，其值越大越好。表征了输入级从信号源取用电流的大小，其值越大越好。3. 开环输出电阻开环输出电阻ro 没有外接反馈电路时，没有外接反馈电路时，输出级的输出电阻输出级的输出电阻。表征了集成运放带负载的能力，其阻值越小越好。表征了集成运放带负载的能力，其阻值越小越好。荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放
10、大器4. 输入失调电压输入失调电压uio实际的集成运放中，当输入电压为零时，输出电压不等于零，实际的集成运放中，当输入电压为零时，输出电压不等于零，为使输出电压为零，须在输入端加补偿电压，该补偿电压就称为使输出电压为零，须在输入端加补偿电压，该补偿电压就称为为输入失调电压输入失调电压。它表征了输入级差分对管（或）不对称的程。它表征了输入级差分对管（或）不对称的程度，一般在毫伏级。度，一般在毫伏级。5. 最大输出电压最大输出电压UOM能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压。能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压。6. 共模抑制比共模抑制比KCMRR它表示集成运放的差模放大
11、倍数和共模电压放大倍数之比的它表示集成运放的差模放大倍数和共模电压放大倍数之比的绝对值，即：绝对值，即： KCMRR 越大，说明运算放大器抑制共模信号的性能越好。越大，说明运算放大器抑制共模信号的性能越好。 荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器 理想运放的主要条件：理想运放的主要条件：(1) 开环放大倍数：开环放大倍数：Ao(2) 开环输入电阻：开环输入电阻：ri(3) 开环输出电阻：开环输出电阻：ro0(4) 共模抑制比：共模抑制比：KCMRRuouu+ud+ 理想运放的图形符号理想运放的图形符号三、理想集成运放的技术指标及符号三、理想集成运放的技术指标及符号 第四章第四章 集成运算
12、放大电路集成运算放大电路第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器四、集成运算放大器的电压传输特性四、集成运算放大器的电压传输特性两个工作区两个工作区线性工作区线性工作区和非线性工作区和非线性工作区1线性工作区线性工作区+UO(sat)UO(sat)理想特性理想特性实际特性实际特性Ouou+ u-第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述或或荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器 集成运放处于线性区的特点集成运放处于线性区的特点uo+ui1Rfuu+i1if（1）“虚短虚短” 集成运放两个输入端的电
13、压近似集成运放两个输入端的电压近似相等，即相等，即u+ u- 。特殊情况：反相端有信号输入时，同相输入端接特殊情况：反相端有信号输入时，同相输入端接“地地” 反相输入端是一个不接反相输入端是一个不接“地地”的的“地地”电位，电位，通常称为通常称为“虚地虚地” ui2荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器（2）“虚断虚断” 流进集成运放两流进集成运放两个输入端的电流近似等于零，即个输入端的电流近似等于零，即 i+i-0 。p原因：由于集成运放开环差模输入原因：由于集成运放开环差模输入电阻很高（理想时电阻很高（理想时）p理想的集成运放理想的集成运放无论工作在线性区无论工作在线性区还是非线性区
14、还是非线性区，“虚断虚断”现象总是现象总是存在的。存在的。第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述uo+ui1Rfuu+i1ifui2荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器（1）（2）集成运放两个输入端电压）集成运放两个输入端电压u+与与 u不一定相等，即不一定相等，即“虚短虚短”的结论不一定成立。的结论不一定成立。（3）集成运放输入电流仍等于零集成运放输入电流仍等于零。即即“虚断虚断”现象仍然存在。现象仍然存在。2. 非线性工作区（饱和状态）非线性工作区（饱和状态）处于开环或正反馈时处于开环或正反馈时当当 u+ u时：时：uo = + U
15、O(sat)当当 u+u时：时：uo =UO(sat) 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述uo+ui1uu+ui2荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器如何判断理想集成运放的工作状态？如何判断理想集成运放的工作状态？集成运放电路连接方式：集成运放电路连接方式：1.1.开环：开环：2.2.正反馈：正反馈：3.3.负反馈负反馈 判断方法：判断方法：u集成运放电路开环集成运放电路开环非线性工作区非线性工作区u用无源网络连接输出端和同相输入端用无源网络连接输出端和同相输入端正反馈，非线性工作区正反馈，非线性工作区u用无源网络连接输出端和反相输
16、入端用无源网络连接输出端和反相输入端负反馈，线性工作区负反馈，线性工作区荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器uo+R1uiRfRpuu+请判断有无反馈请判断有无反馈荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器如何分析集成运放电路？如何分析集成运放电路？（1）分析判断集成运放的工作状态（有无反馈？反）分析判断集成运放的工作状态（有无反馈？反馈的极性？）；馈的极性？）；（2）根据集成运放在线性区和非线性区的特点分析）根据集成运放在线性区和非线性区的特点分析具体电路和输入输出关系。具体电路和输入输出关系。荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器(一一) 比例运算电路比例运算电路(1) 反
17、相比例运算电路反相比例运算电路u= u += 0uo+R1uiRfRpuu+虚地虚地i1ifi1 = ifuiR1= =uoRfuo =f1ui闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 Af第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器平衡电阻平衡电阻当当 Rf = R1 时：时： uo = ui反相器反相器uo+R1uiRfRpuu+平衡电阻平衡电阻: Rp = R1 / Rf平衡电阻的作用平衡电阻的作用：保证集成运放的同相输入端和反相输入端：保证集成运放的同
18、相输入端和反相输入端的外接电阻相等，以消除静态基极电流对输出电压的影响。的外接电阻相等，以消除静态基极电流对输出电压的影响。第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路(2) 同相比例运算电路同相比例运算电路uo+R1RpuiRfuu+i1ifu= u + = uiif = i1u uo Rf= -= -uR1
19、uo=RfR1 ) ui(1 +平衡电阻平衡电阻: RP = R1 / Rfuo+ui闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 Af当 电压跟随器电压跟随器 再令再令 荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路(二二) 加法运算电路加法运算电路1.反相加法运算电路反相加法运算电路 uo+R12RFRpR11ui1ui2R13ui3当 荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的
20、运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路2.同相加法运算电路同相加法运算电路 元件参数：元件参数：保保证电路能路能够补偿输入入偏置偏置电流、失流、失调电流及其漂流及其漂移的影响。移的影响。 应用叠加原理可知，用叠加原理可知， 可由可由和和两个两个电压源源单独作用的叠加求出：独作用的叠加求出： 单独作用独作用时，令令 单独作用独作用时，令，令 荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器根据根据 “虚短虚短”现象，象，而，而 所以所以输出出电压为： 若若选取取 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信
21、号的运算电路模拟信号的运算电路两个两个电压源共同作用源共同作用时，荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路(三三) 减法运算电路减法运算电路R3uo+R1RfR2ui1ui21应用集成运放中用集成运放中“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点。的特点。 当当和和 当当荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路2
22、应用叠加原理求解应用叠加原理求解 R3uo+R1RfR2ui1ui2当当ui1单独作用时单独作用时:+R3uo+R1RfR2ui1R3uo+R1RfR2ui2uo=f1ui1 当当 ui2 单独作用时单独作用时:uo= (1+RfR1 ) u+uu+u+ =R3R2+R3ui2= (1+RfR1 ) R3R2+R3ui2荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器则：则： uo = uo + uoRfR1 ) = (1 +R3R2+R3ui2 ui1f1当当=f132时：时：uo=f1(ui2ui1)平衡电阻平衡电阻: : R2 / R3= R1 / RfR3uo+R1RfR2ui1ui2第四
23、章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器例例4-3 图图4-10示电路是具有四个输入电压的双端输入和差运算电示电路是具有四个输入电压的双端输入和差运算电路。应用叠加原理求解的输出电压和输入电压之间的关系式。路。应用叠加原理求解的输出电压和输入电压之间的关系式。解：若令解：若令则该电路成路成为同相加法运算同相加法运算电路，路， 式中，式中， 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信
24、号的运算电路模拟信号的运算电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器若令若令则电路成路成为反相加法运算反相加法运算电路路若令若令第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器练习题练习题1.设计运算电路实现：设计运算电路实现： uo=-3uiuo+R1uiRfRp荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器2.求解下图所示电路的运算关系求解下图所示电路的运算关系反相比例运算电路反相比例运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路荣雅君模拟与数字电子技术
25、第四章集成运算放大器将将uo1代入代入uo2的表达式，可得的表达式，可得荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器3.设计运算电路实现：设计运算电路实现： uo=2ui1-ui2荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路(四四) 积分运算积分运算u = u+ = 0uC = uuo =uoif = i1 i1 =uiR1if = CduCdt =Cduodtuo =ui dt1R1C平衡电阻平衡电阻: : R2 = R10uotUi t1R1CUO
26、（sat）(b) 波形波形uo+CuiR1uu+R2i1if+ uC(a) 电路电路0uitUi荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器(五五) 微分运算电路微分运算电路u= u+ = 0uC = uiif = i1i1 = CduCdtif =uoRfuo =Rf Cduidt平衡电阻平衡电阻: : R2 = Rf0uot(b) 波形波形ifi1+ uCuo+CuiRfuu+R2(a) 电路电路0uitUi第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放
27、大器基本微分基本微分电路存在的路存在的缺点缺点：输出端可能出出端可能出现输出噪声淹没微分信号的出噪声淹没微分信号的现象；象；由于由于电路中的反路中的反馈网网络构成的构成的 RFC 滞后环节，它与集成运算放滞后环节，它与集成运算放大器的滞后环节合在一起，使电路的稳定储备减小，电路容易引大器的滞后环节合在一起，使电路的稳定储备减小，电路容易引起自激振荡；起自激振荡；突变的输入电压可能造成突变的输入电压可能造成 uo 超过集成运算放大器所允许的超过集成运算放大器所允许的最大输出电压，以至于产生堵塞最大输出电压，以至于产生堵塞现象，造成自锁状态现象，造成自锁状态, 使电路使电路不能正常工作。不能正常工
28、作。改改进型的微分运算型的微分运算电路路第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器例例4-7 4-7 试求求图所示所示电路的路的与与的关系式。的关系式。 此此电路是一个反相比例运算和微分运算相路是一个反相比例运算和微分运算相结合的合的电路，因此称路，因此称为比例比例微分微分调节器（器（简称称PD调节器），用于控制系器），用于控制系统中，使中，使调节 过程起到加速作用。程起到加速作用。 解解 由图可列出由图可列出第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放
29、大电路第二节第二节第二节第二节 模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路模拟信号的运算电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器p一、电压比较电路一、电压比较电路p基本功能基本功能：对输入模拟电压进行比较和鉴别：对输入模拟电压进行比较和鉴别,根据输入模根据输入模拟电压是大于还是小于给定的参考电压来决定电路的输出拟电压是大于还是小于给定的参考电压来决定电路的输出状态状态,也可以由比较电路的输出状态来判断输入电压的大也可以由比较电路的输出状态来判断输入电压的大小，故称为小，故称为电压比较器电压比较器。 p构成比较器的集成运放一般接成构成比较器的集成运放一般接成开环或正反馈状态开
30、环或正反馈状态，使其，使其工作于工作于非线性区非线性区。 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器(一一) 基本电压比较器基本电压比较器反相反相输入端入端输入模入模拟电压 ， 同相同相输入端接参考入端接参考电压第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路反相输入的基本比较电路反相输入的基本比较电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器1过零比较电路过零比较电路 当参考当参考电压时，即上，即上
31、图中的同相中的同相输入端通入端通过电阻阻R1接地，接地，与参考与参考电压（此（此时参考参考电压为零零电压）进行比行比较。当。当时，其，其值接近接近负电源源电压；当；当输入信号入信号时，则有有，其值接近正电源电压。，其值接近正电源电压。 传输特性传输特性 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器在过零比较电路中，若输入电压在过零比较电路中，若输入电压 为正弦正弦电压，理想情况下的，理想情况下的输出出电压 为方波，且为方波，且 的频率相同。的频率相同。和和第四章第四章 集成运
32、算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器是正弦波的周期，且是正弦波的周期，且例例4-9 4-9 电路如路如图所示，所示，输入入电压为正弦波，正弦波，电路的路的时间常数常数，试画出画出和和的波形。的波形。解；反相解；反相输入端的参考入端的参考电压为零，而同相零，而同相输入端接入端接输入入电压 ，此此时的的电路路为一同相一同相输入入过零比零比较器。若器。若输入入电压为正弦波，正弦波，则同相同相输入入过零比零比较电路的路的输出出电压为矩形波，并且其极性与矩形波，并且其极性与输入入电压相同。相同。
33、第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器集成运算的集成运算的输出端接出端接积分分电路，由路，由积分分电路路对输出出电压电路的路的时间常数很大，常数很大，接近三角波。接近三角波。 进行行积分，由于分，由于电容的充放电的时间很长，所以电容的充放电的时间很长，所以经积分后的分后的输出出电压第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器2. 2. 任意电平比较器任
34、意电平比较器当参考当参考电压时，则为任意任意电平比平比较电路。路。门限限电压，反相，反相输入端接入入端接入输入入电压 ,输出端通出端通过限流限流电阻阻R接在特性相同的的接在特性相同的的稳压管管VS1和和VS2上（上（稳定定输出出电压，并限制幅度）。，并限制幅度）。在同相输入端加上参考电压在同相输入端加上参考电压；当；当时，则。其中。其中为稳压对管的管的稳定定输出出电压。稍大于稍大于时，则有有稍小于稍小于第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器为正、正、负半周半周宽度不等的
35、矩形波度不等的矩形波输出电压输出电压当输入电压当输入电压为正弦正弦电压时，第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器输入电压输入电压 和参考基准电压和参考基准电压 都接在集成运放的反相都接在集成运放的反相输入端，入端，同相同相输入端入端经平衡平衡电阻阻 接地（接地（ ）。根据电路的）。根据电路的特点，可知在特点，可知在3. 3. 基准电压比较器基准电压比较器 时，电路路输出出电压的状的状态在在发生生变化化第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节
36、 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器（3 3） 在在 过过 时的跃变方向决定于时的跃变方向决定于 作用于集成运放的作用于集成运放的哪个输入端哪个输入端（2 2）写出集成运放同相输入端、反相输入端电位）写出集成运放同相输入端、反相输入端电位 的表达的表达式，令式，令 ，解得的输入电压就是门限电压、阈值电压解得的输入电压就是门限电压、阈值电压（1 1）通过研究集成运放输出端所接的限幅电路来确定电压比较器）通过研究集成运放输出端所接的限幅电路来确定电压比较器的输出低电平的输出低电平 和输出高电平和输出高电平 分析电压传输特性的方法：分析电压传
37、输特性的方法：荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器例题例题：下图：下图1 1所示电路中，稳压管的稳定电压所示电路中，稳压管的稳定电压 ；在图在图2 2所示电路中，所示电路中， ，基准电压，基准电压 ，稳压管的稳定电压稳压管的稳定电压 ；它们的输入电压均为图；它们的输入电压均为图3 3所示的三角波。所示的三角波。试分别画出两电路输出电压的波形。试分别画出两电路输出电压的波形。图图1图图2图图3荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器二、施密特比较器二、施密特比较器 单限比较器单限比较器优点：电路简单、灵敏度高；缺点：抗干扰能优点：电路简单、灵敏度高；缺点：抗干扰能力差。力差。施密特比
38、较电路：改进单限比较器。施密特比较电路：改进单限比较器。在开环比较器的基础在开环比较器的基础上增加由电阻构成的正反馈环节（又称施密特触发电路）。上增加由电阻构成的正反馈环节（又称施密特触发电路）。 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器 输出出电压故故将随将随取取值的不同而相的不同而相应取不同取不同值。 当当时，电路的路的输出出；当；当时，电路的路的输出出为使使输出出电压由由跳跳变到到，以及由，以及由跳到跳到所需的所需的输入入电压是不同的，也就是是不同的，也就是这种比种
39、比较器有两个不同的器有两个不同的门限限电平。平。第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器设电路的初始状路的初始状态为 集成运算放大器同相集成运算放大器同相输入端的入端的电压也也变为：稍大于稍大于时，电路的路的输出出电压的状的状态就由就由转换到到,由于由于电路中正反路中正反馈的作用，的作用，电路路输出出电压的状的状态转换非常迅速。非常迅速。同理，电路的输出状态转换成同理，电路的输出状态转换成 后，后，当当减小到稍小于减小到稍小于时，电路的路的输出出电压就由就由转换到到第四章
40、第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器其中其中称上称上门限限电压，称下称下门限限电压。和和之差之差 称称为回差回差电压。 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器2)改改变参考电压参考电压 的大小，上和下门限电压同时改变，的大小，上和下门限电压同时改变，但回差但回差电压不变，也就是说，当电压不变，也就是说，当 增大或者减小时，滞回比较器的增大或者减小时，
41、滞回比较器的传输特性将平行地右移或者左移，但滞回曲线的宽度保持不变传输特性将平行地右移或者左移，但滞回曲线的宽度保持不变；说明：说明： 1)回差回差电压的大小取决于的大小取决于稳压管的管的稳压电压和正反和正反馈网网络中的中的 ，而与参考，而与参考电压无关；无关；3)由于回差电压的存在，施密特比较器具有较强的抗干扰能力。由于回差电压的存在，施密特比较器具有较强的抗干扰能力。第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器例例4-11 4-11 稳压管的管的稳定定电压试求两个求两个门
42、限限电压，并画出，并画出的波形。的波形。解：解： 上门限电压：上门限电压： 下门限电压为下门限电压为: 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第三节第三节第三节第三节 信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器一、方波产生电路一、方波产生电路 特点特点：与滞回比较器相比较，方波发：与滞回比较器相比较，方波发生器去掉了反相输入端的信号而改接生器去掉了反相输入端的信号而改接了电容
43、了电容C ，并增加了反，并增加了反馈电阻阻RF2。 应用比较器可以产生方波，但比较器应用比较器可以产生方波，但比较器需要有输入信号时才能产生方波信号需要有输入信号时才能产生方波信号输出，而图中所示的方波发生器不需输出，而图中所示的方波发生器不需要输入信号就能产生方波。要输入信号就能产生方波。第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第四节第四节第四节第四节 信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器1. 1. 工作原理工作原理 此方波产生电路通过使此方波产生电路通过使RC电路反复充路反复充电和放和放电，来，来实现电路中滞回比路中滞回比较器器
44、输出的高低出的高低电平平转换，最后在滞回比，最后在滞回比较器的器的输出端得到一个高低出端得到一个高低电平周期性交替的方波。平周期性交替的方波。滞回比较器的滞回比较器的两个门限电压两个门限电压分别是：分别是： 初始状初始状态为第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第四节第四节第四节第四节 信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器由于反向由于反向输入端入端电容容C的电压不能跃变，在此期间输出电压的电压不能跃变，在此期间输出电压通通过反反馈电阻阻RF1向电容向电容C充电，充电，uc上升，当上升，当uc上升到稍大于上升到稍大于UT1时，在正反
45、馈的作用下，输出电压时，在正反馈的作用下，输出电压uc将由将由+UZ迅速转换为迅速转换为-UZ，电容电容C充电的电压充电的电压uc达到最大值。达到最大值。此时此时此此时电容容C又要通过电阻又要通过电阻RF1放放电， uc开始下降，当开始下降，当uc下降到稍小于下降到稍小于UT1时，输出电压时，输出电压uc将由将由-UT1迅速转换迅速转换为为+UT1。第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第四节第四节第四节第四节 信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器2振荡周期和频率振荡周期和频率 由由电容充放容充放电的的过渡渡过程，可求出程，可求出
46、输出出电压uc的周期的周期T，也就，也就是电路的振荡周期是电路的振荡周期T和频率和频率f。电容电容C充电开始到输出电压状态由充电开始到输出电压状态由+UZ转换为转换为-UZ的时间记为的时间记为T1而电容而电容C放电开始到输出电压状态放电开始到输出电压状态由由-UZ转换为转换为+UZ的时间记为的时间记为T2第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第四节第四节第四节第四节 信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器二矩形波发生器二矩形波发生器 占空比：正脉冲持续时间与波形的周期之比占空比：正脉冲持续时间与波形的周期之比 占空比能占空比能够根据需要根据需要进行行调节，则可使可使电容的充容的充电时间与与放放电时间不等来不等来实现，那么电路的输出电压形式就为矩形波。那么电路的输出电压形式就为矩形波。充充电时间常数：常数： 放放电时间常数：常数： 为二极管正向二极管正向电阻，阻， 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路第四节第四节第四节第四节 信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路荣雅君模拟与数字电子技术第四章集成运算放大器
