模擬電子電路第6章

1、第一節(jié) 集成運算放的組成及基本特性第二節(jié) 運放的線性應用及理想運放模型第三節(jié) 基本運算電路第四節(jié) 電壓比較器第五節(jié) 波形發(fā)生器第一節(jié)第一節(jié) 集成運算放大器的組成及基本特性集成運算放大器的組成及基本特性 模擬集成電路分成：模擬集成電路分成：通用集成電路：通用集成電路：模擬信號處理電路。模擬信號處理電路。專用集成電路：專用集成電路：1）控制系統(tǒng)專用集成電路（如電機控制電路、可控硅控制電控制系統(tǒng)專用集成電路（如電機控制電路、可控硅控制電 路等）；路等）；2）通信系統(tǒng)專用集成電路（如電話電路、無線通信電路、交通信系統(tǒng)專用集成電路（如電話電路、無線通信電路、交 換專用電路等）。換專用電路等）。3）測試系

2、統(tǒng)專用集成電路（測試系統(tǒng)專用集成電路（ATE電路、信號變換和處理電路電路、信號變換和處理電路 等）、儀器專用電路等。等）、儀器專用電路等。 一概述一概述1模擬集成電路的基本結構模擬集成電路的基本結構圖 61 集成電路的基本組成結構 輸入模塊 功能模塊 輸出模塊 電源模塊 控制/補償 模塊 保護模塊 二集成電路的基本結構二集成電路的基本結構2 數(shù)字集數(shù)字集成電路的基本結構成電路的基本結構 輸入/輸出 地址譯碼器 單元矩陣 (存儲矩陣) 讀/寫 控制器 讀/寫命令 圖 62 隨機存取存儲器的結構圖 運算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造的高增益運算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造的高增益

3、放大器，它的組成框圖如圖所示。放大器，它的組成框圖如圖所示。集成運放電路由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路四大集成運放電路由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路四大主要部分構成。主要部分構成。運放組成及符號差放輸入級中間放大級低阻輸出級恒流源偏置U-U+Uo三模擬集成運算放大器的基本結構三模擬集成運算放大器的基本結構1. 輸入級：輸入級：高性能的差動放大電路。運放有兩個輸入端，一高性能的差動放大電路。運放有兩個輸入端，一 個稱為個稱為同相輸入端同相輸入端，即輸出與該端輸入信號相位相同，用即輸出與該端輸入信號相位相同，用 符號符號U 表示；表示； 一個稱為一個稱為反相輸入端反相輸入端，即輸出與該端輸

4、入即輸出與該端輸入 信號相位相反，用符號信號相位相反，用符號U 表示。表示。 4. 恒流源偏置：恒流源偏置：可提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電可提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電 流，以穩(wěn)定工作點，一般采用電流源電路。流，以穩(wěn)定工作點，一般采用電流源電路。 3. 低阻輸出級：低阻輸出級：由由PNP和和NPN兩種極性的三極管或復合管組兩種極性的三極管或復合管組 成，以獲得正負兩個極性的輸出電壓或電流，常采用互補成，以獲得正負兩個極性的輸出電壓或電流，常采用互補 對稱電路的形式，具體電路參閱功率放大器。對稱電路的形式，具體電路參閱功率放大器。2. 中間放大級：中間放大級：提供高的電壓增益，以

5、保證運放的運算精度。提供高的電壓增益，以保證運放的運算精度。 多為差動電路和帶有源負載的高增益放大器（共射電路）多為差動電路和帶有源負載的高增益放大器（共射電路）。圖 64 F007 的電路原理圖 +UCC -UCC T3 _ + Ui T1 T2 T4 T9 T8 T7 T6 R1 T5 R2 R3 1k 1k RW R4 T11 T10 R5 39k T13 T12 3k 50k T16 T17 T15 T14 C 30pFR7 4.5k R8 7.5k T19 T18 Uo R9 25 R10 50 D1 D2 輸出級 中間級 偏置電路 輸入級 外接調零電位器 集成運放集成運放F007的

6、的電路原理電路原理2單極型集成運放單極型集成運放 +UDD -USS T1 T6 R UI T2 UO T3 T4 T5 C T8 T7 圖 67 C14573 的電路原理圖 第一級以第一級以P溝道管溝道管T3和和T4為放大管、以為放大管、以N溝道管溝道管T5和和T6管構成的電管構成的電流源為有源負載。第二級是共源放大電路，以流源為有源負載。第二級是共源放大電路，以N溝道管溝道管T8為放大為放大管，漏極帶有源負載。管，漏極帶有源負載。 集成運放的應用多種多樣，在不同的應用電路中處于不同的工集成運放的應用多種多樣，在不同的應用電路中處于不同的工 作狀態(tài)，集成運放的應用可劃分為兩大類：作狀態(tài)，集成

7、運放的應用可劃分為兩大類：線性應用：線性應用：閉環(huán)應用，集成運放可用理想模型來代替。閉環(huán)應用，集成運放可用理想模型來代替。非線性應用：非線性應用：開環(huán)應用，如：比較器。開環(huán)應用，如：比較器。第三節(jié)第三節(jié) 線性應用及理想運放模型線性應用及理想運放模型運放模型分類：運放模型分類：1.按精度分類：按精度分類：理想模型理想模型非理想模型非理想模型運放宏模型運放宏模型2.按功能分類：按功能分類：直流模型直流模型交流小信號模型交流小信號模型大信號模型大信號模型噪聲模型噪聲模型1、集成運算放大器的轉移特性集成運算放大器的轉移特性:uou- - u+0線性工作范圍正飽和負飽和輸入差模電壓的線性工作范圍很?。ㄒ?/p>

8、般僅輸入差模電壓的線性工作范圍很?。ㄒ话銉H 十幾毫伏），所以常將特性理想化。十幾毫伏），所以常將特性理想化。2、運放線性工作的保障、運放線性工作的保障:兩輸入端的兩輸入端的電壓電壓必須非常接近，才能保障運放工作在必須非常接近，才能保障運放工作在 線性范圍內，否則，運放將進入飽和狀態(tài)。線性范圍內，否則，運放將進入飽和狀態(tài)。運放應用電路中：運放應用電路中：負反饋是判斷是否線性應用的主要負反饋是判斷是否線性應用的主要 電路電路標志標志。一、集成運算放大器的線性應用一、集成運算放大器的線性應用運放的輸出幅度有限（比運放的輸出幅度有限（比 電源低電源低 2V左右）左右）;運放的開環(huán)電壓增益一運放的開環(huán)電

9、壓增益一 般般 10000;u-u+uo二、理想運放模型二、理想運放模型理想運放具有如下性能：理想運放具有如下性能：1、開環(huán)電壓增益、開環(huán)電壓增益AUd ;2、輸入電阻、輸入電阻Rid ;3、輸出電阻、輸出電阻Ro=0;4、頻帶寬度、頻帶寬度BW ;5、共模抑制比、共模抑制比KCMR ;6、失調、漂移和內部噪聲為零、失調、漂移和內部噪聲為零 ;運放的主要特點運放的主要特點根據(jù)以上特點推出理想運放線性應用時的重要特性。根據(jù)以上特點推出理想運放線性應用時的重要特性。三、線性應用情況下理想運算放大器具有如下特征：三、線性應用情況下理想運算放大器具有如下特征：1、u+=u- -( (虛短虛短) )2、

10、i+=i- -=0 ( (虛斷虛斷) )同相和反向輸入端電流近似為零；同相和反向輸入端電流近似為零；兩輸入端電壓近似相等；兩輸入端電壓近似相等；Ui=U+-U-= Uo / AU 0 理想運放的開環(huán)電壓增益理想運放的開環(huán)電壓增益 Ui= Uo / AU 0 ; Ui= Ii Ri 0 ; Ii 0 ;3、輸出端呈電壓源特性：、輸出端呈電壓源特性：1) 同相端與反相端呈開路狀態(tài)。同相端與反相端呈開路狀態(tài)。2) 輸出回路為一受控電壓源輸出回路為一受控電壓源AU(U+-U-) ， 由于由于Ro=0，所以，所以Uo=AU(U+-U-)。-U-I-+U+I+Uo+-AU(U+-U-)一、比例運算電路一、

11、比例運算電路三、積分微分電路三、積分微分電路四、對數(shù)指數(shù)電路四、對數(shù)指數(shù)電路二、加、減法運算電路二、加、減法運算電路第四節(jié)第四節(jié) 基本運算電路基本運算電路1 1反相比例運算電路反相比例運算電路 (1) 實際電路分析法實際電路分析法: 1) 電壓增益電壓增益 由理想運放由理想運放“虛短虛短”和和“虛斷虛斷” 的概念可知：的概念可知：UP= UN=0 IP= IN=0 其中其中UN被稱為被稱為“虛地點虛地點”。圖616 反相比例運算電路 R1 I1 Ui A + - N P If Rf Uo RP IN IP 也因此有：也因此有： If =I1將相應變量代入后得將相應變量代入后得 ：fo1iRUR

12、U1fUfRRA 為了保證集成運放輸入的對稱為了保證集成運放輸入的對稱 性，要求性，要求 Rp=R1/Rf。一、比例運算電路一、比例運算電路 2) 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻 根據(jù)輸入電阻的定義：根據(jù)輸入電阻的定義：1iiiRIUR反相比例電路的輸出反相比例電路的輸出電阻電阻為：為：Ro=Rf /0 0上述結果表明：上述結果表明：雖然理想運放的輸入電阻為無窮大，但是反相比例雖然理想運放的輸入電阻為無窮大，但是反相比例 運算電路的輸入電阻卻不大。運算電路的輸入電阻卻不大。為了提高輸入電阻，必須適當增大為了提高輸入電阻，必須適當增大R R1 1。反相比例運算電路的輸出電阻近似為反相比例運

13、算電路的輸出電阻近似為0 0，表明其帶負，表明其帶負 載能力較強。載能力較強。圖 616 反相比例運算電路 R1 I1 Ui A + - N P If Rf Uo RP IN IP (2) 小信號模型分析法小信號模型分析法 可把上述反相比例運算電路改畫成小信號模型等效電路：可把上述反相比例運算電路改畫成小信號模型等效電路： 由于：由于： U+= U- =0故有：故有： If =I1 即：即：fo1iRURU則電壓增益為：則電壓增益為： 1fUfRRA上式表明：上式表明：采用兩種分析方法所得結論一致，但模型分析法分析過采用兩種分析方法所得結論一致，但模型分析法分析過 程更直觀、更簡單。程更直觀、

14、更簡單。在實際應用中，采用那種分析方法可自主選擇。在實際應用中，采用那種分析方法可自主選擇。 圖 617 反相比例電路的小信號模型等效電路 AU(U+-U-) U+ U- Uo R1 Rf I1 Rp Ui If 2 2同相比例運算電路同相比例運算電路 為了保證集成運放輸入的對稱性，要求為了保證集成運放輸入的對稱性，要求 R2=R1/Rf。圖 618 同相比例運算電路 R1 I1 Ui A + - UN If Rf Uo R2 IN UP 1) 電壓增益電壓增益 由理想運放的由理想運放的“虛短虛短”和和“虛虛斷斷” 的概念可知，集成運放的凈輸?shù)母拍羁芍蛇\放的凈輸 入信號為零，即：入信號為

15、零，即： UP= UN= Ui If =I1 將相應變量代入后得：將相應變量代入后得：fNo1N0RUURU電壓增益為電壓增益為1fUf1RRA2) 輸入電阻與輸出電阻輸入電阻與輸出電阻 Ri= Ro=Rf /0 0結論：結論：Auf的大小決定于的大小決定于Rf和和R1的比的比 值，值，Auf為正值，說明輸出電為正值，說明輸出電 壓與輸入信號電壓是同相的。壓與輸入信號電壓是同相的。在極限情況下在極限情況下:有有AUf=1，Ui= Uo；Ri和和Ro=0。圖 618 同相比例運算電路 R1 I1 Ui A + - UN If Rf Uo R2 IN UP Ui Uo Rp 圖 6 19 電 壓

16、跟 隨 器 R1 Rf0的極限狀態(tài)的極限狀態(tài) 稱為電壓跟隨器。稱為電壓跟隨器。作用：阻抗變換。作用：阻抗變換。 圖 616 反相比例運算電路 R1 I1 Ui A + - N P If Rf Uo RP IN IP 圖 618 同相比例運算電路 R1 I1 Ui A + - UN If Rf Uo R2 IN UP 1fUfRRA1iiiRIUR輸出電阻為輸出電阻為 Ro=Rf /0 0輸入電阻為輸入電阻為電壓增益為電壓增益為輸入電阻為輸入電阻為1fUf1RRA電壓增益為電壓增益為輸出電阻為輸出電阻為Ro=Rf /0 0Ri= Ui Uo Rp 圖 6 19 電 壓 跟 隨 器 此處不加電此處

17、不加電阻是否可以阻是否可以？為什么？為什么？二、加減運算電路二、加減運算電路 1加法電路（反相）加法電路（反相）圖620 由反相放大器構成的加法電路 UO R U1 U2 U3 R1 R2 R3 I1 I2 I3 If Rf + _ )(33f22f11fffoURRURRURRRIU由于由于 I1= U1/ R1 I2= U2/ R2 I3= U3/ R3又由又由“虛斷虛斷”可得：可得： If= I1+ I2+ I3因而輸出電壓：因而輸出電壓：結論：結論：(1)反相加法器的輸出電壓與輸入電壓之和成正比。反相加法器的輸出電壓與輸入電壓之和成正比。 (2)比例系數(shù)由各輸入比例系數(shù)由各輸入電阻比值

18、電阻比值決定與運放參數(shù)無關。決定與運放參數(shù)無關。 (3)輸入電壓與輸出電壓的極性成反比。輸入電壓與輸出電壓的極性成反比。同理對于有同理對于有n個輸入端的加法電路有：個輸入端的加法電路有：)(infi22fi11foURRURRURRUn:fn21時當RRRR)(ini2i1oUUUURp=R1/R2/ / Rn / Rf構成要求：構成要求：即：（即：（R +=R - -）由反相放大器組成的加法電路由反相放大器組成的加法電路（簡稱反相加法電路或反相求和（簡稱反相加法電路或反相求和電路）電路）改變某一路信號的輸入電阻改變某一路信號的輸入電阻Rn，不影響其它輸入電壓與，不影響其它輸入電壓與輸出電壓的

19、比例關系，因而調節(jié)方便。輸出電壓的比例關系，因而調節(jié)方便?！纠?-1】試用疊加原理，計算圖試用疊加原理，計算圖621所示由同相放大器組成所示由同相放大器組成 的加法電路的輸出電壓的加法電路的輸出電壓Uo表達式。表達式。 圖621 有同相放大器構成的加法電路 UO U1 U2 R1=1k Rf= 9K + _ Ra=2k Rb=3k UP P1fo)1 (URRU解：解：而而UP可用疊加原理求出。可用疊加原理求出。令令U2=0，則由，則由U1產生的產生的UP 為：為： 111babP6 . 0323UUURRRU令令U1=0，則由，則由U2產生的產生的UP” 為：為： 22baaP4 . 0

20、UURRRU因此因此 ：21PPP4 . 06 . 0UUUUU故故 21P1fo46)1 (UUURRU同相加法電路共模輸入較高，調節(jié)不便，運用較少。同相加法電路共模輸入較高，調節(jié)不便，運用較少。2.2.有有n n個輸入端的同相加法電路個輸入端的同相加法電路在同相比例運算電路的基礎上，增加一個輸入支路，就構在同相比例運算電路的基礎上，增加一個輸入支路，就構 成了同相輸入求和電路，如圖所示。成了同相輸入求和電路，如圖所示。同相加法電路同相加法電路 運放具有虛斷的特性；運放具有虛斷的特性；同相輸入端的電位可用疊加原理。同相輸入端的電位可用疊加原理。求得：求得：;ofssPURRRUU02211n

21、PnPPRUURUURUUofssPnnnURRRKURRRRURURU1)111(212211)()1 (1)(1 (212211nsfnnsfoUUURRnRURURURRKU結論：結論：(1).同相加法器的輸出電壓與輸入電壓同相加法器的輸出電壓與輸入電壓U1 Un之和成正比。之和成正比。 (2).缺點：調節(jié)某一支路的缺點：調節(jié)某一支路的Rn會影響比例放大倍數(shù)會影響比例放大倍數(shù) 。 (3).優(yōu)點：輸入阻抗高。優(yōu)點：輸入阻抗高。nRKRRRn;:21設ofssPnnnURRRKURRRRURURU1)111(2122113. 減法電路減法電路減法器為同、反相放大器的組合，利用疊加原理求解：減

22、法器為同、反相放大器的組合，利用疊加原理求解：減法電路減法電路 1) 只考慮只考慮U1作用時：作用時：111URRUfo2) 只考慮只考慮U2作用時：同相作用時：同相 端輸入電壓為：端輸入電壓為：2323URRRUp232312)1 (URRRRRUfo圖 6 22 差 動 輸 入 式 放 大 電 路 UO U1 R1 Rf + _ R2 R3 U2 UP 3) 總輸出電壓為：總輸出電壓為：)(121UURRUfo上式可簡化為：;:321fRRRR若取電阻結論：結論：(1)減法器的輸出電壓與輸入電壓之差成正比。減法器的輸出電壓與輸入電壓之差成正比。(2)減法器又稱差分放大器減法器又稱差分放大器

23、 。(3)為減小運放失調誤差影響設計時應保持：為減小運放失調誤差影響設計時應保持：R1/ Rf = R2/ R3。112323121)1(URRURRRRRUUUffooo 實例：實例： 雙端輸入求和電路雙端輸入求和電路雙端輸入也稱差動輸入，雙端輸入求和運算電路如圖：雙端輸入也稱差動輸入，雙端輸入求和運算電路如圖： 其輸出電壓表達式的推導方法與同相加法電路相似其輸出電壓表達式的推導方法與同相加法電路相似。雙端輸入求和運算電路雙端輸入求和運算電路當當Ui1=Ui2 =0時，用疊加原時，用疊加原 理分別求出理分別求出: Ui3和和Ui4 時作用時的輸出電時作用時的輸出電 壓壓Uop。當當Ui3 =

24、 Ui4 =0時，用疊加原時，用疊加原 理分別求出理分別求出: Ui1和和Ui2作用時的作用時的Uon。先求先求op U式中Rp=R3/R4/R , Rn=R1/R2/Rf 再求on Ui22fi11fonURRURRU)()( 2i21i1f4i43i3nfponopoRURURRURURRRUUUnpf4321 RRRRRRRR時，當)( i2i1i4i3foUUUURRU有【例例6-26-2】圖圖6-236-23所示電路是一個具有高輸入阻抗、低輸出所示電路是一個具有高輸入阻抗、低輸出阻抗的測量放大器，其增益可通過改變阻抗的測量放大器，其增益可通過改變R R4 4值進行調節(jié)。假設值進行調節(jié)

25、。假設運放是理想的，試證明：運放是理想的，試證明：)(21 (214312oUURRRRU + - A1 + - A2 A3 + - R1 R1 R2 R2 R4 U2 U1 N2 N1 R3 R3 U4 U3 Uo I4 I2 I1 P3 圖 6-23【例 6-2】的電路圖 解：解：直接應用虛短和虛斷的概念求解。由虛短的概念可知：直接應用虛短和虛斷的概念求解。由虛短的概念可知： U2= UN2、U1= UN1，則，則4124RUUI又由虛短的概念可知：又由虛短的概念可知： I I1 1= = I I4 4= = I I2 2由此可導出：由此可導出：)(21 ()2(214334443UURR

26、RRIUU)(21 ()(2143124312oUURRRRUURRU對于對于A A3 3與與R R1 1、R R1 1 構成差動式減法電路構成差動式減法電路, ,因此有：因此有： + - A1 + - A2 A3 + - R1 R1 R2 R2 R4 U2 U1 N2 N1 R3 R3 U4 U3 Uo I4 I2 I1 P3 圖 6-23【例 6-2】的電路圖 例題 求圖所示數(shù)據(jù)放大器的輸出表達式，并分析求圖所示數(shù)據(jù)放大器的輸出表達式，并分析R R1 1的作用。的作用。解：解：vs1和和vs2為為 差模輸差模輸 入信號，為此入信號，為此vo1 和和vo2也是也是 差模信差模信 號，號，R1

27、的中點為的中點為 交流零電位。對交流零電位。對 A3是雙端輸入放是雙端輸入放 大電路。大電路。所以：所以： S21202S112o1)2/1 ()2/1 (vRRvvRRv)(21 ( S1S212o1o2ovvRRvvv顯然調節(jié)顯然調節(jié)R1可以改變放大器的增益。可以改變放大器的增益。積分運算電路的分析方法與反相比例電路類似，反相積分積分運算電路的分析方法與反相比例電路類似，反相積分 運算電路如圖所示：運算電路如圖所示：積分運算電路積分運算電路i1(t)= if (t)i1(t)= ui (t)/R1. 利用虛地的概念：利用虛地的概念：3. 電容兩端的電壓：電容兩端的電壓：ttuRCttiCt

28、utud )(1d )(1)()(ifocRf可抑制直流漂移限制低頻增益可抑制直流漂移限制低頻增益2. 利用虛斷的概念：利用虛斷的概念：圖 624 積分運算電路 R i1 (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C Rf 三、積分電路三、積分電路 當輸入信號是階躍直流電壓當輸入信號是階躍直流電壓E時時:tRCEttuRCtud )(1)(iottuRCtud )(1)(io輸出電壓：輸出電壓：反映了輸入輸出的反映了輸入輸出的積分關系。圖 624 積分運算電路 R i1 (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C Rf 若輸入信號電壓是直流電壓

29、若輸入信號電壓是直流電壓E：則輸出電壓則輸出電壓uo(t)隨時間隨時間t按負斜按負斜 率下降，如圖所示。率下降，如圖所示。 -u o (t) u i (t) 0 0 t t (a)階躍響應 積分器除了進行數(shù)學運算外，在電子技術中常用于波形變換。積分器除了進行數(shù)學運算外，在電子技術中常用于波形變換。若輸入信號是幅值為若輸入信號是幅值為5V5V頻率為頻率為1kHz1kHz的方波電壓信號，電路元件的方波電壓信號，電路元件 R=10kR=10k ，C=0.1C=0.1 F F，輸出信號變成如圖的三角波。，輸出信號變成如圖的三角波。 三角波的幅值為：三角波的幅值為：圖6 25 積 分 運 算 電 路 的

30、 響 應 曲 線 -u o (t) u i (t) 0 0 t t u i (t) uO (t) (a)階 躍 響 應 (b)方 波 響 應 )2/(d )(1)(im2/0iomTRCUttuRCtuT由于由于U Uimim=5V=5V，T=1/1kHz=10T=1/1kHz=10-3-3s s，可求得：可求得：V5 . 2)105 . 0(101 . 0105)(364omtu結論結論:1.現(xiàn)精確積分的關鍵是確保運放反響端為現(xiàn)精確積分的關鍵是確保運放反響端為“虛地虛地”。（這樣能保證（這樣能保證C的充電電流正比與輸入電壓）的充電電流正比與輸入電壓）2.若反饋回路接入大阻值電阻若反饋回路接入

31、大阻值電阻Rf可抑制直流漂移、可抑制直流漂移、直流增益。直流增益。3.設計時應滿足：設計時應滿足： omLtoomioIItiIUdttuRCU)()(1且輸出電壓的幅值要小于等于且輸出電壓的幅值要小于等于Uom，由此可知，輸，由此可知，輸出電壓可表示為：出電壓可表示為： Uo= ( Ui/RC)(T/2) Uom tRCEtu)(o【例題例題】如圖如圖6-24所示積分器，已知輸入矩形波電壓幅值所示積分器，已知輸入矩形波電壓幅值 U1=1V，T=10ms，見圖，見圖6-25（b），運放最大輸），運放最大輸 出電壓出電壓Uom= 10 V，求電路元件，求電路元件R和和C的值。的值。解：解：由于由

32、于即：即：UiT 2Uom RC由上式可求出由上式可求出RC乘積為乘積為RC UiT / 2Uom =0.510lo-3/10=0.5ms可取電阻：可取電阻：R 5k ；電容：電容：C 0.1 F 微分運算電路如圖所示微分運算電路如圖所示: :ttuCRRiRtitufffd)(d )()( :icfo顯然反映了輸入輸出的反映了輸入輸出的微分關系微分關系。ttuCtititidttduCtiid)(d)()()()()(iffcc圖 6-26 微分運算電路 Rf if (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C R1 四、微分電路四、微分電路 實用微分電路實用微分電路

33、R1的作用是的作用是:適當減小放大器高頻增益適當減小放大器高頻增益以抑制高頻噪聲。以抑制高頻噪聲。微分器除了可作數(shù)學運算微分器除了可作數(shù)學運算外，在電子技術中也可用外，在電子技術中也可用作波形變換。作波形變換。圖626 微分運算電路 Rf if (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C R1 若在微分器輸入端加入一個頻率為若在微分器輸入端加入一個頻率為1 kHz幅值為幅值為2.5V的三角波信的三角波信 號，不計號，不計R1的影響，則變化率：的影響，則變化率： s/V105ns5 . 0V5 . 2d)(d3ittu微分器輸出電壓是一方波信號，它的幅值電壓為：微分器輸

34、出電壓是一方波信號，它的幅值電壓為： V5105101 . 010d)(d)(364ifottuCRtu圖 62 微分運算電路的響應曲線 u o (t) 0 t t u i (t) 0 t u i (t) 0 (a) 對三角波的響應 (b)對方波的響應 u o (t) 0 t 在設計微分器時，元件在設計微分器時，元件RfC的乘積受運放最大輸出電壓的限的乘積受運放最大輸出電壓的限 制，即最大輸出電壓制，即最大輸出電壓Uom滿足：滿足：ttuUCRttuCRUd)(d/d)(diomfifom；或者對數(shù)運算電路見圖對數(shù)運算電路見圖:siTsdToTosTdsddRddolnlnexpexp)(RI

35、UUIiUUUUIUUIiRUiiUUUi為二極管的端電壓1.輸入電壓與輸出電壓的對數(shù)成正比。輸入電壓與輸出電壓的對數(shù)成正比。2.由于結論中包含有反向飽和電流由于結論中包含有反向飽和電流IS，IS是溫度是溫度 的函數(shù)，故溫度穩(wěn)定性差。的函數(shù)，故溫度穩(wěn)定性差。結結 論論五、對數(shù)電路五、對數(shù)電路 指數(shù)運算電路如圖所示：指數(shù)運算電路如圖所示：Ti1sTisdfolnexpUUIRUUIRRiRiUffff指數(shù)運算電路相當反對數(shù)運算電路。指數(shù)運算電路相當反對數(shù)運算電路。六、指數(shù)電路六、指數(shù)電路 第五節(jié) 電壓比較器1. 比較器的功能比較器的功能: 是將一個模擬電壓信號與一個參考電壓相比較的電路。是將一個

36、模擬電壓信號與一個參考電壓相比較的電路。2. 比較器的應用比較器的應用: 波形變換、過零檢測、越線報警、模數(shù)轉換等。波形變換、過零檢測、越線報警、模數(shù)轉換等。3. 比較器的種類很多如比較器的種類很多如: 單門限比較器、遲滯比較器、單片集成電壓比較器和單門限比較器、遲滯比較器、單片集成電壓比較器和 *窗口比較器等。窗口比較器等。 R1 UREF A - + VOH 0 Uo R2 Uo Ui Ui VOL UREF=Uth Uid (a)電路 (b)傳輸特性 一、單門限比較器單門限比較器 (1) (1) 單門限電壓比較器單門限電壓比較器由于集成運放的開環(huán)電壓增益由于集成運放的開環(huán)電壓增益AU很大

37、：很大：當輸入信號當輸入信號Ui小于參考電壓小于參考電壓UREF，即，即Uid=（UiUREF）0時，運放輸出時，運放輸出Uo為低電平為低電平VOL；當輸入信號當輸入信號Ui大于參考電壓大于參考電壓UREF ，當當Ui升高到略大于升高到略大于UREF，即，即Uid=（UiUREF）0時，時，Uo為高電平為高電平VOH。圖 631 過零比較器 R1 過零比較器 A - + 0 Uo R2 Uo Ui Ui Uid (a)電路 (b)傳輸特性 Uo R1 A + Uo Ui DZ (c)帶輸出限幅的過零比較器 【舉例舉例】電路如圖電路如圖6-31 (a)所示，當所示，當Ui如圖如圖6-32(a)所

38、示時，試畫出所示時，試畫出Uo及及Uo 的波形。的波形。 （2）過零比較器）過零比較器 t U i 0 (c) 經(jīng) RC 微分電路后的 輸出 Uo波形 t Uo 0 (a) 輸入 U i波形 (b) 輸出 Uo波形 Uo 0 t (a) (b) (c) VOH VOL 圖 6 3 1 過 零 比 較 器 R1 過 零 比 較 器 A - + 0 Uo R2 Uo Ui Ui Uid (a)電 路 (b )傳 輸 特 性 Uo R1 A + Uo Ui DZ (c)帶 輸 出 限 幅 的 過 零 比 較 器 二、遲滯比較器二、遲滯比較器om222REF1URRRRRURUfffom222REF2

39、URRRRRURUfff由輸出引一電阻分壓支路到同相端，電路如圖所示。由輸出引一電阻分壓支路到同相端，電路如圖所示。當輸入電壓當輸入電壓Ui從零逐漸增大：從零逐漸增大：時：當UUi. 1omoUU此時觸發(fā)電平變?yōu)榇藭r觸發(fā)電平變?yōu)閁 2 ，U 2稱為稱為 下限閾值下限閾值(觸發(fā)觸發(fā))電平電平。omoUUUU時：當i. 2滯回比較器電路圖滯回比較器電路圖此時觸發(fā)電平變?yōu)榇藭r觸發(fā)電平變?yōu)閁 1，U 1稱稱 為為上限閾值上限閾值(觸發(fā)觸發(fā))電平電平。當當 Ui逐漸減小，且逐漸減小，且Ui = U 2 以前，始終等于以前，始終等于Uom- ；當；當Ui逐漸增逐漸增 大，且大，且Ui =U 1以前，以前，

40、 始終等于始終等于Uom+ ，因此出現(xiàn)如圖所示的遲，因此出現(xiàn)如圖所示的遲 滯特性曲線。滯特性曲線。門限寬度門限寬度 U ：omom22 21UURRRUUUf圖 634 反相輸入的遲滯比較器 0 Uo Ui Uid (a)電路 (b)傳輸特性 R1=100 A - + Uo Ui R3=10k R2 UREF=1V UN UP UT- UT+ VOH VOL 5 -5 0.94 1.04 *三、比較器的應用三、比較器的應用比較器一個重要作用是：用來對輸入波形進行整形：比較器一個重要作用是：用來對輸入波形進行整形： 可以將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出。可以將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出。(a

41、) 正弦波變換為矩形波正弦波變換為矩形波 (b) 有干擾正弦波變換為方波有干擾正弦波變換為方波比較器的基本特點：比較器的基本特點：工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)；開關特性，因開環(huán)增益很工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)；開關特性，因開環(huán)增益很大，大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)；比較器的輸出只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)；非線性，非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關系。因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關系。一、方波、三角波發(fā)生器一、方波、三角波發(fā)生器1. vo1輸出為方波。輸出為方波。2. vo2輸出為三角波（輸出為三角波（C的沖放電時間相同）。的沖放電時間相同）。第五節(jié) 波形發(fā)生電路二、脈沖波、鋸齒波振蕩二、脈沖波、鋸齒波振蕩在方波在方波三角波振蕩電路中三角波振蕩電路中: 積分電路兩個積分方向采用不同的時間常數(shù)積分電路兩個積分方向采用不同的時間常數(shù), 可改變上升沿可改變上升沿和下降沿的斜率，形成鋸齒波和下降沿的斜率，形成鋸齒波, 對應的方波也成了脈沖波。對應的方波也成了脈沖波。第七節(jié)第七節(jié)