第四章集成運算放大器

1、本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： 3 3集成運放在信號運算、信號處理及信號產(chǎn)生方面的應(yīng)用。集成運放在信號運算、信號處理及信號產(chǎn)生方面的應(yīng)用。1 1集成運放的組成及主要參數(shù)；集成運放的組成及主要參數(shù)；2 2理想集成運放兩種工作方式的主要特點和分析方法；理想集成運放兩種工作方式的主要特點和分析方法；1.1.理想運放理想運放“虛短虛短”、“虛斷虛斷”的含義；的含義；2.2.集成運放兩種工作狀態(tài)的特點和分析方法；集成運放兩種工作狀態(tài)的特點和分析方法；3.3.各種信號發(fā)生電路、比較電路的原理。各種信號發(fā)生電路、比較電路的原理。本章重點：本章重點： 一、集成運算放大器電路簡介一、集成運算放大器電路簡介集成運算

2、放大器（簡稱集成運放）是一種多級放大電路，集成運算放大器（簡稱集成運放）是一種多級放大電路，性能理想的運放實際上是一種具有高開環(huán)放大倍數(shù)、高性能理想的運放實際上是一種具有高開環(huán)放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻、工作點漂移小并具有深度負(fù)反輸入電阻、低輸出電阻、工作點漂移小并具有深度負(fù)反饋的多級直接耦合放大器。饋的多級直接耦合放大器。電路設(shè)計特點：電路設(shè)計特點：l級間采用直接耦合方式級間采用直接耦合方式l利用對稱結(jié)構(gòu)改善電路性能利用對稱結(jié)構(gòu)改善電路性能p集成運算放大器內(nèi)部組成框圖。集成運算放大器內(nèi)部組成框圖。 采用差分放大采用差分放大電路構(gòu)成，電路構(gòu)成，第一級放大第一級放大采用共射極放采用共射極放

3、大電路，提供大電路，提供足夠大的電壓足夠大的電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù)采用共集電極放大采用共集電極放大電路或功放中的互電路或功放中的互補對稱電路。提供補對稱電路。提供足夠大的輸出功率足夠大的輸出功率滿足負(fù)載需要，滿足負(fù)載需要，提供穩(wěn)定合適提供穩(wěn)定合適的偏置電流。的偏置電流。p1輸入級p采用差分放大電路構(gòu)成。具有對稱性好、輸入電阻高、可以有效減小零點漂移、抑制干擾信號等優(yōu)點，因此可以有效放大有用信號。p 2中間級p為整個電路提供足夠大的電壓放大倍數(shù)。一般采用共射級放大電路，集電極電阻用晶體管恒流源代替，恒流源的動態(tài)電阻很大，可以獲得較高的電壓放大倍數(shù)。p 3輸出級p 輸出級與負(fù)載連接，主要作用是提供足

4、夠的輸出功率（即足夠大的電流和電壓）以滿足負(fù)載的需要。要求其輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)。一般由射級輸出器或互補對稱電路構(gòu)成。p4偏置電路p為整個電路提供穩(wěn)定的和合適的偏置電流。偏置電路是由各種恒流源電路組成。還有過載保護(hù)電路，可以防止輸出電流過大時將運放燒壞。 輸入方式輸入方式: 反相輸入反相輸入 同相輸入（共模輸入）同相輸入（共模輸入） 差分輸入（混合輸入）差分輸入（混合輸入）反相輸入端反相輸入端同相輸入端同相輸入端輸出端輸出端uouu+ud+Ao+集成運放的國標(biāo)圖形符號集成運放的國標(biāo)圖形符號100 dB238 75 46uu+uo+UCCUEEF007 的外部接線和管腳圖的外部接線和管腳圖+

5、_+vvvvvvvvvPPPNNNOOO+V-VCCCCa)b)c).國際流行符號國際流行符號國標(biāo)符號國標(biāo)符號具有電源引腳具有電源引腳的集成運放國的集成運放國際流行符號際流行符號 運運算算放放大大器器外外形形圖圖二、集成運算放大器的主要參數(shù)二、集成運算放大器的主要參數(shù) 三個概念三個概念 將電路的輸出量將電路的輸出量( (電壓或電流電壓或電流) )的一部分或全部，的一部分或全部，以一定的方式通過某種電路（反饋）回送到輸入端或輸以一定的方式通過某種電路（反饋）回送到輸入端或輸入回路，去影響輸入量（電流或電壓），以改善放大電入回路，去影響輸入量（電流或電壓），以改善放大電路的某些性能。路的某些性能。

6、輸入輸入 輸出輸出 放大電路放大電路 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)若反饋信號若反饋信號增強(qiáng)增強(qiáng)凈輸入信號輸出信號得到提高凈輸入信號輸出信號得到提高正反饋；正反饋；若反饋信號若反饋信號削弱削弱凈輸入信號輸出信號得到削弱凈輸入信號輸出信號得到削弱負(fù)反饋；負(fù)反饋； p1. 開環(huán)電壓放大倍數(shù)（開環(huán)電壓增益）開環(huán)電壓放大倍數(shù)（開環(huán)電壓增益）Auo 在輸出端在輸出端開路開路，無外接反饋電路無外接反饋電路時，兩個輸入時，兩個輸入端加電壓輸入信號，此時測出的差模電壓放大倍數(shù)，端加電壓輸入信號，此時測出的差模電壓放大倍數(shù)，稱為稱為開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)，簡稱開環(huán)電壓放大倍數(shù)，簡稱開環(huán)電壓放大倍數(shù)，一般用分

7、貝表示。一般用分貝表示。pAuo 越高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越越高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。高。p理想情況下，理想情況下， AuoiououuAlg20uu+Ao+2. 開環(huán)差模輸入電阻開環(huán)差模輸入電阻rid 集成運放加入集成運放加入差模信號差模信號時的時的開環(huán)等效輸入電阻開環(huán)等效輸入電阻。表征了輸入級從信號源取用電流的大小，其值越大越好。表征了輸入級從信號源取用電流的大小，其值越大越好。3. 開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻ro 沒有外接反饋電路時，沒有外接反饋電路時，輸出級的輸出電阻輸出級的輸出電阻。表征了集成運放帶負(fù)載的能力，其阻值越小越好。表征了集成運放帶負(fù)載的能

8、力，其阻值越小越好。4. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓uio實際的集成運放中，當(dāng)輸入電壓為零時，輸出電壓不等于零，實際的集成運放中，當(dāng)輸入電壓為零時，輸出電壓不等于零，為使輸出電壓為零，須在輸入端加補償電壓，該補償電壓就稱為使輸出電壓為零，須在輸入端加補償電壓，該補償電壓就稱為為輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓。它表征了輸入級差分對管（或）不對稱的程。它表征了輸入級差分對管（或）不對稱的程度，一般在毫伏級。度，一般在毫伏級。5. 最大輸出電壓最大輸出電壓UOM能使輸出電壓和輸入電壓保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。能使輸出電壓和輸入電壓保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。6. 共模抑制比共模抑制比KCMRR它表示集

9、成運放的差模放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)之比的它表示集成運放的差模放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)之比的絕對值，即：絕對值，即： KCMRR 越大，說明運算放大器抑制共模信號的性能越好。越大，說明運算放大器抑制共模信號的性能越好。 cdCMRRAAK 理想運放的主要條件：理想運放的主要條件：(1) 開環(huán)放大倍數(shù)：開環(huán)放大倍數(shù)：Ao(2) 開環(huán)輸入電阻：開環(huán)輸入電阻：ri(3) 開環(huán)輸出電阻：開環(huán)輸出電阻：ro0(4) 共模抑制比：共模抑制比：KCMRRuouu+ud+ 理想運放的圖形符號理想運放的圖形符號三、理想集成運放的技術(shù)指標(biāo)及符號三、理想集成運放的技術(shù)指標(biāo)及符號 四、集成運算放大器的電壓傳輸特性

10、四、集成運算放大器的電壓傳輸特性兩個工作區(qū)兩個工作區(qū)線性工作區(qū)線性工作區(qū)和非線性工作區(qū)和非線性工作區(qū)1線性工作區(qū)線性工作區(qū)+UO(sat)UO(sat)理想特性理想特性實際特性實際特性O(shè)uou+ u-iuouoouAuuAu)(iuouoouAuuAu)(或或 集成運放處于線性區(qū)的特點集成運放處于線性區(qū)的特點uo+ui1Rfuu+i1if（1）“虛短虛短” 集成運放兩個輸入端的電壓近似集成運放兩個輸入端的電壓近似相等，即相等，即u+ u- 。0)(uoAuuuuoiuoA uu特殊情況：反相端有信號輸入時，同相輸入端接特殊情況：反相端有信號輸入時，同相輸入端接“地地” 反相輸入端是一個不接反相

11、輸入端是一個不接“地地”的的“地地”電位，電位，通常稱為通常稱為“虛地虛地” ui2（2）“虛斷虛斷” 流進(jìn)集成運放兩流進(jìn)集成運放兩個輸入端的電流近似等于零，即個輸入端的電流近似等于零，即 i+i-0 。p原因：由于集成運放開環(huán)差模輸入原因：由于集成運放開環(huán)差模輸入電阻很高（理想時電阻很高（理想時）p理想的集成運放理想的集成運放無論工作在線性區(qū)無論工作在線性區(qū)還是非線性區(qū)還是非線性區(qū)，“虛斷虛斷”現(xiàn)象總是現(xiàn)象總是存在的。存在的。uo+ui1Rfuu+i1ifui2（1）（2）集成運放兩個輸入端電壓）集成運放兩個輸入端電壓u+與與 u不一定相等，即不一定相等，即“虛短虛短”的結(jié)論不一定成立。的結(jié)

12、論不一定成立。（3）集成運放輸入電流仍等于集成運放輸入電流仍等于零零。即。即“虛斷虛斷”現(xiàn)象仍然存在?，F(xiàn)象仍然存在。2. 非線性工作區(qū)（飽和狀態(tài)）非線性工作區(qū)（飽和狀態(tài)）處于開環(huán)或正反饋時處于開環(huán)或正反饋時當(dāng)當(dāng) u+ u時：時：uo = + UO(sat)當(dāng)當(dāng) u+u時：時：uo =UO(sat) uo+ui1uu+ui2如何判斷理想集成運放的工作狀態(tài)？如何判斷理想集成運放的工作狀態(tài)？集成運放電路連接方式：集成運放電路連接方式：1.1.開環(huán)：開環(huán)：2.2.正反饋：正反饋：3.3.負(fù)反饋負(fù)反饋 判斷方法：判斷方法：u集成運放電路開環(huán)集成運放電路開環(huán)非線性工作區(qū)非線性工作區(qū)u用無源網(wǎng)絡(luò)連接輸出端和

13、同相輸入端用無源網(wǎng)絡(luò)連接輸出端和同相輸入端正反饋，非線性工作區(qū)正反饋，非線性工作區(qū)u用無源網(wǎng)絡(luò)連接輸出端和反相輸入端用無源網(wǎng)絡(luò)連接輸出端和反相輸入端負(fù)反饋，線性工作區(qū)負(fù)反饋，線性工作區(qū)uo+R1uiRfRpuu+請判斷有無反饋請判斷有無反饋如何分析集成運放電路？如何分析集成運放電路？（1）分析判斷集成運放的工作狀態(tài)（有無反饋？反）分析判斷集成運放的工作狀態(tài)（有無反饋？反饋的極性？）；饋的極性？）；（2）根據(jù)集成運放在線性區(qū)和非線性區(qū)的特點分析）根據(jù)集成運放在線性區(qū)和非線性區(qū)的特點分析具體電路和輸入輸出關(guān)系。具體電路和輸入輸出關(guān)系。(一一) 比例運算電路比例運算電路(1) 反相比例運算電路反相比

14、例運算電路u= u += 0uo+R1uiRfRpuu+虛地虛地i1ifi1 = ifuiR1= =uoRfuo =f1ui閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù) Af平衡電阻平衡電阻當(dāng)當(dāng) Rf = R1 時：時： uo = ui反相器反相器uo+R1uiRfRpuu+平衡電阻平衡電阻: Rp = R1 / Rf平衡電阻的作用平衡電阻的作用：保證集成運放的同相輸入端和反相輸入端：保證集成運放的同相輸入端和反相輸入端的外接電阻相等，以消除靜態(tài)基極電流對輸出電壓的影響。的外接電阻相等，以消除靜態(tài)基極電流對輸出電壓的影響。(2) 同相比例運算電路同相比例運算電路uo+R1RpuiRfuu+i1ifu= u

15、 + = uiif = i1u uo Rf= -= -uR1uo=RfR1 ) ui(1 +平衡電阻平衡電阻: RP = R1 / Rfuo+ui閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù) Af1R當(dāng) 1/iofuuA電壓跟隨器電壓跟隨器 0FPRR再令再令 (二二) 加法運算電路加法運算電路1.反相加法運算電路反相加法運算電路 uo+R12RFRpR11ui1ui2R13ui30uu11111Ruii12212Ruii13313Ruiifiiii131211)(313212111iFiFiFouRRuRRuRRu當(dāng)FRRRR131211 )(321iiiouuuuFfRui02.同相加法運算電路同相加

16、法運算電路 元件參數(shù)：元件參數(shù)：132/RRRRF保證電路能夠補償輸入保證電路能夠補償輸入偏置電流、失調(diào)電流及其漂偏置電流、失調(diào)電流及其漂移的影響。移的影響。 應(yīng)用疊加原理可知，應(yīng)用疊加原理可知， u可由可由1 iu和和2iu兩個電壓源單獨作用的疊加求出：兩個電壓源單獨作用的疊加求出： 1 iu單獨作用時，單獨作用時，令令02iu1323)(iuRRRu 2iu單獨作用時，令單獨作用時，令01iu2322)(iuRRRu 根據(jù)根據(jù) “虛短虛短”現(xiàn)象，現(xiàn)象， uu，而，而oFuRRRu11 所以輸出電壓為：所以輸出電壓為： )(1 (232213231iiFouRRRuRRRRRu若選取若選取

17、FRRRR321)(21iiouuu兩個電壓源共同作用時，兩個電壓源共同作用時，23221323)()(iiuRRRuRRRuuu (三三) 減法運算電路減法運算電路R3uo+R1RfR2ui1ui21應(yīng)用集成運放中應(yīng)用集成運放中“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的特點。的特點。 111Riuui1111RRRuuuFoii 3322RRRuui uu 1123231)1 (iFiFouRRuRRRRRu當(dāng)當(dāng)21RR 和和3RRF)(121iiFouuRRu12iiouuu 1RRF當(dāng)當(dāng)2應(yīng)用疊加原理求解應(yīng)用疊加原理求解 R3uo+R1RfR2ui1ui2當(dāng)當(dāng)ui1單獨作用時單獨作用時:+R3uo

18、+R1RfR2ui1R3uo+R1RfR2ui2uo=f1ui1 當(dāng)當(dāng) ui2 單獨作用時單獨作用時:uo = (1+RfR1 ) u+uu+u+ =R3R2+R3ui2= (1+RfR1 ) R3R2+R3ui2則：則： uo = uo + uoRfR1 ) = (1 +R3R2+R3ui2 ui1f1當(dāng)當(dāng)=f132時：時：uo=f1(ui2ui1)平衡電阻平衡電阻: : R2 / R3= R1 / RfR3uo+R1RfR2ui1ui2例例4-3 圖圖4-10示電路是具有四個輸入電壓的雙端輸入和差運算電示電路是具有四個輸入電壓的雙端輸入和差運算電路。應(yīng)用疊加原理求解的輸出電壓和輸入電壓之間

19、的關(guān)系式。路。應(yīng)用疊加原理求解的輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系式。解：若令解：若令021iiuu則該電路成為同相加法運算電路，則該電路成為同相加法運算電路， )(1 (44333434iiFouRRRuRRRRRu式中，式中，21/RRR 若令若令043iiuu則電路成為反相加法運算則電路成為反相加法運算電路電路)(2211iFiFouRRuRRu ooouuu )(1 (44333434iiFouRRRuRRRRRu)(2211iFiFuRRuRR若令若令FRRRRR4321)()(2/32143iiiiouuuuu練習(xí)題練習(xí)題1.設(shè)計運算電路實現(xiàn)：設(shè)計運算電路實現(xiàn)： uo=-3uiuo+R1

20、uiRfRpfPRRR131RRf2.求解下圖所示電路的運算關(guān)系求解下圖所示電路的運算關(guān)系反相比例運算電路反相比例運算電路反相加法運算電路反相加法運算電路15234223221111OfififOifOuRRuRRuRRuuRRu將將uo1代入代入uo2的表達(dá)式，可得的表達(dá)式，可得342232152122ifififfOuRRuRRuRRRRu3.設(shè)計運算電路實現(xiàn)：設(shè)計運算電路實現(xiàn)： uo=2ui1-ui2(四四) 積分運算積分運算u = u+ = 0uC = uuo =uoif = i1 i1 =uiR1if = CduCdt =Cduodtuo =ui dt1R1C平衡電阻平衡電阻: :

21、R2 = R10uotUi t1R1CUO（sat）(b) 波形波形uo+CuiR1uu+R2i1if+ uC(a) 電路電路0uitUi(五五) 微分運算電路微分運算電路u= u+ = 0uC = uiif = i1i1 = CduCdtif =uoRfuo =Rf Cduidt平衡電阻平衡電阻: : R2 = Rf0uot(b) 波形波形ifi1+ uCuo+CuiRfuu+R2(a) 電路電路0uitUi基本微分電路存在的基本微分電路存在的缺點缺點：輸出端可能出現(xiàn)輸出噪聲淹沒微分信號的現(xiàn)象；輸出端可能出現(xiàn)輸出噪聲淹沒微分信號的現(xiàn)象；由于電路中的反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的由于電路中的反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的 R

22、FC 滯后環(huán)節(jié)，它與集成運算滯后環(huán)節(jié)，它與集成運算放大器的滯后環(huán)節(jié)合在一起，使電路的穩(wěn)定儲備減小，電路容易放大器的滯后環(huán)節(jié)合在一起，使電路的穩(wěn)定儲備減小，電路容易引起自激振蕩；引起自激振蕩；突變的輸入電壓可能造成突變的輸入電壓可能造成 uo 超過集成運算放大器所允許的超過集成運算放大器所允許的最大輸出電壓，以至于產(chǎn)生堵塞最大輸出電壓，以至于產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，造成自鎖狀態(tài)現(xiàn)象，造成自鎖狀態(tài), 使電路使電路不能正常工作。不能正常工作。改進(jìn)型的微分運算電路改進(jìn)型的微分運算電路ou例例4-7 4-7 試求圖所示電路的試求圖所示電路的與與iu的關(guān)系式。的關(guān)系式。FfoRiudtduCRuiiiiiCRf11

23、 )(11dtduCRuRRuiFiFo此電路是一個反相比例運算和微分運算相結(jié)合的電路，因此稱為比例此電路是一個反相比例運算和微分運算相結(jié)合的電路，因此稱為比例微分調(diào)節(jié)器（簡稱微分調(diào)節(jié)器（簡稱PD調(diào)節(jié)器），用于控制系統(tǒng)中，使調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器），用于控制系統(tǒng)中，使調(diào)節(jié) 過程起到加速作用。過程起到加速作用。 解解 由圖可列出由圖可列出p一、電壓比較電路一、電壓比較電路p基本功能基本功能：對輸入模擬電壓進(jìn)行比較和鑒別：對輸入模擬電壓進(jìn)行比較和鑒別,根據(jù)輸入模根據(jù)輸入模擬電壓是大于還是小于給定的參考電壓來決定電路的輸出擬電壓是大于還是小于給定的參考電壓來決定電路的輸出狀態(tài)狀態(tài),也可以由比較電路的輸出狀態(tài)來判

24、斷輸入電壓的大也可以由比較電路的輸出狀態(tài)來判斷輸入電壓的大小，故稱為小，故稱為電壓比較器電壓比較器。 p構(gòu)成比較器的集成運放一般接成構(gòu)成比較器的集成運放一般接成開環(huán)或正反饋狀態(tài)開環(huán)或正反饋狀態(tài)，使其，使其工作于工作于非線性區(qū)非線性區(qū)。 (一一) 基本電壓比較器基本電壓比較器反相輸入端輸入模擬電壓反相輸入端輸入模擬電壓 ，iu 同相輸入端接參考電壓同相輸入端接參考電壓REFU反相輸入的基本比較電路反相輸入的基本比較電路1過零比較電路過零比較電路 當(dāng)參考電壓當(dāng)參考電壓0REFU時，即上圖中的同相輸入端通過電阻時，即上圖中的同相輸入端通過電阻R1接地，接地，iu與參考電壓與參考電壓REFU（此時參考

25、電壓為零電壓）進(jìn)行比較。當(dāng)（此時參考電壓為零電壓）進(jìn)行比較。當(dāng)0iu時，時，)(satooUu，其值接近負(fù)電源電壓；當(dāng)輸入信號，其值接近負(fù)電源電壓；當(dāng)輸入信號0iu時，則有時，則有)(satooUu，其值接近正電源電壓。，其值接近正電源電壓。 傳輸特性傳輸特性 在過零比較電路中，若輸入電壓在過零比較電路中，若輸入電壓 為正弦電壓，理想情況下的為正弦電壓，理想情況下的輸出電壓輸出電壓 為方波，且為方波，且 的頻率相同。的頻率相同。iuou和和iuou是正弦波的周期，且是正弦波的周期，且例例4-9 4-9 電路如圖所示，輸入電壓為正弦波，電路的時間常數(shù)電路如圖所示，輸入電壓為正弦波，電路的時間常數(shù)

26、TT0)0(ou，試畫出，試畫出1ou和和2ou的波形。的波形。解；反相輸入端的參考電壓為零，而同相輸入端接輸入電壓解；反相輸入端的參考電壓為零，而同相輸入端接輸入電壓 ，iu此時的電路為一同相輸入過零比較器。若輸入電壓此時的電路為一同相輸入過零比較器。若輸入電壓為正弦波，則同相輸入過零比較電路的輸出電壓為正弦波，則同相輸入過零比較電路的輸出電壓為矩形波，并且其極性與輸入電壓為矩形波，并且其極性與輸入電壓相同。相同。 iu1ouiu集成運算的輸出端接集成運算的輸出端接RC積分電路，由積分電路，由積分電路對輸出電壓積分電路對輸出電壓1ou電路的電路的時間常數(shù)很大，時間常數(shù)很大，接近三角波。接近三

27、角波。 RC進(jìn)行積分，由于進(jìn)行積分，由于RC電容的充放電的時間很長，所以電容的充放電的時間很長，所以1ou經(jīng)積分后的輸出電壓經(jīng)積分后的輸出電壓2ou2. 2. 任意電平比較器任意電平比較器當(dāng)參考電壓當(dāng)參考電壓0REFU時，則為任意電平比較電路。時，則為任意電平比較電路。門限電壓門限電壓REFiUu REFU，反相輸入端接入輸入電壓，反相輸入端接入輸入電壓 ,iu輸出端通過限流電阻輸出端通過限流電阻R接在特性相同的的穩(wěn)壓管接在特性相同的的穩(wěn)壓管VS1和和VS2上（穩(wěn)定輸出電上（穩(wěn)定輸出電壓，并限制幅度）。壓，并限制幅度）。在同相輸入端加上參考電壓在同相輸入端加上參考電壓zoUu；當(dāng)；當(dāng)時，則時，

28、則ZoUu 。其中。其中ZU為穩(wěn)壓對管的穩(wěn)定輸出電壓。為穩(wěn)壓對管的穩(wěn)定輸出電壓。iu稍大于稍大于REFU時，則有時，則有iu稍小于稍小于REFU為正、負(fù)半周寬度不等的矩形波為正、負(fù)半周寬度不等的矩形波輸出電壓輸出電壓ou當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓為正弦電壓時，為正弦電壓時，iu輸入電壓輸入電壓 和參考基準(zhǔn)電壓和參考基準(zhǔn)電壓 都接在集成運放的反相輸入端，都接在集成運放的反相輸入端，同相輸入端經(jīng)平衡電阻同相輸入端經(jīng)平衡電阻 接地（接地（ ）。根據(jù)電路的）。根據(jù)電路的特點，可知在特點，可知在3. 3. 基準(zhǔn)電壓比較器基準(zhǔn)電壓比較器 iuREFUPR21/ RRRPREFiURRu21時，電路輸出電壓的狀態(tài)

29、在發(fā)生變化時，電路輸出電壓的狀態(tài)在發(fā)生變化（3 3） 在在 過過 時的躍變方向決定于時的躍變方向決定于 作用于集成運放的作用于集成運放的哪個輸入端哪個輸入端（2 2）寫出集成運放同相輸入端、反相輸入端電位）寫出集成運放同相輸入端、反相輸入端電位 的表達(dá)的表達(dá)式，令式，令 ，解得的輸入電壓就是門限電壓、閾值電壓解得的輸入電壓就是門限電壓、閾值電壓（1 1）通過研究集成運放輸出端所接的限幅電路來確定電壓比較器）通過研究集成運放輸出端所接的限幅電路來確定電壓比較器的輸出低電平的輸出低電平 和輸出高電平和輸出高電平 分析電壓傳輸特性的方法：分析電壓傳輸特性的方法：)( satOU)( satOUuu

30、和 uuTUouiuTUiu例題例題：下圖：下圖1 1所示電路中，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓所示電路中，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 ；在圖在圖2 2所示電路中，所示電路中， ，基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓 ，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 ；它們的輸入電壓均為圖；它們的輸入電壓均為圖3 3所示的三角波。所示的三角波。試分別畫出兩電路輸出電壓的波形。試分別畫出兩電路輸出電壓的波形。VUZ6kRR521VUREF2VUZ5圖圖1圖圖2圖圖3二、施密特比較器二、施密特比較器 單限比較器單限比較器優(yōu)點：電路簡單、靈敏度高；缺點：抗干擾能優(yōu)點：電路簡單、靈敏度高；缺點：抗干擾能力差。力差。施密特比較電路：改進(jìn)單限比較器。施密特比較

31、電路：改進(jìn)單限比較器。在開環(huán)比較器的基礎(chǔ)在開環(huán)比較器的基礎(chǔ)上增加由電阻構(gòu)成的正反饋環(huán)節(jié)（又稱施密特觸發(fā)電路）。上增加由電阻構(gòu)成的正反饋環(huán)節(jié)（又稱施密特觸發(fā)電路）。 iuu TREFFFoFUURRRuRRRu222 輸出電壓輸出電壓ZoUu故故u將隨將隨ou取值的不同而相應(yīng)取不同值。取值的不同而相應(yīng)取不同值。 當(dāng)當(dāng) uu時，電路的輸出時，電路的輸出ZoUu；當(dāng)；當(dāng)uu時，電路的輸出為時，電路的輸出為ZoUu使輸出電壓由使輸出電壓由ZU跳變到跳變到ZU，以及由，以及由跳到跳到所需的輸入電壓所需的輸入電壓u是不同的，也就是這種比較器有兩個不同的門限電平。是不同的，也就是這種比較器有兩個不同的門限電

32、平。ZUZU設(shè)電路的初始狀態(tài)為設(shè)電路的初始狀態(tài)為ZoUu 1222TREFFFZFUURRRURRRu 集成運算放大器同相輸入端的電壓也變?yōu)椋杭蛇\算放大器同相輸入端的電壓也變?yōu)椋篿u稍大于稍大于1TU時，電路的輸出電壓的狀態(tài)就由時，電路的輸出電壓的狀態(tài)就由ZU轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換到ZU,由于電路中正反饋的作用，電路輸出電壓的狀態(tài)轉(zhuǎn)換非常迅速。由于電路中正反饋的作用，電路輸出電壓的狀態(tài)轉(zhuǎn)換非常迅速。ZoUu同理，電路的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換成同理，電路的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換成 后，后，2222)(TREFFFZFUURRRURRRu 當(dāng)當(dāng)iu減小到稍小于減小到稍小于2TU時，電路的輸出電壓就由時，電路的輸出電壓就由ZU轉(zhuǎn)

33、換到轉(zhuǎn)換到ZU其中其中1TU稱上門限電壓，稱上門限電壓，2TU稱下門限電壓。稱下門限電壓。和和之差之差 21TTUUU 稱為回差電壓。稱為回差電壓。 1TU2TU2)改變改變參考電壓參考電壓 的大小，上和下門限電壓同時改變，的大小，上和下門限電壓同時改變，但回差但回差電壓不變，也就是說，當(dāng)電壓不變，也就是說，當(dāng) 增大或者減小時，滯回比較器的增大或者減小時，滯回比較器的傳輸特性將平行地右移或者左移，但滯回曲線的寬度保持不變傳輸特性將平行地右移或者左移，但滯回曲線的寬度保持不變；說明：說明： 回差電壓的大小取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電壓回差電壓的大小取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電壓ZU和正反饋網(wǎng)絡(luò)中的和正反饋網(wǎng)絡(luò)中

34、的 FR2R，而與參考電壓，而與參考電壓REFU無關(guān)；無關(guān)；REFUREFU3)由于回差電壓的存在，施密特比較器具有較強(qiáng)的抗干擾能力。由于回差電壓的存在，施密特比較器具有較強(qiáng)的抗干擾能力。例例4-11 4-11 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓VUZ6KR102KRF15)(sin5Vtui0REFU試求兩個門限電壓，并畫出試求兩個門限電壓，并畫出ou的波形。的波形。解：解： 上門限電壓：上門限電壓： VURRRURRRURRRUZFREFFFZFT4 . 26151010222221下門限電壓為下門限電壓為: V4 . 2)6(151010)()(222222ZFREFFFZFTURRRURRRURRRU一、方波產(chǎn)生電路一、方波產(chǎn)生電路 特點特點：與滯回比較器相比較，方波發(fā)：與滯回比較器相比較，方波發(fā)生器去掉了反相輸入端的信號而改接生器去掉了反相輸入端的信號而改接了電容了電容C ，并增加了反饋電阻，并增加了反饋電阻RF2。 應(yīng)用比較器可以產(chǎn)生方波，但比較器應(yīng)用比較器可以產(chǎn)生方波，但比較器需要有輸入信號時