電工與電子技術(shù) 10 集成運算放大器.ppt

1、集成運算放大器,集成電路是將管子、電阻、電容等元器件及電路的連線都集成在一塊半導(dǎo)體基片上。它具有體積小，重量輕、功耗低、工作可靠等優(yōu)點，廣泛用于信號處理、信號變換、信號發(fā)生等方面，因此在自動控制、測量儀表等領(lǐng)域占有重要的地位。,集成電路按功能可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類：,按集成的規(guī)?？煞譃?集成運算放大器是模擬集成電路的一種。它實際上是一個高開環(huán)放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路,按導(dǎo)電類型可分為,本章介紹差動放大電路、集成運算放大器及其應(yīng)用。,100/片,（1001000）/片,103 105 /片,105 以上/片,10.1 直接耦合放大電路的零點漂移問題,為了放大緩慢變化的非周期

2、信號，不能采用阻容耦合的方式，而只能采用前后級直接相連的直接耦合方式。但直接耦合放大電路除了前后級工作點相互牽連、電平移動問題外，更為突出的問題是零點漂移問題。,1. 零點漂移的概念,對于多級直接耦合放大電路，當輸入電壓ui0時，uo0 ，即靜態(tài)時在輸出端還有緩慢變化的電壓信號輸出，輸出電壓偏離原來的起始點而上下漂動，這種現(xiàn)象稱為零點漂移。如圖10-1-1所示,2.零點漂移產(chǎn)生的原因,零點漂移所產(chǎn)生的電壓實際上是一個虛假信號。當放大電路外加輸入信號后，它與真實信號共存于電路中。特別是當漂移量大到足以和輸入信號相比時，兩者無法分辨，使放大電路無法正常工作。實際上交流放大器也存在零點漂移，但由于阻

3、容耦合電路不能傳遞緩慢變化的直流信號，故前級的漂移不會逐級放大傳送到后級，影響可忽略。,引起零點漂移的原因很多，如元件的老化、參數(shù)的變化、電源電壓的波動等。其中最嚴重的是三極管的參數(shù)隨溫度的變化引起的漂移。特別是放大器第一級的漂移量，對真實輸出的影響最大。因為它與輸入信號一起以同樣的放大倍數(shù)傳送到輸出端。所以克服零點漂移現(xiàn)象的影響，主要途徑是抑制第一級的溫度漂移。最有效的方法是在第一級采用能抑制零點漂移的差動放大電路。,3.零點漂移的指標,為了衡量漂移電壓的大小，特別是溫度漂移，是指溫度升高一度（）時，輸出端的漂移電壓折合到輸入端的等效輸入漂移電壓，即,4. 采取的措施：,a采用熱敏元件進行補

4、償； b. 采用負反饋自動穩(wěn)定靜態(tài)工作點（射極偏置電路）； c采用差分式放大電路，利用電路的對稱性抑制零點漂移。,10.2 差動放大電路（不講）,10.2.1 差動放大電路的結(jié)構(gòu)特點,典型差動放大電路如圖10-2-1所示，其特點為,a.它是由左右兩個結(jié)構(gòu)、參數(shù)完全相同的單管共射放大電路并接而成，即所謂的理想對稱結(jié)構(gòu)（對應(yīng)電阻相等、三極管V1、V2的特性相同）,b.電路有兩個輸入端ui1和ui2 ，且ui ui1 ui2 ;電路還有兩個輸出端uo1 、 uo1 ，且uo uo1 uo2 。,c.電路有兩個直流電源Ucc、UEE。,10.2.2 零點漂移的抑制,a. 靜態(tài)時,ui1ui20 ，即將

5、兩輸入端與地短接。理想情況下由于電路的對稱性，兩邊的集電極電流相等，集電極電位也相等，即,則輸出電壓為,b.當溫度升高時，兩管集電極電流都增大了，集電極電位都下降了，并且兩邊的變化量相等，即,盡管兩個管子都產(chǎn)生了零點漂移，但由于兩管集電極電位的變化是互相抵消的，所以總的輸出電壓依然為零，即,也就意味著零點漂移被完全抑制了，說明差動放大電路對兩管所產(chǎn)生的同向變化的漂移具有抑制作用,c. 電阻RE的作用,電阻RE引入電流負反饋，當溫度增加時，兩管的IB同時增加，兩管的IC也同時增加，從而導(dǎo)致發(fā)射極電壓UE升高，兩管發(fā)射結(jié)電壓UBE降低，使兩管基極電流IB減小。其過程可表示如下：,d. RP的作用,

6、電位器RP是用來調(diào)電路平衡的，又稱為調(diào)零電位器。這是由于實際中電路不可能完全對稱，在輸入電壓為零時，輸出電壓不為零。利用電位器RP的動點使兩管分配到不同的阻值，以使UC1UC2，從而確保靜態(tài)時uo0。但RP不宜過大，一般在幾十歐姆至幾百歐姆左右。,10.2.3 靜態(tài)分析,靜態(tài)時，ui1ui20 ，由于電路兩邊參數(shù)對稱，故兩管靜態(tài)值完全相同，即,流過RE的電流是兩管發(fā)射極電流之和即，故可只畫一個管子的直流通路即可，,如圖10-2-2所示為單管放大電路的直流通路,設(shè)RP的動觸頭在中間，則由直流通路得,由于IB、UBE、RP比較小，故忽略則有,即,由此可知，每管的發(fā)射極電路中相當于接入了2RE的電阻

7、，所以每個管子的靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性都得到了提高，負電源UEE是用來補償RE上的靜態(tài)壓降，使三極管有合適的靜態(tài)工作點。,10.2.4 動態(tài)分析,差動放大電路的信號輸入可分為差模輸入、共模輸入和比較輸入。而從輸出輸入的方式可分為雙端輸入/數(shù)端輸出、雙端輸入/單端輸出、單端輸入/雙端輸出及單端輸入/單端輸出。,10.2.4.1 差模輸入,差模輸入：兩個輸入信號的大小相等，極性相反 ，即,其交流通路如圖10-2-3所示,在差模輸入時，由于兩管完全對稱，一個管子電流的增加量等于另外一個管子的電流減小量，以至流過RE的電流不變即iRE ie1 - ie2 = 0，則兩端的電壓也不變。RE對差模信號無反饋作

8、用，相當于短路,由于,即,a. 雙端輸入/雙端輸出：,如圖10-2-3,其輸出取自兩個管子的集電極，即uod，則差模電壓放大倍數(shù)為,即雙端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)與單管電壓放大倍數(shù)相同，由單管放大電路的微變等效電路（圖10-2-4)得,當負載開路時,由圖10-2-5的電路可得輸入電阻為,輸出電阻為,b. 雙端輸入/單端輸出（輸出取自一個管子的集電極) ：,或者從V2的集電極輸出，即uod2，則電壓放大倍數(shù)為,輸出取自V1的集電極uod1 , 其電壓放大倍數(shù)為,說明uid和uod1反相位,說明uid和uod2同相位。且單端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)是單管電壓放大倍數(shù)的一半，輸出電阻和單管放大電路相

9、同。,輸入電阻和雙端輸出相同，即,輸出電阻為,10.2.4.2 共模輸入,共模輸入 ：兩個輸入信號大小相等，極性相同，即,在共模輸入信號的作用下，對于完全對稱的差動放大電路而言，兩管的電流同時增加或減小相同的數(shù)量，RE中的電流變化為每管發(fā)射極電流變化的兩倍，即對每管而言，相當于發(fā)射極接了2RE的電阻。,a. 雙端輸入/雙端輸出,其交流通路如圖10-2-6所示,由于兩管對稱，有,故雙端輸出電壓為,共模電壓放大倍數(shù)為,即差動放大電路雙端輸出時，具有很強的抑制共模信號的能力。,b. 雙端輸入/單端輸出,實際上，在沒有輸入信號的情況下，溫度漂移同樣引起兩管的同向漂移，在理想對稱時，雙端輸出的溫度漂移為

10、零。顯然，將一對溫漂信號折算到輸入端，相當于電路輸入了一對共模信號。所以，差動放大電路對零點漂移的抑制，是該電路抑制共模信號的一個特例。,故其電壓放大倍數(shù)為,由于,由圖10-2-7的微變等效電路得,通常(1+）2RERBrbe，1，故有,由上式可知，RE越大，Auc越小，抑制共模信號的能力越強。故稱射極電阻RE為共模抑制電阻。,c.為了全面衡量電路放大差模信號、抑制共模信號的能力，通常采用共模抑制比KCMRR來表征,即,或表示成對數(shù)形式,顯然，共模抑制比KCMRR越大，差動放大電路分辨所要放大的差模信號的能力越強，而受共模信號的影響越小。對雙端輸出的差動放大電路，應(yīng)盡可能提高電路參數(shù)（含參數(shù)的

11、溫度特性）的對稱性，盡可能地加大共模RE反饋電阻。對單端輸出，則只有靠RE的作用來提高共模抑制比KCMRR 。,10.2.4.4 比較信號輸入,兩個輸入信號ui1、 ui2 既非差模，又非共模，它們的大小和極性是任意的，這種輸入稱為比較輸入。,對于這種比較信號，可將它們分解為共模與差模的合成即,其中uid1和uid2為一對差模信號，即,uic1和uic2為一對共模信號，即,故有,當雙端輸出時，由于電路對稱，則Auc0，只有差模信號產(chǎn)生輸出電壓。其比較信號輸入時輸出電壓為,12.2.4.4 單端輸入,若輸入信號僅加在一個輸入端，另一個輸入端接地，即所謂的單端輸入，如圖10-2-8所示,實際上，單

12、端輸入可以看作是比較輸入的一個特例，即ui1ui 、ui20的情況,則有,故單端輸入也可以看成是雙端輸入，分析和雙端輸入相同,解: (1)靜態(tài)時 ui1= ui2 ,其直流通路如圖10-2-10所示,例10-2-1電路如圖1029為雙端輸入的差分放大電路，已知50,求: (1)電路的靜態(tài)值；(2) 雙端輸出和單端輸出的差模和共模電壓增益（設(shè)負載RL10K）；（3)共模抑制比KCMR；(4)差模輸入電阻和輸出電阻。,由直流通路得,忽略 ，則得,(2)電壓增益,差模輸入時單管放大電路的小信號模型電路如圖10-2-11所示,雙端輸出時,單端輸出時,共模輸入時，單管放大電路的小信號模型如圖10-2-1

13、2所示,雙端輸出時由于電路對稱，使,則輸出電壓為,電壓增益為,單端輸出時，共模電壓增益為,(3) 共模抑制比,雙端輸出時,單端輸出時,(4) 差模輸入電阻和輸出電阻,雙端輸出的輸出電阻為,單端輸出的輸出電阻為,10.3 集成運算放大器簡介,集成運算放大器是60年代發(fā)展起來的、具有高開環(huán)電壓放大倍數(shù)并帶有深度負反饋的多級直接耦合放大電路。它最初是用于模擬電子計算機上，實現(xiàn)加、減、乘、除、微分、積分等數(shù)學(xué)運算，并因此而得名。集成運算放大器的應(yīng)用遠超過模擬運算的界限，在信號運算、信號處理、信號測量和信號產(chǎn)生等方面獲得了廣泛應(yīng)用。,10.3.1集成運算放大器的組成,集成運算放大器基本上都是由輸入級、中

14、間級、輸出級、偏置電路四部分組成，如圖10-3-1。,中間級：主要作用是進行電壓放大，它應(yīng)具有足夠大的電壓放大倍數(shù)，一般由共射電路構(gòu)成,輸入級:是提高運算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分，要求其零點漂移小，抑制干擾能力強，輸入電阻高，通常都采用差動放大電路,輸出級：與負載相連，要求具有較強的帶負載能力，輸出電阻低，并要有足夠的功率和足夠的電壓輸出幅度，一般采用射極輸出的互補對稱電路,偏置電路是為各級提供合適穩(wěn)定的靜態(tài)工作點，一般由各種恒流源構(gòu)成,10.3.2集成運算放大器的工藝特點,1. 集成運算放大器采用直接耦合，基本上不用電容元件。如果需要電容元件也是采用外接的辦法,2. 集成運算放大器的輸入級采用差

15、動放大電路，漂移小,3.大阻值的電阻用晶體管恒流源代替，較高的直流電阻也采用外接方式,4. 集成電路中的二極管都采用晶體管構(gòu)成，把發(fā)射極、基極、集電極三者適當聯(lián)接構(gòu)成二極管,注：在使用集成運算放大器時，只需知道其管腳用途和主要參數(shù)，至于其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可以不考慮,圖10-3-2是F007（5G24）集成運算放大器的管腳和符號圖.它有8個管腳，各管腳的用途是：,2-反相輸入端，以“”表示。由此接輸入信號，則輸出信號與輸入信號反相。,4-負電源端，一般接15伏電源,3-同相輸入端，以“”表示。由此接輸入信號，則輸出信號與輸入信號同相,7-正電源端，一般接15伏電源,6-輸出端，以“”表示。,1、5外

16、接調(diào)零電位器的兩個端子,8空腳,10.3.3 主要參數(shù),運算放大器的性能可以用一些參數(shù)來表示。為了合理地選用運算放大器，必須了解各參數(shù)的含義。,1.開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo,在沒有外接反饋電阻（即開環(huán)）時的差模電壓放大倍數(shù)。Auo越大，運放電路精度越高，工作性能越好。一般為104107，即80140dB。,2.最大輸出電壓UOPP,在不失真的條件下的最大輸出電壓。F007的最大不失真電壓約為12V。,3. 輸入失調(diào)電壓Uio,理想的運算放大器，當輸入電壓為零時，輸出電壓也為零。但由于在制造工藝上很難使參數(shù)達到完全對稱，因此當輸入為零時，輸出并不為零。如果要使輸出為零，必須在輸入端加一個很小的補償

17、電壓Uio ,使得輸出為零。 Uio 一般為毫伏級，其值愈小愈好。,4.輸入失調(diào)電流Iio,由于電路內(nèi)部元件參數(shù)不對稱，運算放大器兩個輸入端的靜態(tài)電流不相等，其差值的絕對值稱為失調(diào)電流，即,一般在微安數(shù)量級，其值越小越好。,5.輸入偏置電流IiB,當輸入信號為零時，兩個輸入端靜態(tài)基極電流的平均值（IB1 IB2) / 2稱為輸入偏置電流。它的大小主要和電路中第一級管子的性能有關(guān)。其值越小越好，一般在幾百個納安。,6. 最大差模輸入電壓UidM,運算放大器兩個輸入端允許外加的最大電壓稱為最大差模輸入電壓。其大小取決于輸入級的結(jié)構(gòu)。當輸入電壓超過此值時，輸入級電路的管子將會損壞。,7.最大共模輸入

18、電壓UicM,運算放大器對共模信號的抑制，在共模輸入電壓范圍內(nèi)才存在。如果超過最大共模輸入電壓，運算放大器抑制共模信號的能力大為下降，甚至損壞器件。,10.3.4 理想運算放大器及分析依據(jù),10.3.4.1 理想化條件,理想運放是不存在的，但實際運放的許多指標很接近理想運放。為簡化分析，常將實際運放理想化。其理想化的條件是：,a.開環(huán)電壓放大倍數(shù) Auo,b.差模輸入電阻 rid,c.開環(huán)輸出電阻 ro0,d.共模抑制比 KCMRR,理想集成運算放大器的符號如圖10-3-3所示,10.3.3.2 電壓傳輸特性,表示集成運放輸出電壓和輸入電壓之間關(guān)系的特性曲線稱為電壓傳輸特性，如圖10-3-4所

19、示,集成運算放大器的電壓傳輸特性分為線性區(qū)和非線性區(qū)（飽和區(qū)）。,線性區(qū)：,線性區(qū),輸入為uiu u，輸出為uoAuo ui,非線性區(qū),當輸入uiu u0，即 u u輸出為uo+Uo(sat)；當輸入uiu u0，即 u u輸出為uo-Uo(sat) , Uo(sat)為輸出飽和電壓，它們接近正電源電壓值和負電源電壓值 。,10.3.3.3兩個重要的分析依據(jù),當運放為理想時， Auo ，即使輸入ui很小，也會使運放進入飽和區(qū)（非線性區(qū)），故線性區(qū)很小，所以要使運放工作在線性區(qū)，必須外加深度負反饋。,運放在開環(huán)狀態(tài)下工作在非線性區(qū)，不滿足線性關(guān)系 uoAuo ui,1.虛斷,由于運算放大器的輸入

20、電阻很高，故可以認為反相輸入端和同相輸入端的電流小到近似為零，即運放本身不取用電流。即：,2.虛短,上式表明流入集成運放兩個輸入端的電流可視為零，好象輸入端開路，但不是真正斷開，故稱為虛斷。,由于運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo ，而輸出電壓是一個有限的數(shù)值，在深度負反饋時，運算放大器工作在線性區(qū)，有：,上式表明，運放兩個輸入端的電位近似相等，好象同相輸入端和反相輸入端被短接，但實際并未短路，故稱為虛短。,虛短是理想運放引入深度負反饋的必然結(jié)果，只有在閉環(huán)狀態(tài)下，工作于線性放大區(qū)的運放才有虛短概念，離開上述前提，虛短現(xiàn)象不存在。,虛地,當同相輸入端接地時，即u+=0，如圖10-3-4所示反相

21、輸入端u- =u+=0 ，好象反相輸入端也接地了，反相輸入端是不接地的地電位，故稱為虛地。,10.4集成運算放大器的線性應(yīng)用,運算放大器的線性應(yīng)用，主要是實現(xiàn)各種模擬信號的比例、求和、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)等數(shù)學(xué)運算，以及有源濾波、采樣保持、信號檢測等信號處理。本節(jié)主要討論前面幾種數(shù)學(xué)運算。,10.4.1 比例運算,1. 反相比例運算,圖10-4-1是反相比例放大電路,只有一個輸入信號ui,經(jīng)R1加在反相輸入端;同相輸入端經(jīng)R2接地;反饋電阻RF跨接于輸出端和反相輸入端之間，構(gòu)成一個深度電壓并聯(lián)負反饋。,由于運放工作在線性區(qū),故由虛短和虛斷得,有,而,可得輸出電壓為,閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為,如果R

22、1=RF,則Auf= -1, uo= - ui ,此時的反相比例運算電路稱為反相器或反號器,上式表明，由于引入了深度負反饋，運放的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)與運放本身的參數(shù)無關(guān)，只決定于外接電阻。只要R1和RF的阻值足夠精確，就可保證比例運算的精度和穩(wěn)定性。式中的負號表示輸出與輸入反相。,同相輸入端的外接電阻R2是平衡電阻，是為了保證運放差動輸入端靜態(tài)電路的平衡，消除靜態(tài)基極電流對輸出的影響。R2的選擇應(yīng)使兩輸入端外接直流通路等效電阻阻值相等，即R2= R1/ RF,解：根據(jù)虛短、虛斷有,例8-1-1 為了用低阻值實現(xiàn)高電壓增益的反相輸入放大電路，采用T型反饋網(wǎng)絡(luò)代替RF ，如圖10-4-2所示，試求閉

23、環(huán)電壓增益Aufuo /ui .,由于,則,由KCL定律,其中,代入上式,整理得,2. 同相比例,電路如圖10-4-3所示,也只有一個輸入信號ui , 經(jīng)R2加在同相輸入端;反相輸入端經(jīng)R1接地;反饋電阻RF跨接于輸出端和反相輸入端之間，構(gòu)成一個深度電壓串聯(lián)負反饋。,由虛斷、虛短得,而,故輸出電壓為,則閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為,由此可見，uo與ui的比例關(guān)系即Auf也與運算放大器本身的參數(shù)無關(guān)，其精度和穩(wěn)定性由外接電阻確定。式中Auf為正值，說明uo與ui同相，且大于或等于1，不會小于1。平衡電阻仍為R2=R1/RF。,若RF=0或R1=（R1斷開），或者兩者同時滿足，則uo=ui ，此時的同相比例

24、運算電路稱為同號器或電壓跟隨器 ，如圖10-4-4所示。,與前面討論的射極跟隨器一樣，它也具有很高的輸入電阻和很低的輸出電阻，且性能優(yōu)于射極跟隨器。,解:由虛短、虛斷概念得,例10-4-2 如圖10-4-5為同相輸入放大電路，試求輸出電壓uo 。,由于,故,10.4.2 加法運算,如果在運放的某一個輸入端加上若干輸入信號，則構(gòu)成加法運算電路。圖10-4-6為反相輸入的加法運算電路。,由虛短、虛斷概念得,由圖得,則,故,當R11= R12= R13= R1時,由上兩式可知，加法運算電路也與運放本身參數(shù)無關(guān)，只要電阻足夠精確，就可保證加法運算電路的精度和穩(wěn)定性。平衡電阻R2= R11/ R12/R

25、13/RF,例10-4-3 用運算放大器實現(xiàn)如下關(guān)系,解：此式可由兩個運算放大器實現(xiàn)，實現(xiàn)電路如圖10-4-7所示。,其輸出電壓為,與題中所給的運算關(guān)系相比較,可?。?若選,則,平衡電阻,例10-4-4 圖10-4-8為同相輸入的加法運算電路，試推導(dǎo)出輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系,解：由虛斷得,由虛短得,則,其中,而,故,即輸出電壓與兩輸入信號的和成比例關(guān)系，且與兩輸入信號的和同相位。,若取,則,10.4.3 減法運算,如果兩個輸入端都有信號，則為差動輸入,也就是減法運算電路。如圖10-4-9所示。,由于運算放大器工作在線性區(qū)，用疊加定律，求出其運算關(guān)系。,當ui1單獨作用時， ui2=0,其電路

26、即為反相比例運算，如圖10-4-10所示，則,當ui2單獨作用時， ui1=0,其電路即為同相比例運算，如圖10-4-11所示，則,故總的輸出電壓為,若取R1= R2= R3= RF ，則,說明輸出和輸入的差值成比例關(guān)系,例 1045 求圖10412所示電路的輸出電壓u0 。,解：根據(jù)疊加原理，當ui1和ui2 單獨作用時，ui3= ui4 0，為反相輸入加法電路，此時的輸出電壓為uon；當ui3和ui4 單獨作用時，ui1= ui2 0，為同相輸入加法電路，此時的輸出電壓為uop,a.當ui1和ui2 單獨作用時，其電路如圖10-4-13所示。,其輸出電壓為,b.當ui3和ui4 單獨作用時

27、，其電路如圖10-4-14所示。,其輸出電壓為,則總的電壓為,則,例10-4-6 如圖10415也是減法電路，試寫出輸出端uo 的表達式。,解：,輸出電壓為,例10-4-7 如圖10-4-16所示電流是一個具有高輸入電阻、低輸出阻抗的儀用放大器，試證明,解：由于A1和A2電路對稱，故R1的中點為地點。,A1和A2可看成為同相輸入放大電路， A3為減法電路，則各輸出電壓為,則總的輸出電壓為,10.4.4 微分、積分電路,10.4.4.1 積分電路,電路如圖10-4-17所示,將反相比例運算電路中的反饋電阻RF換成電容CF，就是積分電路,根據(jù)運放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)，即虛短和虛斷有,上式表明

28、，輸出電壓uo與輸入電壓ui的積分成正比，負號表示兩者反相。R1CF為積分時間常數(shù)。,14.4.4.2 微分電路,電路如圖10-4-18所示,將反相比例運算電路中的電阻換成電容，就是微分電路，微分運算是積分運算的逆運算。,由圖得,上式說明輸出電壓與輸入電壓的微分成正比,圖10-4-19表示當ui為階躍輸入時，積分電路和微分電路的輸出電壓波形。,對于微分電路，在ui0時其輸出為,只有在ui從0跳變到UI時，有一個突變負向脈沖，如圖10-4-19(b)所示。,對于積分電路，在ui0時其輸出為,當t 增大時，uo負值線性增長，當達到U0(sat）時，即進入了飽和狀態(tài)，運放工作在非線性區(qū),uo不再增加

29、，,如圖10-4-19(b)所示。,例10-4-7 試寫出圖10-4-20所示電路的輸出電壓和輸入電壓的微分方程,解：A1為反相輸入加法電路， A2為反相輸入放大電路，A3為反相積分電路。則各輸出電壓為,則,故,而,10.5 運算放大器的非線性運用,前面運算電路中帶有深度負反饋，所以運算放大器工作在線性區(qū)。當運放工作在開環(huán)或正反饋時，由于開環(huán)放大倍數(shù)很高，很小的輸入電壓或干擾電壓就可使放大器工作在非線性區(qū)，虛短的原則不再滿足，但虛斷還是成立的,10.5.1 電壓比較器,電壓比較器是對輸入信號進行鑒別和比較的電路，視輸入信號是大于還是小于給定值來決定輸出狀態(tài)。它在測量、控制、非正弦波發(fā)生器中得到

30、了廣泛應(yīng)用,其分析依據(jù)為,圖10-5-1是最簡單的單門限比較器的電路圖，電路中無反饋環(huán)節(jié)，運放在開環(huán)狀態(tài)下工作。其中ui為輸入電壓， UR為參考電壓，可正、可負、可為零。,常用的電壓比較電路有電壓幅度比較器、窗口比較器和具有滯回特性的比較器。這些比較器的閾值是固定的，有的只有一個閾值（單門限比較器），有的具有兩個閾值（雙門限比較器）。,其電壓傳輸特性如圖10-5-2所示,當UR0時，其輸出電壓的轉(zhuǎn)折點發(fā)生在零點，故稱為過零比較器其電壓傳輸特性如圖10-5-3所示,圖10-5-4所示為兩種限幅比較器電路和其電壓傳輸特性（忽略穩(wěn)壓管的正向壓降UD）,有時為了將輸出電壓限制在某一特定值，以使其能與接在輸出端的數(shù)字電路配合，可在比較器的輸出端與反相輸入端之間或輸出端與地之間接一雙向穩(wěn)壓管DZ（其穩(wěn)壓值為UZ），以達到雙向限幅的目的。,當比較器的輸入ui加正弦波時，輸出為矩形波;當UR0時，輸出uo為占空比為50%的方波，故可實現(xiàn)波形變換，如圖10