傅丰林 模拟电子线路基础 第三部分

1、0 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 7.1 7.1 有源负载差分放大器有源负载差分放大器 7.2 7.2 理想集成运算放大器理想集成运算放大器 7.3 7.3 集成运放的基本组态集成运放的基本组态 7.4 7.4 集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例 7.5 7.5 有源滤波器有源滤波器 1 12 VTVT、 共射放大器共射放大器 34 VTVT、 恒流源电路恒流源电路 双端输入，单端输出双端输入，单端输出 ofe ud iieoe2oe4 () Uh A Uhhh 7.17.1 有源负载差分放大器有源负载差分放大器 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运

2、算放大器原理及应用 （1 1）共射差分放大器）共射差分放大器 分析如下分析如下 2 分析：画出交流等效电路，整理得到下图。分析：画出交流等效电路，整理得到下图。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 3 解：解： i b1 ie 2 U I h i b2 ie 2 U I h 设管子参数均相同设管子参数均相同 ie3ie c1fe1 b1ie4fe b1b1 ie fe3oe1fe 1 / 11 hh Uh Ihh II h hhh i c1 2 U U 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 4 解：解： feb2b4 ofeb2b4 oe2oe4oe2

3、oe4 ()11 ()(/) h II Uh II hhhh c1i b4 ieie 2 UU I hh fei o ieoe2oe4 () h U U h hh ofe d iieoe2oe4 () u Uh A Uh hh 两点结论：两点结论：同相；电压增益增同相；电压增益增 大（公式中分母没有大（公式中分母没有2）。）。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 5 （2 2）共集）共集- -共基差分放大器共基差分放大器 分析：分析：双端输入、单端输出；双端输入、单端输出；VT5、VT6 构成基本电流源，作为构成基本电流源，作为VT4的有源负载；的有源负载； OO 1O

4、IIO1 uuu uuu O1feL1 IiefeL1 (1) (1) uhR uhhR ie L1i2 fe 1 h RR h O1 I 1 2 u u CC组态组态 CB组态组态 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 6 OfeL2 O1ie uh R uh Ofe O1ieoe6 uh uh h L2oe6 1Rh OO1Ofe IIO1ieoe6 2 uuuh uuuh h 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 7 （3 3）共集）共集- -共射差分放大器共射差分放大器 分析：分析：双端输入、单端输出；双端输入、单端输出；VT5、VT6 构成基本

5、电流源，作为构成基本电流源，作为VT4的有源负载；的有源负载； OO 1O IIO 1 uuu uuu L1i2ie RRh O 1 I 1 u u CE组态组态 O1feL1 IiefeL1 (1) (1) uhR uhhR VT1、VT2为为CC组态组态 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 8 OfeL2 O1ie uh R uh Ofe O1ieoe6 uh uh h L2oe6 1Rh OO1Ofe IIO1ieoe6 uuuh uuuh h 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 9 （4 4）双极型集成运放）双极型集成运放F741F741 高

6、增益，高输入阻抗的第二代集成运放高增益，高输入阻抗的第二代集成运放 F741由由输入级输入级、 中间级和中间级和输出级输出级 三级组成。三级组成。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 10 输入级：输入级：VT1VT9，采用有源负载，采用有源负载 的共集的共集-共基（共基（ VT1VT4）电路）电路 提高放大器的差模输入电阻和差模输入电压范围。提高放大器的差模输入电阻和差模输入电压范围。 VT5、VT6和和VT7组成小电流源改进电路，组成小电流源改进电路， 作为差分放大器集电极的有源负载，并将作为差分放大器集电极的有源负载，并将 双端输入信号转变成单端输出信号。双端输入信

7、号转变成单端输出信号。 这一级可以获得较高的电压增益。这一级可以获得较高的电压增益。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 11 中间级：中间级：有有VT16、VT17组成组成复合管复合管的单级共的单级共 射放大器，并由射放大器，并由VT13作为它的有源负载。作为它的有源负载。 高的输入电阻保证输入级有较高的电压增益。高的输入电阻保证输入级有较高的电压增益。 提高中间级的电压增益。提高中间级的电压增益。 30pF相位补偿电容，可以保证闭环稳定工作。相位补偿电容，可以保证闭环稳定工作。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 12 输出级：输出级：VT14和

8、互补复合管和互补复合管VT18、 VT19组成准互补输出级。组成准互补输出级。 消除交越失真消除交越失真 输出级二极管保护电路输出级二极管保护电路 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 13 （5 5） MOSMOS集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成 CMOS CMOS集成运放组成集成运放组成 CC14573CC14573为例为例 CC14573CC14573是一个四可编程运算放大器，它用是一个四可编程运算放大器，它用P P沟道和沟道和N N沟道增强型沟道增强型 MOSMOS场效应晶体管以单片结构组成低功耗运算放大器场效应晶体管以单片结构组成低功耗运算放大器。 偏置电

9、路：偏置电路：由由P P沟道增强型沟道增强型MOSMOS场效应晶场效应晶 体管体管 VTVT5 5、VTVT6 6和外接偏置电阻组成。和外接偏置电阻组成。 VTVT5 5、VTVT6 6 、 、 VTVT5 5、VTVT8 8构成基本电流源。构成基本电流源。 输入级输入级: :由由VTVT1 1、VTVT2 2、VTVT3 3、VTVT4 4和和VTVT6 6组组 成。成。VTVT1 1、VTVT2 2组成差分放大器，组成差分放大器，VTVT3 3 、 VTVT4 4作为它的有源负载，作为它的有源负载，VTVT6 6提供工作电流。提供工作电流。 输出级输出级: :由由VTVT7 7 、 VTV

10、T5 5、 、 VT VT8 8构成一共源放构成一共源放 大器。大器。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 14 7.2 理想集成运算放大器理想集成运算放大器 （1）特点：）特点： 输入失调电压输入失调电压 A id R o 0R IO 0U IO 0I CMR K 开环电压放大倍数开环电压放大倍数差模输入电阻差模输入电阻 输出电阻输出电阻 频带无限宽频带无限宽 输入失调电流输入失调电流 共模抑制比共模抑制比 干扰和噪声都不存在干扰和噪声都不存在 0 i 0 i Id Osat Id u uU u Id 0u satOsat UuU Id 0u 七、集成运算放大器原理及应

11、用七、集成运算放大器原理及应用 15 0 i 0 i Id Osat Id u uU u Id 0u satOsat UuU Id 0u 理想运放模型理想运放模型 比电源电压小比电源电压小12V 符号符号 传输特性传输特性 线性放大区等效电路线性放大区等效电路正向饱和区等效电路正向饱和区等效电路负向饱和区等效电路负向饱和区等效电路 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 16 （2 2）分析方法：）分析方法： 线性放大区线性放大区 两个输入端无电流，两个输入端之间开路；两个输入端无电流，两个输入端之间开路； 两个输入端两个输入端“虚短路虚短路”。 I 0i Id 0uuu u

12、u 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 理想运放特性（线性区，必须闭环工作）理想运放特性（线性区，必须闭环工作） 17 分析方法：分析方法： 饱和区饱和区 两个输入端无电流，两个输入端之间开路；两个输入端无电流，两个输入端之间开路； 比较两个输入端电压大小。比较两个输入端电压大小。 I 0i uu uu OOmax uU OOmin uU 高电平输出高电平输出 低电平输出低电平输出 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 理想运放特性（饱和区）理想运放特性（饱和区） 18 7.3 集成运放的基本组态集成运放的基本组态 1. 反相放大组态反相放大组态 I

13、0i F1 ii uu 1I1 /iuR FOf iuR 存在负反馈，运放工作在线性区存在负反馈，运放工作在线性区 0 Of uf I1 uR A uR 11 satIsat ff RR UuU RR 虚地：反相输入端虚地：反相输入端 没有真正接地，而没有真正接地，而 具有地电位具有地电位 虚地虚地 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 输入电压在一定范围内时，输出电压和输入电压相位相反，输入电压在一定范围内时，输出电压和输入电压相位相反， 大小仅取决于反馈回路电阻比。大小仅取决于反馈回路电阻比。 19 1. 反相放大组态反相放大组态 传输特性传输特性 OI 1uu f1

14、RR 反相跟随器反相跟随器 输入电阻：输入电阻： i1 RR 反相放大组态的实质是反相放大组态的实质是电压并联负反电压并联负反 馈馈，具有低的输入阻抗和输出阻抗。，具有低的输入阻抗和输出阻抗。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 20 例题分析例题分析 例例7-17-1 已知已知 ，试画出输出波形。，试画出输出波形。 I sinVut f 200 20 10 u A 解：解： 受受 的限制的限制 sat U 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 21 例题分析例题分析 例例7-27-2 求输出的表达式。求输出的表达式。 解：解： I2 0u 利用叠加原

15、理利用叠加原理 O1f1I ()uRR u I1 0u O2f2I ()uRRu ff OO1O2I1I2 12 RR uuuuu RR 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 22 2. 同同相放大组态相放大组态 存在负反馈，运放工作在线性区存在负反馈，运放工作在线性区 uu I 0i 1 1 O f R uu RR u I u Of f I1 1 u uR A uR 11 satIsat 1f1f RR UuU RRRR 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 输入电压在一定范围内时，输出电压和输入电压同相，输入电压在一定范围内时，输出电压和输入电压同相

16、， 大小仅取决于反馈回路电阻比。大小仅取决于反馈回路电阻比。 23 2. 同同相放大组态相放大组态 f 0R 1 R OI 1uu 同相放大组态的实质是同相放大组态的实质是电压电压 串联负反馈串联负反馈，输入电阻很大，输入电阻很大， 理想运放为无穷大。理想运放为无穷大。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 同相跟随器同相跟随器 24 例题分析例题分析 例例7-3 求求 。 解：解： OI /uu u u I u 无电流。无电流。 21 RR、 4 OI 34 R uu RR O3 I4 1 uR uR 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 25 3.

17、差分差分放大组态放大组态 反相放大组态和同相放大组态二者结合反相放大组态和同相放大组态二者结合 I u I1I2 ()uu I1I2 uu、 O1 u O2 u 输入信号输入信号 可以认为是可以认为是 ， 利用叠加原理，分别计算利用叠加原理，分别计算 对对 输出的贡献输出的贡献 和和 ，然后合成，然后合成， 即即 O1 u O2 u 2 I1 1 R u R 24 I2 134 1 RR u RRR 2 1 1 R u R 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 26 3. 差分差分放大组态放大组态 421 O2I2 343 ()1 ()1 RRR uu RRR 1234 R

18、RRR OO1O2 uuu O2 f I1 uR A uR 11 satIsat 22 RR UuU RR 2 I1I2 1 () R uu R 2 I 1 R u R 结论：结论：运放特性理想且外接元件运放特性理想且外接元件 参数满足特定条件差分运算放大参数满足特定条件差分运算放大 器只对差模输入信号实现运算，器只对差模输入信号实现运算， 输出无共模分量，且闭环增益仅输出无共模分量，且闭环增益仅 取决于外接电阻比。取决于外接电阻比。 作用：抑制共模成分作用：抑制共模成分 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 27 3. 差分差分放大组态放大组态 虚短路虚短路 id1 2R

19、R 12 ic 2 RR R 差模输入电阻差模输入电阻 共模输入电阻共模输入电阻 对于理想运放，共模输出电压为零，输出端相当于接地，对于理想运放，共模输出电压为零，输出端相当于接地， 所以所以(R1+R2)与与(R3+R4)是并联关系。是并联关系。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 28 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 mV1001 11 2100 1 I bes c o u rR R U V5mV)100(50 2 100 1 oO Uu 例例7-4 已知晶体管参数对称，已知晶体管参数对称， ， , 求求 。1001 be rk1 I u O

20、 umV 29 1. 1. 同相串联差分式高输入阻抗放大器同相串联差分式高输入阻抗放大器 输入信号加于两个运放的同输入信号加于两个运放的同 相输入端，相输入端，差分输入电阻近差分输入电阻近 似为两个运放的共模输入电似为两个运放的共模输入电 阻之和，提高了输入电阻。阻之和，提高了输入电阻。 I u I1I2 uu O u 33 O1I2 22 (1) RR uu RR 33 I1I2 212 (1)(1) f R RR uu RRR 利用迭加原理，利用迭加原理， 分别作用于输入端分别作用于输入端I1I2 uu、 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 7.4 集成运算放大器的应

21、用举例集成运算放大器的应用举例 30 1f32 RRRR 3 OI1I2 2 (1)() R uuu R 双端输入，输入电阻为无穷大。双端输入，输入电阻为无穷大。 3 I 2 (1) R u R 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 31 2. 可编程增益放大器可编程增益放大器 若若S1接通，则接通，则 S1 1A 同相跟随器同相跟随器 若若S2接通，则接通，则 1 OI 234 (1) R uu RRR 同相放大器同相放大器 1234 S2 234 RRRR A RRR 若若S3接通，则接通，则 1234 S3 34 RRRR A RR 七、集成运算放大器原理及应用七、集

22、成运算放大器原理及应用 32 2. 2. 可编程增益放大器可编程增益放大器 若若S S4 4 接通，则 接通，则 1234 S4 4 RRRR A R 结论：结论：放大器有放大器有4 4种增益水平，其大种增益水平，其大 小取决于外电阻小取决于外电阻R R1 1R R4 4 ，改变电阻大，改变电阻大 小即可改变增益。小即可改变增益。 如果在电路中接入译码器如果在电路中接入译码器B B对开关对开关 进行控制，则可以减少控制位数。进行控制，则可以减少控制位数。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 33 码控四段转换码控四段转换可编程增益放大器可编程增益放大器 为数字选为数字选

23、通信号，译码输出通信号，译码输出 后控制后控制 开关开关 的选通。的选通。 10b b 41 SS 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 34 3. 测量放大器测量放大器 均为同相输入，具有双端输均为同相输入，具有双端输 入、双端输出形式。入、双端输出形式。 为差分组态，实现减法运算。为差分组态，实现减法运算。 21 AA 、 3 A O1I1 f uu R I2O2 f uu R I1I2 PP uu a R O1O2 uu f I1I2 PP 2 (1)() R uu a R 2 OO1O2 1 () R uuu R 2f OI1I2 1PP 2 (1)() RR uu

24、u Ra R 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 35 3. 测量放大器测量放大器 2f OI1I2 1PP 2 (1)() RR uuu Ra R 输出与输入之间成线性放输出与输入之间成线性放 大关系。大关系。 调节电位器调节电位器 即可方便即可方便 地改善增益。地改善增益。 PP R 电路特点：电路特点： 输入电阻极高。输入电阻极高。 共模抑制比极高。共模抑制比极高。 增益调节方便。增益调节方便。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 36 4. 全加器全加器 f OI1 1 R uu R 3ff I1I2 1123 (1) RRR uu RRRR

25、 f 1 (1) R u R 利用线性叠加原理，得到利用线性叠加原理，得到 1f23 /RRRR ff OI1I2 12 RR uuu RR 结论：结论： 对输出的贡献对输出的贡献 只决定于只决定于 而与而与 无关，或者说无关，或者说 不不 参与运算。参与运算。 f2 RR I2 u 31 RR、 31 RR、 能进行加法和减法运算的电路。能进行加法和减法运算的电路。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 37 将电路加以推广，可以得到进行加法运算和减法运算的全加器。将电路加以推广，可以得到进行加法运算和减法运算的全加器。 如果所有输入网络与反馈网络的元件都如果所有输入网络

26、与反馈网络的元件都 是纯电阻，且满足是纯电阻，且满足 2122D / m RRR 1111Df / n RRRR fff OI11I12I1 11121 n n RRR uuuu RRR 则则 fff I21I22I2 21222 m m RRR uuu RRR f I1 1 1 n j j j R u R f I2 1 2 m R u R 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 38 例题分析例题分析 例例7-57-5 试用一个运算放大器构成如下运算关系试用一个运算放大器构成如下运算关系 OI2I1 24uuu 且要求每路输入电阻不小于且要求每路输入电阻不小于 。k10 解

27、：解： k15 1 R f R 1f23 /RRRR k20 3 R 电路设计如右图，电路设计如右图，选择选择 则则 1 4R 2 R 60k ， f 2R 30k 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 39 例例7-67-6 设电路和设电路和 、 波形如图所示。试画出波形如图所示。试画出 波形（提波形（提 示：示：JFETJFET导通时的电阻可忽略不计）导通时的电阻可忽略不计）。 I u G u O u 解：解： t GS(off) U 4T G u O u 2 I 1 R u R 2 I 1 (1) R u R I u 场效应晶体管夹断，运放组成加器电路场效应晶体管夹断

28、，运放组成加器电路 434TtT G 0u 场效应晶体管导通，场效应晶体管导通， 0 u u O u 2 I 1 R u R I u 34TtT O u I u 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 40 5. 积分器和微分器积分器和微分器 （1）积分器）积分器 I 0i 1 i u 1 i F i I u R O u F i u 0 I u R O d d u C t O d d u C t I 1 du t RC 结论：结论：输出电压与输入输出电压与输入 电压的积分成正比。电压的积分成正比。 利用积分器可以构成线利用积分器可以构成线 性良好的扫描电路。性良好的扫描电路。

29、 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 41 例例7-77-7 电路如下图所示，求输出电压电路如下图所示，求输出电压 表达式。表达式。 解：解： O u I uu R d d u C t O uu R u O /2u OI 2 duut RC 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 42 例例7-87-8 电路如下图所示，输入电压电路如下图所示，输入电压 波形如下图所示，波形如下图所示， 设设 时，电容时，电容C C 上的初始电压为零，试画出上的初始电压为零，试画出 波形。波形。 解：解： O u I u 0 t 输入信号是方波，采用分段积分输入信号是方波

30、，采用分段积分。 s100 t I 1Vu 10 O1I 0 1 ( )dutu RC 0 1 ( 1)d0.2 5 t t 10 20st I 1Vu O2O1I 10 1 ( )(10)d t utuu RC 10 1 21 d(4 0.2 )V 5 t t 输出波形输出波形 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 43 例例7-97-9 电路及输入电压电路及输入电压 波形如图所示，（波形如图所示，（1 1）说明场效应晶体）说明场效应晶体 管管VTVT和二极管和二极管VDVD的作用；（的作用；（2 2）画出）画出 的波形，并标出其幅值。的波形，并标出其幅值。 I u O

31、u I 0u 解：解： VDVD截止，截止，VTVT导通，短路线导通，短路线 O u I 0u 0V VDVD导通，导通，VTVT夹断，积分功能夹断，积分功能 O u 1 1 ( 5)dt t RC 5(1)Vt VDVD控制控制VTVT的工作的工作 状态，状态，VTVT控制电控制电 路的工作状态路的工作状态 输出波形输出波形 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 44 （2 2）微分器）微分器 将积分器电路中电容和电阻的将积分器电路中电容和电阻的 位置调换，就构成微分器。位置调换，就构成微分器。 O u I d d u RC t 输出电压与输入电压的微分成正比。输出电压与

32、输入电压的微分成正比。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 45 6.6. 电压比较器电压比较器 作用：判断输入信号电压之间的相对大小。作用：判断输入信号电压之间的相对大小。 输出只有两种稳定工作状态：输出只有两种稳定工作状态： 高电平输出高电平输出 ； 低电平输出低电平输出 。 Omax U Omin U （1 1）单限比较器）单限比较器 IR uU OOmax uU IR uU OOmin uU 参考电平参考电平 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 46 分析：分析： 0 Omin VUV6 1 U V3 2 U 21 VDVD 、 21 AA

33、、5 Omax VU 只要只要 中任有一个为高中任有一个为高 电平，输出电平，输出 即为高电平；即为高电平； O1O2 uu、 只有只有 均为低电平，输均为低电平，输 出出 才为低电平。才为低电平。 O u O1O2 uu、 O u 两个单限比较器构成的或门电路两个单限比较器构成的或门电路 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 例例7-10 已知已知 的输出的输出 ， ， ， ， 为理想二极管。试分析电路的工作原理为理想二极管。试分析电路的工作原理。 47 解：解： I u O1 u O2 u O u V3 2 U0 Omin VU 36 I VVu 0 Omin VU 0

34、 Omin VU0 Omin VU0 Omin VU 结论：结论： 只有当只有当 取值介于取值介于36V间时，电间时，电 路输出为低电平，路输出为低电平， ； I u O 0Vu 否则，电路输出为高电平，否则，电路输出为高电平， O 5Vu 5 Omax VU V6 1 U 5 Omax VU 5 Omax VU5 Omax VU 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 48 （2 2）迟滞比较器）迟滞比较器 带有正反馈的比较器，又称施密特触发器。带有正反馈的比较器，又称施密特触发器。 工作原理工作原理 当当 从很负逐渐增大时，从很负逐渐增大时， I u 假设初始状态假设初始

35、状态 由于由于 很负，使得很负，使得 ，运放，运放 输出为正向最大值，即输出为正向最大值，即 I u uu OOmax uU 此时此时 是参考电平和输出电压共同作用的叠加，是参考电平和输出电压共同作用的叠加，u 2 Omax 12 R U RR 1 R 12 R uU RR IH U 上门限电压上门限电压 正反馈支路正反馈支路 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 49 （2 2）迟滞比较器）迟滞比较器 当当 从很负逐渐增大到从很负逐渐增大到 时，时， IH U I u 由于强正反馈，输出将跳变到负向最由于强正反馈，输出将跳变到负向最 大值，即大值，即 OOmin uU 此

36、时此时 u 2 Omin 12 R U RR IL U 1 R 12 R U RR 下门限电压下门限电压 减小减小 ， I u输出电压仍维持在输出电压仍维持在 。 直到直到 时，时， 才又跳变到正向最大值，即才又跳变到正向最大值，即 Omin U IIL uU OOmax uU 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 50 （2 2）迟滞比较器）迟滞比较器 传输特性传输特性 输入由小变大时的传输特性输入由小变大时的传输特性输入由大变小时的传输特性输入由大变小时的传输特性 完整的传输特性完整的传输特性 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 51 （2 2）迟

37、滞比较器）迟滞比较器 12 IHROmax 1212 RR UUU RRRR 12 ILROmin 1212 RR UUU RRRR 迟滞比较器存在两个比较门限，迟滞比较器存在两个比较门限， 两者之差为两者之差为 上门限电压上门限电压 下门限电压下门限电压 I u IHIL UU 2 OmaxOmin 12 () R UU RR 门限宽度门限宽度 迟滞比较器又称为双限比较器迟滞比较器又称为双限比较器 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 52 7. 波形产生电路波形产生电路 （1 1）正弦波文氏桥振荡器）正弦波文氏桥振荡器 桥形桥形RC网络接在输出端与同相输网络接在输出端与

38、同相输 入端之间，则起振条件是相移等入端之间，则起振条件是相移等 于零。于零。 零相移桥式振荡器零相移桥式振荡器 1 Z 2 Z 1 1 1 j R C 2 2 1 /() j R C u B f o U U 2 12 Z ZZ 222 11222 /(1j) 1/ j/(1j) RR C RCRR C 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 53 （1 1）正弦波文氏桥振荡器）正弦波文氏桥振荡器 2 12211221 11j R RR (C / C )(RR C/C ) u B 要求要求 和和 之间之间相移在某个频率上为零，则虚部为零，相移在某个频率上为零，则虚部为零， f

39、 U o U 0122 01 1 R R C C 0 2121 0 1 CCRR 12 RR C R 12 CC 0 1 2 f RC 振荡频率振荡频率 3 1 u B 满足幅度平衡条件的运满足幅度平衡条件的运 放的闭环增益应等于放的闭环增益应等于3 3。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 54 （1 1）正弦波文氏桥振荡器）正弦波文氏桥振荡器 0 1 2 f RC 振荡频率振荡频率 3 1 u B RC串并联网络的频率响应特性曲线串并联网络的频率响应特性曲线 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 55 （2 2）方波发生器）方波发生器 脉冲和数字系

40、统的信号源。脉冲和数字系统的信号源。 运放以运放以比较器比较器方式工作。方式工作。 利用电容两端电压利用电容两端电压 和和 相比较，来决定输出相比较，来决定输出 是高电平是高电平 还是低电平。还是低电平。 C u)( u u O u 如果如果 为高电平，则对电容为高电平，则对电容C C 充电，使充电，使 增加；增加； O u C u 如果如果 为低电平，则电容为低电平，则电容C C 放电放电，使，使 减小。减小。 O u C u 电容两端电压的变化又使输出不断翻转，得到方波。电容两端电压的变化又使输出不断翻转，得到方波。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 56 （2 2

41、）方波发生器）方波发生器 ( ) C ut 瞬态电路三要素公式瞬态电路三要素公式 () C u (0 )( )e t CC uu () C u ZD UU (0 ) C u L U 1 ZD 12 () R UU RR 1 () C uT H U L U 1 ZD 12 () R UU RR RC 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 57 （2 2）方波发生器）方波发生器 1 T 1 (0 )( ) ln ( )( ) CC CC uu u Tu 1 2 2 ln(1) R RC R 2 T 1 T T 12 TT 1 2T 1 2 2 2ln(1) R RC R 七、集

42、成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 58 对称的方波和三角波发生器电路。对称的方波和三角波发生器电路。 2 13 1 4 P1 P RR f TR R C R A A1 1为迟滞比较器，为迟滞比较器，A A2 2为反相为反相 积分器，共同组成正反馈电积分器，共同组成正反馈电 路，形成自激振荡，由路，形成自激振荡，由A A1 1输输 出方波，出方波，A A2 2输出三角波。输出三角波。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 59 8. 8. 模拟电感电路模拟电感电路 3 I i2 3 UU R 2 I 1 U 22i I RU i2 2i 3 UU RU R

43、i I 1 I i1 1 UU R 2i 13L j RU R RR C i Z i i U I 13 2 j L R R R C R i j L i L 13L 2 R R R C R 此电路实质上是一模拟电感电路此电路实质上是一模拟电感电路 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 i 2i 1 L U UU Rj C 60 9. 9. 恒流源电路恒流源电路 求证：当满足求证：当满足 时，时， 与负载电阻与负载电阻 无关。无关。 1324 /RRRR L i L R 证明：证明： u 2L O 2L4 / / / / RR u RRR u 3 I 13 R u RR 1 O

44、1 13 R u RR u 14 R R u 23 R R u L I 2 R u R L u R L i I 2 u R 恒流源恒流源 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 61 双电源供电双电源供电 单电源供电单电源供电 实质区别：电位基准不同实质区别：电位基准不同 电位基准发生了变化，集成运放的允许工作条件也将跟电位基准发生了变化，集成运放的允许工作条件也将跟 着变化。着变化。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 10.10. 单电源供电运放电路单电源供电运放电路 62 例例7-117-11 下图所示的是单电源供电的交流放大器。试分下图所示的是单

45、电源供电的交流放大器。试分 析其工作原理，并求出析其工作原理，并求出 。 OI uu 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 63 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 直流通路直流通路 电路中的直流电压为电路中的直流电压为 ，为保证共模输入电，为保证共模输入电 压和输出电压落在正常范围内，压和输出电压落在正常范围内， 引入了深度负反馈，以引入了深度负反馈，以 稳定直流输出电压。稳定直流输出电压。 2CC12 ()RURR 3 R 64 解：解： 交流通路交流通路 O3 I4 1 uR uR 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 65

46、7.57.5 有源滤波器有源滤波器 一种具有特定频率响应的放大器。一种具有特定频率响应的放大器。 在运算放大器的基础上增加一些在运算放大器的基础上增加一些R R、C C 等无源元件而构成。等无源元件而构成。 通常分为：低通滤波器（通常分为：低通滤波器（LPFLPF）、高通滤波器（）、高通滤波器（HPFHPF）、带通滤）、带通滤 波器（波器（BPFBPF）、带阻滤波器（）、带阻滤波器（BEFBEF）和全通滤波器（）和全通滤波器（APFAPF） 5 5种滤波器幅频特性曲线种滤波器幅频特性曲线 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 66 （1 1）低通滤波器低通滤波器 功能：使低

47、于某一频率功能：使低于某一频率( (如如f f0 0) )的信号能通过，而高于的信号能通过，而高于f f0 0 信号不能通过。 信号不能通过。 一阶有源低通滤波器（反相型）一阶有源低通滤波器（反相型） f Z 2 1 / j R C 2 2 1 R j R C (j ) u A o i U U f 1 Z R 2 12 1 1 j R RRC 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 67 （1 1）低通滤波器低通滤波器 of2 i112 1 j 1j u UZR A () URRR C 0f 0 1j A 0f 0 1j A ff 0f21 ARR 02 1 ()R C 02

48、 1 (2)fR C 归一化的幅频特性归一化的幅频特性 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 68 目的：提高增益和带负载能力目的：提高增益和带负载能力 方法：方法：可将可将RCRC无源网络接到运放的同相输入端无源网络接到运放的同相输入端 o0f2 i1 00 1 j(1) 1j1j u UAR A () UR 缺点：滤波效果不够好。理想的缺点：滤波效果不够好。理想的 低通滤波器低通滤波器, ,其幅频特性应其幅频特性应 该呈矩形。该呈矩形。 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 69 上图所示低通滤波器的幅频上图所示低通滤波器的幅频 特性，在特性，在 时有时有3dB3dB衰衰 减；而当减；而当 时，以时，以 -20dB/-20dB/十倍频程的速率下十倍频程的速率下 降，衰减不够快。降，衰减不够快。 0 ff 0 ff 七、集成运算放大器原理及应用七、集成运算放大器原理及应用 70 二阶有源低通滤波器电路二阶有源低通滤波器电路 Ai UU R A UU R U 节点节点A A：Ao 1 j UU C A UU R 0 o0f UA 节点节点B B：