模拟电子技术第七章

1、12愿你的一切烦恼被愿你的一切烦恼被二极管二极管截止，快乐被截止，快乐被三极三极管管放大，生活中的磕磕绊绊被放大，生活中的磕磕绊绊被稳压管稳压管整流，一切整流，一切幸福被爱的幸福被爱的芯片芯片集成，被生活的集成，被生活的电容电容存储。存储。3回顾回顾:集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点Aud 高高: 80dB140dB; Rid 高高: 105 1011 ;Rod 低低: 几十几十 几百几百 ; KCMR高高: 70dB130dB。4回顾：理想运放特性回顾：理想运放特性(1)“虚短虚短”特性特性1.理想运放工作在理想运放工作在线性状态线性状态时的特性时的特性0所以所以 uu(2)“虚断虚

2、断”特性特性ididRuii 由由于于所以所以0 ii由于由于doiduAuuuu 057.1.1 比例运算电路比例运算电路将信号按比例放大。将信号按比例放大。反相比例放大和同相比例放大。反相比例放大和同相比例放大。一一. 反相比例运算放大器反相比例运算放大器反馈方式：反馈方式：结构特点：结构特点： 负反馈引到反相输入负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。端，信号从反相端输入。+_+平衡电阻，使输入端对地平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性态时输入级的对称性。60 uui-= i+=0foiRuR 1u虚短虚短虚断虚断1uuRRAfiouf 虚

3、地点虚地点7增加负反馈使线性范围增大增加负反馈使线性范围增大12RRuuAiouf Auuo(a )R2Ii.If.Ii.R1uiuoUCCuiAu f R2/R1UEE0(b )8因此：因此：iiiiifiuuiuR 1RRif理想运放理想运放Ro=0，引入电压负反馈使，引入电压负反馈使Ro减小，减小，所以所以Rof=09u-= u+= ui1uuuRRifio ifoRRu)1(u1 电压串联负反馈。电压串联负反馈。11uuRRAfiouf 虚短路虚短路虚开路虚开路负反馈引到反负反馈引到反相输入端，信号从同相端相输入端，信号从同相端输入。输入。Auf=?10因为串联电压负反馈使输入电阻增大

4、，因为串联电压负反馈使输入电阻增大，输出电阻减小，所以闭环输出电阻减小，所以闭环Rif=，Rof=0。111uuRRAfouf 增加负反馈使线性范围增大。增加负反馈使线性范围增大。11令令R2=0, Rf=, Auf=？12一、反相输入求和电路一、反相输入求和电路 (Reversed Phase Adder)2222211111RuRuuiRuRuuiiiii 又因为又因为 if=i1+i2，则，则 2211ififffouRRuRRRiu 若若 R1=R2=R,则则)(21iifouuRRu 13213213123123iiuRRRRRuRRRRRu ofuRRRu 44)(1(213213

5、1231234iifouRRRRRuRRRRRRRu )()(1(21334iifouuRRRRRRRu 当当R1=R2=R时时: 14)(1(2132131231234iifouRRRRRuRRRRRRRu 2211ififouRRuRRu 15若选若选R3=R4=R5=10k。2231131iioouRRuRRuu 解解: :由反相求和电路和反相比例放大器实现实现：由反相求和电路和反相比例放大器实现实现：根据题意根据题意 R1=5k, R2=2k 增加增加平衡电阻平衡电阻Rp，且，且Rp1=R1R2R3， Rp2=R4R516例：例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为变换器要求其输入电压的

6、幅度为0 +5V，现，现有信号变化范围为有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为电路，将其变化范围变为0+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平抬高电路电平抬高电路A/D计算机计算机uiuouo = 0.5ui+2.5 V17uo =0.5ui +2.5 V =0.5 (ui +5) V_+10k 20k +5V5k ui20k uo1)5( 5 . 0)5(20101 iiouuu)5( 5 . 020201 ioouuuuo_+20k 20k 10k 18图图7.1.7 双端输入求和电路双端输入求和电路 191323111)(1()1(iffo

7、uRRRRRURRu 212ifouRRu 21ooouuu 2113231)(1(ififuRRuRRRRR 则则若若,321fRRRR )(211iifouuRRu 20 RCjRCjjUjUjAio 11 dttuRCdttiCtuico 11213oii360111d6 106V10 100.1 10tuu tutRCRC dttuRCtuio 122 CRjCjRjUjUjAio 1 dttduCRRituifo 微分运算电路在高频区很容易产生自激振荡，微分运算电路在高频区很容易产生自激振荡，使电路不稳定，所以微分器很少直接应用。使电路不稳定，所以微分器很少直接应用。23iooouu

8、dtdudtud 4322例：例：其中：其中：tUuimi cos 求求uo=?解：解： dtudtduudtdtuddtduooioo43221M 1uF1M /31M 4M 1uF-uidtduouo1M 1M uo24 1、对数运算器电路、对数运算器电路RIulnUuRuiiIilnUuuSiToiSDTDo 1D图图7.1.13 对数运算电路对数运算电路25SCTbeoIiUuuln RuiiiiC RIuUuSiToln 图图7.1.14 对数运算电路对数运算电路存在问题：存在问题：ui必须为正；否则二极管或三极管反相必须为正；否则二极管或三极管反相截止。截止。IS和和UT都是温度的

9、函数，运算结果受温都是温度的函数，运算结果受温度的影响很大。度的影响很大。26：用对管消除用对管消除IS的影响；用的影响；用热敏电阻补偿热敏电阻补偿UT的温度影响。的温度影响。27 2UuATToRRRRRuU 3442其中：其中：211211221223lnlnln)1(SSCCTScTScTBEBEAAToIIiiUIiUIiUuuuuRRRu 28因为因为V1、V2有匹配对称的特性，所以有匹配对称的特性，所以IS1=IS2，则：，则： 214343221221111211 RRuUlnqkTRRRuRRRuRURuuUii,RuiiilnUiilnUuiREFTAToREFBEBEREF

10、CRiCCRTCCTA29 TiUuSDoeRIRiiRu 图图7.1.16 反对数（指数）运算器反对数（指数）运算器 30本小节研究集成运放在非线性区间的应用。本小节研究集成运放在非线性区间的应用。 uoUoHUoL0Aud uid=u- -u+31 电压比较器用来比较输入电压与基准电压的大电压比较器用来比较输入电压与基准电压的大小。小。 数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合技术领域，以及波形产生及变换等场合 。 单门限比较器、迟滞比较器和窗口比较器单门限比较器、迟滞比较器和窗口比较器32电压传输特性电压传输特性阈

11、值电压阈值电压UT(=ur)：输出跃变所对应的输入电压。输出跃变所对应的输入电压。 uiuoOUT可见，在可见，在 ui =ur 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。图图7.2.1 电压比较器的符号电压比较器的符号33ui ur，uo=+ UOHui ur，uo= UOL uiuoOur电压传输特性电压传输特性uiuoOururuouiR2R1+UCC-UEEuiuourR2R1+UCC-UEE电压传输特性电压传输特性34 (1)输出高、低电平。输出高、低电平。它取决于集成运放正负电源电压它取决于集成运放正负电源电压或输出端的限幅电路；或输出端的限幅电路； 电压比较器传输特性曲线的

12、电压比较器传输特性曲线的三个要素：三个要素：电压传输特性电压传输特性uiuoOur uiuoOur电压传输特性电压传输特性 (2)阈值电压阈值电压UT。它是使集成运放同相输入端和反相输它是使集成运放同相输入端和反相输入端电位相等时所对应的输入电压；入端电位相等时所对应的输入电压； (3) 跃变方向。跃变方向。它决定于输入电压是作用于集成运放反它决定于输入电压是作用于集成运放反相输入端，还是同相输入端。相输入端，还是同相输入端。35 图图7.2.2 输出限幅电路输出限幅电路 36uiurCUCCUEEuo0uiuourUoHUoL鉴别不灵敏区(a )(b ) Aud不灵敏区不灵敏区鉴鉴别灵敏度别

13、灵敏度。 实际运放的实际运放的转折曲线转折曲线比较器的输出状态产生转换所需要的时间。转比较器的输出状态产生转换所需要的时间。转换时间越短，比较的速度越快。换时间越短，比较的速度越快。 37uouiUoHUOL0令令ur=0，则为过零比较器。，则为过零比较器。 383940解：解：分析方法：运放比较的是分析方法：运放比较的是u-和和u+。 212211RRRuRRRuuir 0 u uu时，输出时，输出uOL 当当时，输出时，输出uOH 当当 uuR2urR1uiuoRpVZ1VZ241也就是说，当也就是说，当 uu0212211 RRRuRRRuir即即时，输出发生转折。时，输出发生转折。 解

14、：解：R2urR1uiuoRpVZ1VZ242所以：输入所以：输入ui比较的门限电压为：比较的门限电压为： rthuRRU21 解：解：R2urR1uiuoRpVZ1VZ243uouiuOHuOLuth转移特性曲线三要素转移特性曲线三要素:1、UOH=UVZ1+UVD2UOL=-(UVZ2+UVD1)rthuRRu21 2、3、ui送入反相输入端。送入反相输入端。uoR2uiR1urRpVZ1VZ2447.2.3 迟滞比较器迟滞比较器1.单门限比较器应用中存在的问题单门限比较器应用中存在的问题(a)输出波形边缘不陡峭输出波形边缘不陡峭(b)受干扰情况受干扰情况452.迟滞比较器电路及传输特性迟

15、滞比较器电路及传输特性特点：在比较器中引入正反馈特点：在比较器中引入正反馈 Aud 鉴别灵敏度鉴别灵敏度 转换速度转换速度 改善了输出改善了输出波形的边缘，同时具有较强的抗干扰能力。波形的边缘，同时具有较强的抗干扰能力。 46 1)反相输入的迟滞比较器反相输入的迟滞比较器图图7.2.8 反相输入迟滞比较器电路反相输入迟滞比较器电路(a )电 路uoRR1uiR2(b )传 输 特 性uiuoUo HUT LUo LUT HC_ _+R 1V Z2V ZUfU47oTURRRU21221212212VDVZoHTHUURRRURRRU)(21212212VZVDoLTLUURRRURRRU)(2

16、211VDVZTLTHUURRRUUU (a )电 路uoRR1uiR2(b )传 输 特 性uiuoUo HUT LUo LUT HC_ _+R 1V Z2V ZUfU48图图 迟滞比较器输出波形迟滞比较器输出波形迟滞比较器输出波形迟滞比较器输出波形49图图7.2.5 同相输入迟滞比同相输入迟滞比较器及其传输特性较器及其传输特性 2)同相输入迟滞比较器同相输入迟滞比较器(a )电 路uoRR1uiR2(UV Z UV D)(b )传 输 特 性uiuoUo HUT LUo LUT HC)()(1212VDVZTLVDVZTHUURRUUURRU507.2.4 窗口比较器窗口比较器图图7.2.

17、10 窗口比较器窗口比较器511、电压比较器的、电压比较器的特点特点 (1)比较器中的运放工作于开环或正反馈比较器中的运放工作于开环或正反馈状态（非线性状态），输入端的虚短特征状态（非线性状态），输入端的虚短特征不再存在；不再存在； (2)输出与输入之间呈现非线性特性，输输出与输入之间呈现非线性特性，输出不是呈现开关特性；出不是呈现开关特性； (3)由于运放的输入电阻高，输入电流一由于运放的输入电阻高，输入电流一般非常小，可以忽略，即仍可认为运放的般非常小，可以忽略，即仍可认为运放的输入电流为零（虚断成立）。输入电流为零（虚断成立）。总总 结结52uiuourR1R2+UCC-UEE535455解：解：（a）图）图（b）图）图562+Z12RUURROZuU57 2