模拟电子电路第6章

1、第一节 集成运算放的组成及基本特性第二节 运放的线性应用及理想运放模型第三节 基本运算电路第四节 电压比较器第五节 波形发生器第一节第一节 集成运算放大器的组成及基本特性集成运算放大器的组成及基本特性 模拟集成电路分成：模拟集成电路分成：通用集成电路：通用集成电路：模拟信号处理电路。模拟信号处理电路。专用集成电路：专用集成电路：1）控制系统专用集成电路（如电机控制电路、可控硅控制电控制系统专用集成电路（如电机控制电路、可控硅控制电 路等）；路等）；2）通信系统专用集成电路（如电话电路、无线通信电路、交通信系统专用集成电路（如电话电路、无线通信电路、交 换专用电路等）。换专用电路等）。3）测试系

2、统专用集成电路（测试系统专用集成电路（ATE电路、信号变换和处理电路电路、信号变换和处理电路 等）、仪器专用电路等。等）、仪器专用电路等。 一概述一概述1模拟集成电路的基本结构模拟集成电路的基本结构图 61 集成电路的基本组成结构 输入模块 功能模块 输出模块 电源模块 控制/补偿 模块 保护模块 二集成电路的基本结构二集成电路的基本结构2 数字集数字集成电路的基本结构成电路的基本结构 输入/输出 地址译码器 单元矩阵 (存储矩阵) 读/写 控制器 读/写命令 图 62 随机存取存储器的结构图 运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益

3、放大器，它的组成框图如图所示。放大器，它的组成框图如图所示。集成运放电路由输入级、中间级、输出级和偏置电路四大集成运放电路由输入级、中间级、输出级和偏置电路四大主要部分构成。主要部分构成。运放组成及符号差放输入级中间放大级低阻输出级恒流源偏置U-U+Uo三模拟集成运算放大器的基本结构三模拟集成运算放大器的基本结构1. 输入级：输入级：高性能的差动放大电路。运放有两个输入端，一高性能的差动放大电路。运放有两个输入端，一 个称为个称为同相输入端同相输入端，即输出与该端输入信号相位相同，用即输出与该端输入信号相位相同，用 符号符号U 表示；表示； 一个称为一个称为反相输入端反相输入端，即输出与该端输

4、入即输出与该端输入 信号相位相反，用符号信号相位相反，用符号U 表示。表示。 4. 恒流源偏置：恒流源偏置：可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电 流，以稳定工作点，一般采用电流源电路。流，以稳定工作点，一般采用电流源电路。 3. 低阻输出级：低阻输出级：由由PNP和和NPN两种极性的三极管或复合管组两种极性的三极管或复合管组 成，以获得正负两个极性的输出电压或电流，常采用互补成，以获得正负两个极性的输出电压或电流，常采用互补 对称电路的形式，具体电路参阅功率放大器。对称电路的形式，具体电路参阅功率放大器。2. 中间放大级：中间放大级：提供高的电压增益，以

5、保证运放的运算精度。提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。 多为差动电路和带有源负载的高增益放大器（共射电路）多为差动电路和带有源负载的高增益放大器（共射电路）。图 64 F007 的电路原理图 +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 输出级 中间级 偏置电路 输入级 外接调零电位器 集成运放集成运放F007的

6、的电路原理电路原理2单极型集成运放单极型集成运放 +UDD -USS T1 T6 R UI T2 UO T3 T4 T5 C T8 T7 图 67 C14573 的电路原理图 第一级以第一级以P沟道管沟道管T3和和T4为放大管、以为放大管、以N沟道管沟道管T5和和T6管构成的电管构成的电流源为有源负载。第二级是共源放大电路，以流源为有源负载。第二级是共源放大电路，以N沟道管沟道管T8为放大为放大管，漏极带有源负载。管，漏极带有源负载。 集成运放的应用多种多样，在不同的应用电路中处于不同的工集成运放的应用多种多样，在不同的应用电路中处于不同的工 作状态，集成运放的应用可划分为两大类：作状态，集成

7、运放的应用可划分为两大类：线性应用：线性应用：闭环应用，集成运放可用理想模型来代替。闭环应用，集成运放可用理想模型来代替。非线性应用：非线性应用：开环应用，如：比较器。开环应用，如：比较器。第三节第三节 线性应用及理想运放模型线性应用及理想运放模型运放模型分类：运放模型分类：1.按精度分类：按精度分类：理想模型理想模型非理想模型非理想模型运放宏模型运放宏模型2.按功能分类：按功能分类：直流模型直流模型交流小信号模型交流小信号模型大信号模型大信号模型噪声模型噪声模型1、集成运算放大器的转移特性集成运算放大器的转移特性:uou- - u+0线性工作范围正饱和负饱和输入差模电压的线性工作范围很小（一

8、般仅输入差模电压的线性工作范围很小（一般仅 十几毫伏），所以常将特性理想化。十几毫伏），所以常将特性理想化。2、运放线性工作的保障、运放线性工作的保障:两输入端的两输入端的电压电压必须非常接近，才能保障运放工作在必须非常接近，才能保障运放工作在 线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。运放应用电路中：运放应用电路中：负反馈是判断是否线性应用的主要负反馈是判断是否线性应用的主要 电路电路标志标志。一、集成运算放大器的线性应用一、集成运算放大器的线性应用运放的输出幅度有限（比运放的输出幅度有限（比 电源低电源低 2V左右）左右）;运放的开环电压增益一运放的开环电

9、压增益一 般般 10000;u-u+uo二、理想运放模型二、理想运放模型理想运放具有如下性能：理想运放具有如下性能：1、开环电压增益、开环电压增益AUd ;2、输入电阻、输入电阻Rid ;3、输出电阻、输出电阻Ro=0;4、频带宽度、频带宽度BW ;5、共模抑制比、共模抑制比KCMR ;6、失调、漂移和内部噪声为零、失调、漂移和内部噪声为零 ;运放的主要特点运放的主要特点根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性。根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性。三、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：三、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：1、u+=u- -( (虚短虚短) )2、

10、i+=i- -=0 ( (虚断虚断) )同相和反向输入端电流近似为零；同相和反向输入端电流近似为零；两输入端电压近似相等；两输入端电压近似相等；Ui=U+-U-= Uo / AU 0 理想运放的开环电压增益理想运放的开环电压增益 Ui= Uo / AU 0 ; Ui= Ii Ri 0 ; Ii 0 ;3、输出端呈电压源特性：、输出端呈电压源特性：1) 同相端与反相端呈开路状态。同相端与反相端呈开路状态。2) 输出回路为一受控电压源输出回路为一受控电压源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、比例运算电路一、

11、比例运算电路三、积分微分电路三、积分微分电路四、对数指数电路四、对数指数电路二、加、减法运算电路二、加、减法运算电路第四节第四节 基本运算电路基本运算电路1 1反相比例运算电路反相比例运算电路 (1) 实际电路分析法实际电路分析法: 1) 电压增益电压增益 由理想运放由理想运放“虚短虚短”和和“虚断虚断” 的概念可知：的概念可知：UP= UN=0 IP= IN=0 其中其中UN被称为被称为“虚地点虚地点”。图616 反相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - N P If Rf Uo RP IN IP 也因此有：也因此有： If =I1将相应变量代入后得将相应变量代入后得 ：fo1iRUR

12、U1fUfRRA 为了保证集成运放输入的对称为了保证集成运放输入的对称 性，要求性，要求 Rp=R1/Rf。一、比例运算电路一、比例运算电路 2) 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 根据输入电阻的定义：根据输入电阻的定义：1iiiRIUR反相比例电路的输出反相比例电路的输出电阻电阻为：为：Ro=Rf /0 0上述结果表明：上述结果表明：虽然理想运放的输入电阻为无穷大，但是反相比例虽然理想运放的输入电阻为无穷大，但是反相比例 运算电路的输入电阻却不大。运算电路的输入电阻却不大。为了提高输入电阻，必须适当增大为了提高输入电阻，必须适当增大R R1 1。反相比例运算电路的输出电阻近似为反相比例运

13、算电路的输出电阻近似为0 0，表明其带负，表明其带负 载能力较强。载能力较强。图 616 反相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - N P If Rf Uo RP IN IP (2) 小信号模型分析法小信号模型分析法 可把上述反相比例运算电路改画成小信号模型等效电路：可把上述反相比例运算电路改画成小信号模型等效电路： 由于：由于： U+= U- =0故有：故有： If =I1 即：即：fo1iRURU则电压增益为：则电压增益为： 1fUfRRA上式表明：上式表明：采用两种分析方法所得结论一致，但模型分析法分析过采用两种分析方法所得结论一致，但模型分析法分析过 程更直观、更简单。程更直观、

14、更简单。在实际应用中，采用那种分析方法可自主选择。在实际应用中，采用那种分析方法可自主选择。 图 617 反相比例电路的小信号模型等效电路 AU(U+-U-) U+ U- Uo R1 Rf I1 Rp Ui If 2 2同相比例运算电路同相比例运算电路 为了保证集成运放输入的对称性，要求为了保证集成运放输入的对称性，要求 R2=R1/Rf。图 618 同相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - UN If Rf Uo R2 IN UP 1) 电压增益电压增益 由理想运放的由理想运放的“虚短虚短”和和“虚虚断断” 的概念可知，集成运放的净输的概念可知，集成运放的净输 入信号为零，即：入信号为

15、零，即： UP= UN= Ui If =I1 将相应变量代入后得：将相应变量代入后得：fNo1N0RUURU电压增益为电压增益为1fUf1RRA2) 输入电阻与输出电阻输入电阻与输出电阻 Ri= Ro=Rf /0 0结论：结论：Auf的大小决定于的大小决定于Rf和和R1的比的比 值，值，Auf为正值，说明输出电为正值，说明输出电 压与输入信号电压是同相的。压与输入信号电压是同相的。在极限情况下在极限情况下:有有AUf=1，Ui= Uo；Ri和和Ro=0。图 618 同相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - UN If Rf Uo R2 IN UP Ui Uo Rp 图 6 19 电 压

16、跟 随 器 R1 Rf0的极限状态的极限状态 称为电压跟随器。称为电压跟随器。作用：阻抗变换。作用：阻抗变换。 图 616 反相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - N P If Rf Uo RP IN IP 图 618 同相比例运算电路 R1 I1 Ui A + - UN If Rf Uo R2 IN UP 1fUfRRA1iiiRIUR输出电阻为输出电阻为 Ro=Rf /0 0输入电阻为输入电阻为电压增益为电压增益为输入电阻为输入电阻为1fUf1RRA电压增益为电压增益为输出电阻为输出电阻为Ro=Rf /0 0Ri= Ui Uo Rp 图 6 19 电 压 跟 随 器 此处不加电此处

17、不加电阻是否可以阻是否可以？为什么？为什么？二、加减运算电路二、加减运算电路 1加法电路（反相）加法电路（反相）图620 由反相放大器构成的加法电路 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“虚断虚断”可得：可得： If= I1+ I2+ I3因而输出电压：因而输出电压：结论：结论：(1)反相加法器的输出电压与输入电压之和成正比。反相加法器的输出电压与输入电压之和成正比。 (2)比例系数由各输入比例系数由各输入电阻比值

18、电阻比值决定与运放参数无关。决定与运放参数无关。 (3)输入电压与输出电压的极性成反比。输入电压与输出电压的极性成反比。同理对于有同理对于有n个输入端的加法电路有：个输入端的加法电路有：)(infi22fi11foURRURRURRUn:fn21时当RRRR)(ini2i1oUUUURp=R1/R2/ / Rn / Rf构成要求：构成要求：即：（即：（R +=R - -）由反相放大器组成的加法电路由反相放大器组成的加法电路（简称反相加法电路或反相求和（简称反相加法电路或反相求和电路）电路）改变某一路信号的输入电阻改变某一路信号的输入电阻Rn，不影响其它输入电压与，不影响其它输入电压与输出电压的

19、比例关系，因而调节方便。输出电压的比例关系，因而调节方便。【例例6-1】试用叠加原理，计算图试用叠加原理，计算图621所示由同相放大器组成所示由同相放大器组成 的加法电路的输出电压的加法电路的输出电压Uo表达式。表达式。 图621 有同相放大器构成的加法电路 UO U1 U2 R1=1k Rf= 9K + _ Ra=2k Rb=3k UP P1fo)1 (URRU解：解：而而UP可用叠加原理求出。可用叠加原理求出。令令U2=0，则由，则由U1产生的产生的UP 为：为： 111babP6 . 0323UUURRRU令令U1=0，则由，则由U2产生的产生的UP” 为：为： 22baaP4 . 0

20、UURRRU因此因此 ：21PPP4 . 06 . 0UUUUU故故 21P1fo46)1 (UUURRU同相加法电路共模输入较高，调节不便，运用较少。同相加法电路共模输入较高，调节不便，运用较少。2.2.有有n n个输入端的同相加法电路个输入端的同相加法电路在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构 成了同相输入求和电路，如图所示。成了同相输入求和电路，如图所示。同相加法电路同相加法电路 运放具有虚断的特性；运放具有虚断的特性；同相输入端的电位可用叠加原理。同相输入端的电位可用叠加原理。求得：求得：;ofssPURRRUU02211n

21、PnPPRUURUURUUofssPnnnURRRKURRRRURURU1)111(212211)()1 (1)(1 (212211nsfnnsfoUUURRnRURURURRKU结论：结论：(1).同相加法器的输出电压与输入电压同相加法器的输出电压与输入电压U1 Un之和成正比。之和成正比。 (2).缺点：调节某一支路的缺点：调节某一支路的Rn会影响比例放大倍数会影响比例放大倍数 。 (3).优点：输入阻抗高。优点：输入阻抗高。nRKRRRn;:21设ofssPnnnURRRKURRRRURURU1)111(2122113. 减法电路减法电路减法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：减

22、法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：减法电路减法电路 1) 只考虑只考虑U1作用时：作用时：111URRUfo2) 只考虑只考虑U2作用时：同相作用时：同相 端输入电压为：端输入电压为：2323URRRUp232312)1 (URRRRRUfo图 6 22 差 动 输 入 式 放 大 电 路 UO U1 R1 Rf + _ R2 R3 U2 UP 3) 总输出电压为：总输出电压为：)(121UURRUfo上式可简化为：;:321fRRRR若取电阻结论：结论：(1)减法器的输出电压与输入电压之差成正比。减法器的输出电压与输入电压之差成正比。(2)减法器又称差分放大器减法器又称差分放大器

23、 。(3)为减小运放失调误差影响设计时应保持：为减小运放失调误差影响设计时应保持：R1/ Rf = R2/ R3。112323121)1(URRURRRRRUUUffooo 实例：实例： 双端输入求和电路双端输入求和电路双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电路如图：双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电路如图： 其输出电压表达式的推导方法与同相加法电路相似其输出电压表达式的推导方法与同相加法电路相似。双端输入求和运算电路双端输入求和运算电路当当Ui1=Ui2 =0时，用叠加原时，用叠加原 理分别求出理分别求出: Ui3和和Ui4 时作用时的输出电时作用时的输出电 压压Uop。当当Ui3 =

24、 Ui4 =0时，用叠加原时，用叠加原 理分别求出理分别求出: Ui1和和Ui2作用时的作用时的Uon。先求先求op U式中Rp=R3/R4/R , Rn=R1/R2/Rf 再求on Ui22fi11fonURRURRU)()( 2i21i1f4i43i3nfponopoRURURRURURRRUUUnpf4321 RRRRRRRR时，当)( i2i1i4i3foUUUURRU有【例例6-26-2】图图6-236-23所示电路是一个具有高输入阻抗、低输出所示电路是一个具有高输入阻抗、低输出阻抗的测量放大器，其增益可通过改变阻抗的测量放大器，其增益可通过改变R R4 4值进行调节。假设值进行调节

25、。假设运放是理想的，试证明：运放是理想的，试证明：)(21 (214312oUURRRRU + - A1 + - A2 A3 + - R1 R1 R2 R2 R4 U2 U1 N2 N1 R3 R3 U4 U3 Uo I4 I2 I1 P3 图 6-23【例 6-2】的电路图 解：解：直接应用虚短和虚断的概念求解。由虚短的概念可知：直接应用虚短和虚断的概念求解。由虚短的概念可知： U2= UN2、U1= UN1，则，则4124RUUI又由虚短的概念可知：又由虚短的概念可知： I I1 1= = I I4 4= = I I2 2由此可导出：由此可导出：)(21 ()2(214334443UURR

26、RRIUU)(21 ()(2143124312oUURRRRUURRU对于对于A A3 3与与R R1 1、R R1 1 构成差动式减法电路构成差动式减法电路, ,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 图 6-23【例 6-2】的电路图 例题 求图所示数据放大器的输出表达式，并分析求图所示数据放大器的输出表达式，并分析R R1 1的作用。的作用。解：解：vs1和和vs2为为 差模输差模输 入信号，为此入信号，为此vo1 和和vo2也是也是 差模信差模信 号，号，R1

27、的中点为的中点为 交流零电位。对交流零电位。对 A3是双端输入放是双端输入放 大电路。大电路。所以：所以： S21202S112o1)2/1 ()2/1 (vRRvvRRv)(21 ( S1S212o1o2ovvRRvvv显然调节显然调节R1可以改变放大器的增益。可以改变放大器的增益。积分运算电路的分析方法与反相比例电路类似，反相积分积分运算电路的分析方法与反相比例电路类似，反相积分 运算电路如图所示：运算电路如图所示：积分运算电路积分运算电路i1(t)= if (t)i1(t)= ui (t)/R1. 利用虚地的概念：利用虚地的概念：3. 电容两端的电压：电容两端的电压：ttuRCttiCt

28、utud )(1d )(1)()(ifocRf可抑制直流漂移限制低频增益可抑制直流漂移限制低频增益2. 利用虚断的概念：利用虚断的概念：图 624 积分运算电路 R i1 (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C Rf 三、积分电路三、积分电路 当输入信号是阶跃直流电压当输入信号是阶跃直流电压E时时:tRCEttuRCtud )(1)(iottuRCtud )(1)(io输出电压：输出电压：反映了输入输出的反映了输入输出的积分关系。图 624 积分运算电路 R i1 (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C Rf 若输入信号电压是直流电压

29、若输入信号电压是直流电压E：则输出电压则输出电压uo(t)随时间随时间t按负斜按负斜 率下降，如图所示。率下降，如图所示。 -u o (t) u i (t) 0 0 t t (a)阶跃响应 积分器除了进行数学运算外，在电子技术中常用于波形变换。积分器除了进行数学运算外，在电子技术中常用于波形变换。若输入信号是幅值为若输入信号是幅值为5V5V频率为频率为1kHz1kHz的方波电压信号，电路元件的方波电压信号，电路元件 R=10kR=10k ，C=0.1C=0.1 F F，输出信号变成如图的三角波。，输出信号变成如图的三角波。 三角波的幅值为：三角波的幅值为：图6 25 积 分 运 算 电 路 的

30、 响 应 曲 线 -u o (t) u i (t) 0 0 t t u i (t) uO (t) (a)阶 跃 响 应 (b)方 波 响 应 )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结论结论:1.现精确积分的关键是确保运放反响端为现精确积分的关键是确保运放反响端为“虚地虚地”。（这样能保证（这样能保证C的充电电流正比与输入电压）的充电电流正比与输入电压）2.若反馈回路接入大阻值电阻若反馈回路接入

31、大阻值电阻Rf可抑制直流漂移、可抑制直流漂移、直流增益。直流增益。3.设计时应满足：设计时应满足： omLtoomioIItiIUdttuRCU)()(1且输出电压的幅值要小于等于且输出电压的幅值要小于等于Uom，由此可知，输，由此可知，输出电压可表示为：出电压可表示为： Uo= ( Ui/RC)(T/2) Uom tRCEtu)(o【例题例题】如图如图6-24所示积分器，已知输入矩形波电压幅值所示积分器，已知输入矩形波电压幅值 U1=1V，T=10ms，见图，见图6-25（b），运放最大输），运放最大输 出电压出电压Uom= 10 V，求电路元件，求电路元件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乘积为乘积为RC UiT / 2Uom =0.510lo-3/10=0.5ms可取电阻：可取电阻：R 5k ；电容：电容：C 0.1 F 微分运算电路如图所示微分运算电路如图所示: :ttuCRRiRtitufffd)(d )()( :icfo显然反映了输入输出的反映了输入输出的微分关系微分关系。ttuCtititidttduCtiid)(d)()()()()(iffcc图 6-26 微分运算电路 Rf if (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C R1 四、微分电路四、微分电路 实用微分电路实用微分电路

33、R1的作用是的作用是:适当减小放大器高频增益适当减小放大器高频增益以抑制高频噪声。以抑制高频噪声。微分器除了可作数学运算微分器除了可作数学运算外，在电子技术中也可用外，在电子技术中也可用作波形变换。作波形变换。图626 微分运算电路 Rf if (t) u i (t) A + - iC (t) u o (t) C R1 若在微分器输入端加入一个频率为若在微分器输入端加入一个频率为1 kHz幅值为幅值为2.5V的三角波信的三角波信 号，不计号，不计R1的影响，则变化率：的影响，则变化率： s/V105ns5 . 0V5 . 2d)(d3ittu微分器输出电压是一方波信号，它的幅值电压为：微分器输

34、出电压是一方波信号，它的幅值电压为： V5105101 . 010d)(d)(364ifottuCRtu图 62 微分运算电路的响应曲线 u o (t) 0 t t u i (t) 0 t u i (t) 0 (a) 对三角波的响应 (b)对方波的响应 u o (t) 0 t 在设计微分器时，元件在设计微分器时，元件RfC的乘积受运放最大输出电压的限的乘积受运放最大输出电压的限 制，即最大输出电压制，即最大输出电压Uom满足：满足：ttuUCRttuCRUd)(d/d)(diomfifom；或者对数运算电路见图对数运算电路见图:siTsdToTosTdsddRddolnlnexpexp)(RI

35、UUIiUUUUIUUIiRUiiUUUi为二极管的端电压1.输入电压与输出电压的对数成正比。输入电压与输出电压的对数成正比。2.由于结论中包含有反向饱和电流由于结论中包含有反向饱和电流IS，IS是温度是温度 的函数，故温度稳定性差。的函数，故温度稳定性差。结结 论论五、对数电路五、对数电路 指数运算电路如图所示：指数运算电路如图所示：Ti1sTisdfolnexpUUIRUUIRRiRiUffff指数运算电路相当反对数运算电路。指数运算电路相当反对数运算电路。六、指数电路六、指数电路 第五节 电压比较器1. 比较器的功能比较器的功能: 是将一个模拟电压信号与一个参考电压相比较的电路。是将一个

36、模拟电压信号与一个参考电压相比较的电路。2. 比较器的应用比较器的应用: 波形变换、过零检测、越线报警、模数转换等。波形变换、过零检测、越线报警、模数转换等。3. 比较器的种类很多如比较器的种类很多如: 单门限比较器、迟滞比较器、单片集成电压比较器和单门限比较器、迟滞比较器、单片集成电压比较器和 *窗口比较器等。窗口比较器等。 R1 UREF A - + VOH 0 Uo R2 Uo Ui Ui VOL UREF=Uth Uid (a)电路 (b)传输特性 一、单门限比较器单门限比较器 (1) (1) 单门限电压比较器单门限电压比较器由于集成运放的开环电压增益由于集成运放的开环电压增益AU很大

37、：很大：当输入信号当输入信号Ui小于参考电压小于参考电压UREF，即，即Uid=（UiUREF）0时，运放输出时，运放输出Uo为低电平为低电平VOL；当输入信号当输入信号Ui大于参考电压大于参考电压UREF ，当当Ui升高到略大于升高到略大于UREF，即，即Uid=（UiUREF）0时，时，Uo为高电平为高电平VOH。图 631 过零比较器 R1 过零比较器 A - + 0 Uo R2 Uo Ui Ui Uid (a)电路 (b)传输特性 Uo R1 A + Uo Ui DZ (c)带输出限幅的过零比较器 【举例举例】电路如图电路如图6-31 (a)所示，当所示，当Ui如图如图6-32(a)所

38、示时，试画出所示时，试画出Uo及及Uo 的波形。的波形。 （2）过零比较器）过零比较器 t U i 0 (c) 经 RC 微分电路后的 输出 Uo波形 t Uo 0 (a) 输入 U i波形 (b) 输出 Uo波形 Uo 0 t (a) (b) (c) VOH VOL 图 6 3 1 过 零 比 较 器 R1 过 零 比 较 器 A - + 0 Uo R2 Uo Ui Ui Uid (a)电 路 (b )传 输 特 性 Uo R1 A + Uo Ui DZ (c)带 输 出 限 幅 的 过 零 比 较 器 二、迟滞比较器二、迟滞比较器om222REF1URRRRRURUfffom222REF2

39、URRRRRURUfff由输出引一电阻分压支路到同相端，电路如图所示。由输出引一电阻分压支路到同相端，电路如图所示。当输入电压当输入电压Ui从零逐渐增大：从零逐渐增大：时：当UUi. 1omoUU此时触发电平变为此时触发电平变为U 2 ，U 2称为称为 下限阈值下限阈值(触发触发)电平电平。omoUUUU时：当i. 2滞回比较器电路图滞回比较器电路图此时触发电平变为此时触发电平变为U 1，U 1称称 为为上限阈值上限阈值(触发触发)电平电平。当当 Ui逐渐减小，且逐渐减小，且Ui = U 2 以前，始终等于以前，始终等于Uom- ；当；当Ui逐渐增逐渐增 大，且大，且Ui =U 1以前，以前，

40、 始终等于始终等于Uom+ ，因此出现如图所示的迟，因此出现如图所示的迟 滞特性曲线。滞特性曲线。门限宽度门限宽度 U ：omom22 21UURRRUUUf图 634 反相输入的迟滞比较器 0 Uo Ui Uid (a)电路 (b)传输特性 R1=100 A - + Uo Ui R3=10k R2 UREF=1V UN UP UT- UT+ VOH VOL 5 -5 0.94 1.04 *三、比较器的应用三、比较器的应用比较器一个重要作用是：用来对输入波形进行整形：比较器一个重要作用是：用来对输入波形进行整形： 可以将不规则的输入波形整形为方波输出。可以将不规则的输入波形整形为方波输出。(a

41、) 正弦波变换为矩形波正弦波变换为矩形波 (b) 有干扰正弦波变换为方波有干扰正弦波变换为方波比较器的基本特点：比较器的基本特点：工作在开环或正反馈状态；开关特性，因开环增益很工作在开环或正反馈状态；开关特性，因开环增益很大，大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态；比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态；非线性，非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。一、方波、三角波发生器一、方波、三角波发生器1. vo1输出为方波。输出为方波。2. vo2输出为三角波（输出为三角波（C的冲放电时间相同）。的冲放电时间相同）。第五节 波形发生电路二、脉冲波、锯齿波振荡二、脉冲波、锯齿波振荡在方波在方波三角波振荡电路中三角波振荡电路中: 积分电路两个积分方向采用不同的时间常数积分电路两个积分方向采用不同的时间常数, 可改变上升沿可改变上升沿和下降沿的斜率，形成锯齿波和下降沿的斜率，形成锯齿波, 对应的方波也成了脉冲波。对应的方波也成了脉冲波。第七节第七节