电子线路(线性部分)第六章

1、 根据集成运放自身所处的工作状态，运放应用电路分：根据集成运放自身所处的工作状态，运放应用电路分：线性应用电路和非线性应用电路两大类。线性应用电路和非线性应用电路两大类。q 线性应用电路线性应用电路 -+AZ1Zfvovs1vs2iZ1或或Zf采用非线性器件（如三极管），则可构成采用非线性器件（如三极管），则可构成对数、反对数、反对数、乘法、除法对数、乘法、除法等运算电路。等运算电路。Z1或或Zf采用线性器件采用线性器件(R、C)，则可构成加、减、积分、微，则可构成加、减、积分、微分等运算电路。分等运算电路。组成：组成：集成运放外加深度负反馈。集成运放外加深度负反馈。 因负反馈作用，使运放小信

2、号因负反馈作用，使运放小信号工作，故运放处于线性状态。工作，故运放处于线性状态。 q 非线性应用电路非线性应用电路 -+AvovIVREF组成特点：组成特点：运放运放开环工作。开环工作。 由于开环工作时运放增益很大，因此较小的输入电压，由于开环工作时运放增益很大，因此较小的输入电压，即可使运放输出进入非线区工作。即可使运放输出进入非线区工作。例如电压比较器。例如电压比较器。理理想想运运放放 dvAd iR0doRCMRKBW失调和漂移0 推论推论d iR0dovAvvv因因则则 vv因因则则0i vv说明：说明：0i相当于运放两输入端相当于运放两输入端“虚短路虚短路”。 虚短路不能理解为两输入

3、端短接，只是虚短路不能理解为两输入端短接，只是( (v- -v+ +) )的值小到了可以忽略不计的程度。实际上，运放的值小到了可以忽略不计的程度。实际上，运放正是利用这个极其微小的差值进行电压放大的。正是利用这个极其微小的差值进行电压放大的。 同样，虚断路不能理解为输入端开路，只是同样，虚断路不能理解为输入端开路，只是输入电流小到了可以忽略不计的程度。输入电流小到了可以忽略不计的程度。相当于运放两输入端相当于运放两输入端“虚断路虚断路”。 实际运放低频工作时特性接近理想化，因此可实际运放低频工作时特性接近理想化，因此可利用利用“虚虚短、虚断短、虚断”运算法则分析运放应用电路运算法则分析运放应用

4、电路。此时，电路输出。此时，电路输出只与外部反馈网络参数有关，而不涉及运放内部电路。只与外部反馈网络参数有关，而不涉及运放内部电路。q 集成运放基本应用电路集成运放基本应用电路 反相放大器反相放大器 -+AR1Rf+-vsvoifi1类型：电压并联负反馈类型：电压并联负反馈 vv因因则则0v反相输入端反相输入端“虚地虚地”。0i因因则则f1ii 1s1s1RvRvvifoffRvRvvio由图由图输出电压表达式：输出电压表达式：svRRv1fo输入电阻输入电阻1iRR 输出电阻输出电阻0oR因因0v因深度电压负反馈因深度电压负反馈 ， 同相放大器同相放大器 -+AR1Rf+-vsvoifi1类

5、型：电压串联负反馈类型：电压串联负反馈 vv因因则则svv 注：同相放大器不存在注：同相放大器不存在“虚地虚地”。0i因因1s110RvRvifosffRvvRvvio由图由图输出电压表达式：输出电压表达式：vRRvRRvs)1 ()1 (1f1fo输入电阻输入电阻iR输出电阻输出电阻0oR因深度电压负反馈因深度电压负反馈 ，0i因因则则f1ii 同相跟随器同相跟随器 -+A+-vsvo由图得由图得sovvv vv因因由于由于1fvAiR0oR所以，同相跟随器性能所以，同相跟随器性能优于优于射随器。射随器。q 归纳与推广归纳与推广 当当R1 、Rf为线性电抗元件时，在复频域内：为线性电抗元件时

6、，在复频域内：)()()()(s1fosvsZsZsv反相放大器反相放大器)()()(1 )(s1fosvsZsZsv同相放大器同相放大器拉氏反变换拉氏反变换 ) t (ov得得注：注：拉氏反变换时拉氏反变换时 t dds t1ds 反相加法器反相加法器 -+AR2Rf+-vs2voifi2R1i1+-vs1 vv因因则则0v0i因因则则f21iiifo2s21s1RvRvRv即即整理得整理得22f11fossvRRvRRv说明：说明：线性电路除可以采用线性电路除可以采用“虚短、虚断虚短、虚断”概念外，还可概念外，还可采采 用叠加原理进行分析。用叠加原理进行分析。 令令vs2=0则则11fo1

7、svRRv令令vs1=0则则22fo2svRRv2o1oovvv例如例如 同相加法器同相加法器 -+AR2Rf+-vs1voR1+-vs2R3利用叠加原理：利用叠加原理：212s1211s2RRvRRRvRv则则vRRv)1 (3fo)(1 (212s1211s23fRRvRRRvRRR 减法器减法器 Rf-+AR3vs1voR2vs2R1令令vs2=0，则则11fo1svRRv令令vs1=0，32231fo2)1 (RRvRRRvs2o1oovvv11fsvRR32231f)1 (RRvRRRst)(osdvdCRv 有源积分器有源积分器 -+ARC+-vsvo方法一：利用运算法则方法一：利

8、用运算法则则则tosdtvRCv1o方法二：利用方法二：利用拉氏变换拉氏变换)()(Z)()(s1fosvssZsv)(1ssvsRC)()/(1ssvRsC拉氏反变换得拉氏反变换得tosdtvRCv1o 有源微分器有源微分器 利用利用拉氏变换：拉氏变换：)()(Z)()(s1fosvssZsv)(sssRCv)()/(1ssvsCR拉氏反变换得拉氏反变换得dtdvRCvso-+ARC+-vsvo 波形变换波形变换 tvs0输入方波输入方波积分输出三角波积分输出三角波vot0微分输出尖脉冲微分输出尖脉冲tvo0 对数变换器对数变换器 -+AR+-vsvoTBEeSsVvIRv利用运算法得：利用

9、运算法得：由于由于oBEvv整理得整理得RIvVvSsToln缺点：缺点：vo受温度影响大、动态范围小。受温度影响大、动态范围小。vs必须大于必须大于0。 改进型对数变换器改进型对数变换器 -+A1+-vsvo+-A2VCC+-RLR3R4tovB2R2R5T1T2R1iC2iC1由图由图1CC2T1CC2TBE1BE2B2lg3 . 2lniiViiVvvv由于由于1sC1/ Rvi2CC22BCCC2/ )(RVRvVi（很小）（很小）则则)lg(3 . 2lg3 . 2sCC12T2CC1TB2vVRRViiVv)lg()1 ( 3 . 2)1 (sT432B43oKvVRRvRRv（T

10、1、T2特性相同）特性相同）利用利用R4补补偿偿VT ，改善，改善温度特性。温度特性。vS大范围大范围变化时，变化时， vO 变化很小。变化很小。 反对数变换器反对数变换器 RvIVvoSTBEe利用运算法则得利用运算法则得由于由于sBEvv整理得整理得TsSoVveRIv缺点：缺点：vo受温度影响大。受温度影响大。vs必须小于必须小于0。-+AR+-vsvoTq 精密半波整流电路精密半波整流电路 利用集成运放高差模增益与二极管单向导电特性，构成利用集成运放高差模增益与二极管单向导电特性，构成对微小幅值电压进行整流的电路。对微小幅值电压进行整流的电路。vo-+AvIR1vo R2RL+- -D

11、1D2 vI =0时时 vO =0 D1 、D2 vO=0 vI 0时时 vO 0 D1 、D2 vO=0 vI 0 D1 、D2 vO= -(-(R2 / R1) )vI工作原理：工作原理：vOvI- -R2 / R1传输特性传输特性vItvOtvIR2R1- -输入正弦波输入正弦波输出半波输出半波q 精密转折点电路精密转折点电路 当当v- - 0，即，即 vI -(-(R3 / R1) )VR 时：时： 当当v- - 0，即，即 vI 0 D1 、D2 传输特性传输特性vOvI- -R2 / R3VRR3R1- -vO v- - 时，时， vo=Vomax（正饱和值）（正饱和值） v+ v

12、- - 时，时， vo=Vomin （负饱和值）（负饱和值） v+ = v- - 时，时，逻辑状态转换逻辑状态转换 因此因此 理想比较特性理想比较特性-+AvovIVREFvIvoVREFVomaxVomin0vI VREF 时，时， vo=VominvI = VREF 时，时，逻辑状态转换逻辑状态转换 理想特性理想特性vIvoVREFVomaxVomin0 实际比较特性实际比较特性实际特性实际特性vI VREF - -Vomin / /Avd 时，时， vo=Vomin注：注：Avd 越大，比较特性越接近理想特性，越大，比较特性越接近理想特性， VREF作为作为 门限值的比较精度越高。门限值

13、的比较精度越高。q 单限电压比较器单限电压比较器 特点：运放开环工作。特点：运放开环工作。 过零比较器过零比较器 -+AvovI+- -R1D1D2RR（VREF =0） R1限流电阻，与限流电阻，与D1、D2共同构成电平变换电路。共同构成电平变换电路。VOH = VZ + VD(on) VOL= - -( VZ + VD(on) ) vIvoVOHVOL0比较特性比较特性tvO0tvI0 单限比较器单限比较器 -+AvovI+- -R3D1D2R1/R2VREFR1R2i1i2分析方法：分析方法：1）令）令v- -= v+ +求出的输入电压求出的输入电压vI I 即门限电平。即门限电平。2）

14、分别分析）分别分析vI I大于门限、小于门限时的输出大于门限、小于门限时的输出vO O电平。电平。0REF212I211VRRRvRRR令令得门限电平得门限电平REF12IVRRv即即v+ + v- -若若REF12IVRRv则则vO O = VOH比较特性比较特性vIvoVOHVOLVREFR2R1- - 单限比较器优点：单限比较器优点： 电路结构简单电路结构简单，可不计有限，可不计有限KCMR的影响。的影响。 单限比较器缺点：单限比较器缺点： 电路抗干扰能力电路抗干扰能力差。差。 例如：过零比较器，例如：过零比较器，当门限电平附近出现干扰信当门限电平附近出现干扰信号时，输出会出现误操作。号

15、时，输出会出现误操作。 tvO0vIt0q 迟滞比较器（施密特触发器）迟滞比较器（施密特触发器） -+AvovI+- -R3D1D2RVREFR1R2特点特点正反馈电路。正反馈电路。具有双门限。具有双门限。REF211O212IVRRRvRRRv令令得门限电平：得门限电平：REF211OH212IHVRRRVRRRvREF211OL212ILVRRRVRRRv 反相输入迟滞比较器反相输入迟滞比较器 )(OLOH212ILIHVVRRRVVV迟滞宽度：迟滞宽度： vIvoVOH0比较特性比较特性VOLVILVIH-+AvovI+- -R3D1D2RVREFR1R2I211O212REFvRRRv

16、RRRV令令得门限电平：得门限电平： 同相输入迟滞比较器同相输入迟滞比较器 迟滞宽度：迟滞宽度： vIvoVOH0比较特性比较特性VOLVILVIH 将反相迟滞比较器中的将反相迟滞比较器中的vI与与VREF交换，即得同相输入交换，即得同相输入迟滞比较器。迟滞比较器。OL12REF12IH)1 (VRRVRRVOH12REF12IL)1 (VRRVRRV)(OLOH12ILIHVVRRVVV 迟滞比较器优点：迟滞比较器优点： 电路抗干扰能力电路抗干扰能力强。强。 例：反相输入迟滞比较器的比较特性如图示，例：反相输入迟滞比较器的比较特性如图示，在已知输入信号时，试画输出信号波形。在已知输入信号时，

17、试画输出信号波形。vI (V)vo(V)0比较特性比较特性7- -7- -66vI (V)t010- -106- - 6tvO (V)07- -7 迟滞比较器应用迟滞比较器应用方波发生器方波发生器 -+Avo+- -R3D1D2RR1R2C门限电平门限电平OH212IHVRRRvOL212ILVRRRv设设t =0时，时，vO=VOH ，初始，初始 vC=0则则VOH 经经R向向C充电充电 vC按指数规律按指数规律 当当vC VIH 时时 vO跳变为跳变为VOL此时此时C经经R放电放电 vC按指数规律按指数规律 当当vC VIL时时 vO又上跳到又上跳到VOH可证振荡周期：可证振荡周期：)21ln(212RRRCTtvO0vCt0VIHVILVOHVOLq 窗孔比较器窗孔比较器 -+A1vID1D2R/2VREF2RR/4-+A2R- -VREF1RRvORv O1具具有两个基准电源，可以判断位于两有两个基准电源，可以判断位于两个指定门限之间的输入信号。个指定门限之间的输入信号。 特点：特点：组成：组成：A1精密整流电路，精密整流电路，A2单限比较器单限比较器0REF2REF1IRVRV