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4/21/202410:13AM第5章运算放大器的应用哨翅咎题宽痘峪赘粪串蒜转糖选喜纽婚革瑰蹋墙瞪露捐惶宴概践三做茹猿模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM第5章运算放大器的应用5.1运算放大器在信号运算方面的应用5.1.1加法运算放大器5.1.2减法运算放大器5.1.3积分运算放大器5.1.4微分运算放大器5.1.5对数与反对数运算放大器*5.1.6模拟乘法器运算放大器5.2运算放大器在信号处理方面的应用5.2.1有源滤波器5.2.2采样保持电路5.2.3电压比较器华撰贪八吱排旁赏报涂疥仰潞腹捂吏岿德垢鲍疗袭痒困较赵肿倚骇仕昼硕模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM第5章运算放大器的应用5.3运算放大器在波形发生器方面的应用5.3.1矩形波发生器5.3.2三角形波发生器5.3.3锯齿波发生器5.3.4正弦波发生器5.4运算放大器在信号变换方面的应用5.4.1电压-时间模数变换器5.4.2电压-频率变换电路兽字阑龟臂峪扳吃耶愿旭灶齿潮荣垛淘虏造失寒穆锁淖转琼咽理捅蔫伐飞模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器能完成加、减、积分、微分、对数、反对数及乘法等运算。5.1.1加法运算放大器图4.12所示的运算放大器 反相输入端加若干输入电 路，则构成反相加法运算 电路，如图5.1所示。求和电路的输出量反映多 个模拟输入量相加的结果。图5.1加法运算放大器电路虏固刽颧吗总秸诞笛废傲夜缔羚祸拥蜘友踏惊醚烬络卤蹦揉亦阔键街硫现模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用该运算放大器工作于线性区，利用理想集成运算放大器的两条结论，即式（4-7）、式（4-8），可得当R11=R12=R13=R1时，则上式为 （5-2）当R1=RF时，则 uo=-（ui1+ui2+ui3）平衡电阻RP=R11∥R12∥R13∥RF族朔授联定靶绑心泛条怀炯岁峰剃授涕扳捕纳昭年术此尔勘鄂魂狼企零颗模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用【例5.1】一个测量系统的输入电压（经传感器变换为电量）和输出电压的关系为 uo=-（4ui1+5ui2+0.8ui3），试选择图5.1中各输入电路的电阻和平衡电阻RP，设RF=100kΩ。解：由式（5-1）可知， R11=RF／4=100／4=25kΩ R12=RF／5=100／5=20kΩ R13=RF／0.8=100／0.8=125kΩ RP=R11∥R12∥R13∥RF≈9.27kΩ疗戏耀贱位骤俗呻随歧客骂枚惠受胺淡焦打千墒荔昭筹翔封弟柞蛀诬朽滑模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用5.1.2减法运算放大器1.利用反相信号求和以实现减法运算电路如图5.2所示。第一 级为反相比例运算放大 器，若RF1=R1，则 uo1=-ui1。第二级为反相 加法器,利用式(5-2)可得图5.2反相信号求和实现减法电路汇稍姑祟断殆仓欲邓姻辆诚灯集代果督榷釉热衬呸磨阅畴媚忻他拳里惨坛模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用2.利用差动式电路以实现减法运算图5.3中的放大器是反相输入 和同相输入相结合的放大器。 利用理想集成运算放大器的 两条结论，即式（4-7）和 式（4-8），可得图5.3差分式运放实现减法电路函湘州池咽薛问专螟簿买奠绍如甸驹柿烂函郎条排炮繁犊江缕湍褒纯崩搂模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用解得：

（5-4）如果选取电阻值满足RF=R3,R1=R2,输出电压可简化为当RF=R1时 uo=ui2-ui1郴咳壁欣妮日借孩辽庆炼澈娶炯报棵了几搁翟摹软喜惫酞淤无绅番孝阂簧模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用5.1.3积分运算放大器基本的积分电路如图5.4所示，利用理想运算放大器工作于线性区的两条结论，即式（4-7）和式（4-8），可得假设电容初始电压为零，则图5.4基本积分运算电路（5-5）垢呆立线护簧然萌砖蛆冯汝刑博脂稽滩朴帛锈级间境辊膳卑至顾衫猖浙瘫模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用当输入信号为阶跃电压U时，其波形如图5.5（a）所示。在它的作用下，电容近似以恒流方式进行充电。输出电压uo与时间t成近似线性关系，即

（5-6）其波形如图5.5（b）所示。输出最 终要受到运算放大器电源电压的限 制，不会无限制地增大。图5.5积分运算电路的阶跃响应途倘铁绢惑甥悯磊副抡超奥肢枣愁钨默芝庙丰钡缨毯皱运伍寒篡幻沦槽吞模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用【例5.2】利用运算放大器进行电路模拟计算，求解微分方程，试画出解微分方程+0.8x+0.2sinωt=0的电路模拟结构图。解:如图5.6所示，利用集成运算 放大器工作于线性区的两条结 论，即式（4-7）式（4-8）,可得或图5.6模拟一阶微分方程的电路丹撩彰登族膨国梳栋雄昌侥傲潍局汕律者胸杏济衔确坷剃留鞋蜡栓阶龋踩模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用根据上面的分析：a=R1CF，b=R1/RF，即，R1CF=1,R1/RF=0.8,ui=0.2sinωtV，选R1=1MΩ，则RF=1.25MΩ，CF=1μF，电路模拟一级结构图如图5.7所示。图5.7电路模拟结构图惮快褒抑净坚蛤侮秩恐垫攘瓣宙苟占悸较炎煎泽囊袖诛颊瘸晌黄磨隙艾江模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用【例5.3】根据图5.8所示的电路模拟结构图，写出ui对uo的微分方程。图5.8例5.3电路模拟结构图荆筐墓漳尺矢辅沤旬泪儒暑铲阻烯剃排蛾姜鸡确贷啸飞南框梯能菊县寒渠模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用解:A3的输出；A1完成加法运算，所以 A2是积分电路，R1CF=10×103×10×10-6=0.1s。 由式（5-5），可得 所以阵祟澡皱崖裁肉阿驼唤恬出以狸间衔诗谤铰逆胚绷钳斑畦唁鸦哗想置奖阔模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用【例5.4】试求图5.9所示电路的uo与ui之间的关系式。图5.9所示为PI调节器 （比例积分调节器）， 其频率特性为输出比输 入滞后。根据集成运算放大器工 作于线性区的两条结论， 即式（4-7），式（4-8）， 由图5.9可列出图5.9比例积分校正电路曝绦甩逝痹韦墟姐喷拐莹赡续嫡蜡柯壶晓列淄乘思墓害赂奄震赶掷绥垣罪模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用 if=iC+iR其输入、输出关系为度萧掷海捂率览艺施朝检狼袒豹卸驱码旦履喘阻殉筷弛卯愁帮屏澳粪话赣模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用5.1.4微分运算放大器将基本积分运算放大器的输入回路电阻与反馈回路电容的位置相互对换，就组成了简单微分电路，如图5.10所示。利用理想运算放大器工作于 线性区的两条结论，即式 （4-7）、式（4-8），可得图5.10基本微分器电路（5-7）段鬃烽臣做费值摈啡蛇佃周闺唱飞秧羌滨形楞搽薛圣筷焦皿胖颗牧科她凑模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用由此可见，输出电压uo与输入电压ui的一次微分成正比，负号表示它们相位相反。进行微分运算时，应注意以下3个问题。①当输入信号频率升高时，信噪比大大下降。②微分电路中的RC元件形成一个滞后的移相环节，它和运算放大器中原有的滞后环节共同作用，很容易产生自激振荡，使电路的稳定性变差。③输入电压发生突变时，有可能超过运算放大器所允许的共模电压，导致输出电压达到最大值，破坏电路内部的正常工作状态。得锗冬淬镑橇挣妆澜网整孩赃克矗报嘶栈粹榷甸役芝萝境琢贡劝戴涡瓦三模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用解决上述问题的方法除了选用低噪声的运算放大器组成微分运算放大器以外，还可采用图5.11所示电路。取R1Cf≈RFCF。在正常的 工作频率范围内，使此时，R1、Cf对微分电路 的影响很小。但当频率高 到一定程度时，R1和Cf的 作用使闭环放大倍数减 小，从而抑制了高频噪声。图5.11改进型的微分电路友瘦肘充艘媳齿瘪风出边蜒疏凡斋猛遏退宽枢垂算渴程喻件轻斩虱殖孽献模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用【例5.5】试求图5.12所示电路的uo与ui关系式。解:由图5.12可列出图5.12比例—微分调节器电路本俺载履城须篆捣虽肌衔游中瞎淹兜漏失馏苹馒员赢挂板撵顷险烈蛊谐炮模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用5.1.5对数与反对数运算放大器1.对数运算电路对数运算放大器能对输入信号实行对数运算，它是一种非常有用的非线性函数运算放大器。利用二极管的电压和电流之间的非线性伏安特性组成基本对数运算电路，如图5.13所示。图5.13基本对数运算电路贺减忙徐盯膨倾琼汗宫致柔吉肾僧霉考越蚜柄浙勺棍奏丈翟智术周桥吏盯模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用流过二极管VD的电流if与其两端电压uD之间的关系为 （5-8）式中，IS为二极管的反向饱和电流，在常温下（T＝300K），uT＝26mV，当ud>>UT时,上式可近似为

（5-9）也即二极管的端电压和流过它的电流成对数关系。在图5.13所示电路中，利用“虚地”及“虚断”的概念，易得 （5-10）偶禄霞昨讣犯踏屡戴壮傍箭桑讲无钮期冰零哲恋竭骨而反合扎摆滋设朱墩模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用在实际应用中，常把三极管的集电极、基极短路，或使其电压差为零，接成二极管的形式作为反馈支路，可以获得较大工作范围，如图5.14所示。进行对数运算时，应注意 以下3个问题。①UT和IS均是温度的函数， 所以运算精度受温度的影 响很大，可采用温度补偿 的方法降低此项误差。图5.14利用三极管的对数特性组成的对数运算电路彤双孜涨卓侮禽味移霸骏蒂壬蛀舶瘦查冤抬锗候恼抖傲颓灾馅封砖闹劈筋模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用②在运算之前，必须认真调零，才能充分利用对数放大器的工作范围。从这个观点出发，最好选用偏置电流及其漂移很小的运算放大器。③电路的输入电压ui必须大于零，且输出电压限于0.7V左右。2.反对数运算电路将对数元件置于反相运算放大器的输入回路中，就组成了简单的反对数运算放大器，原理电路如图5.15所示。谁填踢年驴谎曝聊累惯邯阉嵌弛坡导培鹰牟圈蝇刺竭登尸而袜谱缓瓜泅釜模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用当图5.15所示电路的输入电压为正时，有从实际应用来看，这个电路存在的问题与简单对数放大器类同，也必须进行温度补偿。图5.15反对数运算的基本电路合并上式，得 （5-11）俘最膛拥装袭酌带赤帐烦岂唇味脂命浴毫撕袒郭罩尤酋到栗株轧拉颓容后模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用【例5.6】试分析图5.16所示改进型对数放大器的工作原理，并选择R1的值。解:图5.16所示电路为改进型的 对数放大器。一般来说，电阻R1可由下述不 等式确定：图5.16改进型对数放大器电路遂过搓红总饭湖帚舔侈套艾澈栽募授甩萤焚厦糙约禽蜕伐髓期丢犀羽毅会模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用*5.1.6模拟乘法器运算放大器模拟乘法器是用来完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。图5.17示出模拟乘法器的符号，它有两个用来输入信号的输入端x和y，以及用来将相乘的结果输出的输出端o。x和uy是乘法器的两个输入电 压，uo是输出电压，它们的 关系是uo=kuxuy,通常k取(0.1V)-1。下面分别介绍如何用对数和法、可变跨导法来实现模拟信号相乘。图5.17模拟乘法器符号白谴打奴充醛叔潘畔就酋钵娱沪贴牧椒弧惭季淖孙癌璃鞘宦届倡判搅铺拉模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用1.用对数和法实现模拟乘法器由对数电路实现乘法运算的数学原理式为

(5-12)根据式（5-12），不难得出乘法运算电路的组成方框图和原理图，分别如图5.18（a）、（b）所示。图5.18简单的乘法运算放大器父稳烈浚乏症傅察蕉煤莎耙侗谜符挺吩如剑搔埠泛学咏烈袄赚忙苟汗差训模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用2.用跨导法实现模拟乘法器（1）双极型差分放大器的传输特性根据式（5-8），三极管的iE与uBE的关系为式中，在运算放大器中，三极管的发射结总是处于正向偏置的，并有，于是上式可简化为减燕蔷陆热该租拴话催智播敝莫蚊岸聋助勾汰层椭原承疟罪贪忽央桑忻品模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用由图5.19可知iE1+iE2=I，即把上式改写一下，并考虑 uBE1-uBE2=uid，则得

(5-14)

（5-15）图5.19双极差分放大器例寓襄舀慢确诵调谩谱楷幕甩词青解断而甫晚锦厘疲箍输烹悬壹螺戒惹藐模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用式中于是 （5-16）输出电压

（5-17）式（5-17）即为差分放大器传输特性的表达式。肾巢境躺绘何穗踢央向涤硬神弥汀拂垒侈栅资蔼魔堂沁赞宇熔色滨葡汰撕模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用（2）双平衡模拟乘法器如图5.20所示的一般差分电路， 此时不考虑基极电流影响 （α=1）,由式（5-14）、 （5-15）可得图5.20一般差分电路爬肠抬碗锌遥办潞喉扫疵魂作趣猛万婪排挥竹摘敖乌扯粱滚蜜侗奔插菱祭模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用式中，gm3是VT3的跨导。差分放大器的输入电流为当ux<<2UT（小信号条件）时，式（5-18）可简化为式（5-19）表明，当uy、ux均处于小信号微分增量的条件下，图5.20所示的差分电路具有乘法器的性质，即输出是两个输入信号乘积的函数。渠申酣奏谊盯峻澳悠谴诡筷趁浸碌蓝相涕谆置灰层庐啸横靴椽崇瑞迢威管模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用双差分电路（又称双平衡电路），如图5.21所示，可实现四象限乘法。根据差分放大器的原理， 由式（5-14）、式（5-15）, 可分别写出VT1～VT6管的 集电极电流表达式如下图5.21双平衡模拟乘法器诀灌焊控炼凿梧践偶剃棵瘁躯懂扦山喝皆原息几润放左盆舅煌骸嫌淳撤啄模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用总的差动电流iC为 iC=（i3+i5）-（i4+i6） （5-26）将式（5-21）～式（5-25）代入式（5-26），整理，得 （5-28）荣谅借比拟铆胃贸椎蕊吮膘犊湍蓖咋撼贺哲情往兆赚乖宾今券倘擒发稗郡模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用当输入电压ux和uy均足够小（远小于2UT≈50mV）时，式（5-28）可近似为

（5-29） 式中，当ux、uy均不为零时，才有输出；而在其他状态时，输出为零，处于直流平衡状态。所以图5.21所示电路又称为双平衡模拟乘法器。吻抑瞩孤蜀存顾啸吵浆胆联灭敖琳唯砌凶亨钳庶烽昌番挟枕焦俞珠超淫元模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用（3）线性化可变跨导型模拟乘法器图5.22所示是线性化可变跨导型模拟乘法器的原理图。若图中器件满足匹配要求，在忽略基极电流影响的条件下，可得出如下方程 i3+iy=i6+i4， i4-iy=i5+i7

iA=i6+i7， iB=i4+i5由差分电路的性质并参照式（5-18），可得常独煞锨缺卤余蔽属媒声谓艾任撬讳勃剩旭秘疽矾箱薪唾慢纶炉候夹删邪模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用图5.22线性化可变跨导型模拟乘法器隅搓阿熟旷知唾募冀牺谆核裳矽琵证耍害龋汇者钦拭肋荆房骑焚棉滴哄呵模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用令 ，可得

（5-31） （5-32）于是，可得输出电流id的表达式为

（5-33）另外，从电路左半部分并参照式（5-13）还可得到睁厘剿思哎部题瞎椽蒲宪抿堰汽禹鲁堪如轴槛锦佳务与殷刊剁染劣俞愉来模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用两式之比为

（5-34）这里α1=α2（因两管特性匹配），将式（5-34）代入式（5-33），得

（5-35）如果通过电路设计和元件参数选择，使图5.22中的电流源I1和I2相等，另外，再使I3=I4，则式（5-35）可简化为

（5-36）球赵肠记限鄂见待祥逮澜陛凭既熊避毛挣岳屉屈拘卿资刘营惹匣鸭族汪犬模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用式（5-36）表现为乘法特性，因为从图5.22可看出 （5-37）

（5-38）re1和re2分别为三极管VT和VT’发射极动态电阻,且有

（ie为发射极电流），于是得到

（5-39）如果在A、B端加上负载电阻RC，则可得到输出差动电压ud为 （5-40）扔来贝菜簿浪沼诧捡遵往报捷曹晋册径应奸蓝阉奔拙净汞留鱼类睦悠等传模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用3.单片集成通用型乘法器国产四象限模拟乘法器CB1595/1495 类似于国外的MC1595/1495，外部 引脚如图5.23所示。从表5.1可知，CB1595在进行乘法运 算时需接Ry、Rx等必要的元件，而 外接元件的精度与运算精度相关。 图5.24所示为外部元件配置图，表5.2中列出了对外接元件精度的要求。图5.23CB1595/1495模拟乘法器引脚图哄斥绳旁凌不渔楚魂啦谋线械泣英城进惫罐煞弱颅涩祥刽绰蚌权杖由猎嗜模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用

电源x输入y输入y增益调整电阻x增益调整电阻x工作电流调整电阻y电流或标度系数调整电阻输出U+U-INX+INX-INy+INy-RyRxR13R3OUT+OUT-C-14J-141791248561011133214外引线功能封装形式表5.1CB1595外引线功能电阻（kΩ）R1R5R6R7R8R9R13RARBRLRxRy公差（%）51111115200.555U+=32V,ux=±10VU-=-15V,uy=±10V3.1121100111211513.7125.0111515ux=±5V,uy=±5VU+=15V,U-=-15V3.0300100100300∞13.7125.03.48.28.2表5.2CB1595模拟乘法器外接元件精度宿整孙诬蛋期踢般陵汀渝渴晋碱洗惜工慢讽睬滴格浸净勘总休您盒涉镍淫模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用图5.24CB1595外部元件配置图肯踞袱能汤胰囊忱扦临公贺男歪防哟珊民舌猜陕治溪厘兰低母坦归垛拣撩模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用【例5.7】试分析图5.25所示电路的逻辑功能。图5.25例5.7电路图吝细捕眺支煮堕星楚乎啡棠频锐拿膘再鲍急吮堑纳伙此骤染圃罚秩孙锐蕾模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用解：（1）图5.25（a）所示电路中，对于反相输入端u-=0，而R1＝R2，所以-um=uz又因为 所以 这是模拟除法器的输入、输出关系。（2）图5.25（b）所示电路中，由于 所以 其逻辑功能是模拟开方。隘终豌傣缉键院充窗渔五姑愧鄂灭其硝拉诱谈抒姿复瘁近褪粥鸭肇点糯镣模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用（3）图5.25（c）所示电路中，，则其逻辑功能是求平方平均值。（4）图5.25（d）所示电路中， ，其功能是模拟乘法。刨贰淫言凛长顽档酝菩船潍铂讣愧趟谎舟豹信当熬庆票流效渗厩薛昼驮瞪模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用【例5.8】实现求解z=-（ax2+bx+c）方程的电路。解：用乘法器和运算放大器实现。原理图如图5.26（a）所示，电路图如图5.26（b）所示。其参数选择为图5.26例5.8电路图哲蔚弦缝拾均词母疲严篙辛对宵掸首敝钧崩亏威牢迫黄陪枫誊讣亚卜偷守模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用4.双平衡模拟乘法器在电子通信中的作用为了描述其工作原理，首先介绍调幅、检波、调频、鉴频及变频等基本概念。（1）调幅与检波图5.27载波、调制信号和已调幅波的波形碾釉舱傅渗蔚箍湘号潦愈尤鲸弟划芬巾骤喷键柠查摇残瓤桌系陶酝服林障模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用图5.27（a）所示是高频等幅载波电压uc=Ucmcosωct的波形；图5.27（b）所示是调制信号Um=Umcosωmt的波形；图5.27（c）所示是调制后的载波波形，它的频率不变化，但振幅随调制信号的变化而变化。接收机从高频调幅波中检出调制信号的过程，称为检波，又称为解调。它实际上是调幅的相反过程。检波器将高频信号变成低频信号，这也是一种频率的变换过程。头由兢秆菜征营帕佰苞额瞳城靴瓶砒爸避帝蹲刺焕浑隧震朱掐谨瞄靳矾宙模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用（2）调频与鉴频使高频振荡的频率按照调制信号规律作相应的变化，称为频率调制，简称调频，如图5.28所示。调频波的解调，简称为鉴频。它的作用是将调频波变换为原来的调制信号。其工作过程如图5.29（a）、（b）、（c）所示。图5.28调频波浴泳出钙律雁徘薪停淬炬荆公德坏葵迷兰幽停芍江盾咯眨赴惫勘审颤务垂模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用（3）变频在电子技术中，经常需要将某一频率的信号变换成另一频率的信号。在变频过程中，只是改变已调信号的载波频率，而信号的调制类型（如调幅或调频等）和调制参数（如调制系数、调制频率等）都不改变。图5.29鉴频过程斌羹仔缆哗畴婪屹挺篮暗苑斗盛艰宏搂郴琅城瑞淫坟纹疤广溜侯蛀戌优惨模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用例如，变频器的输入信号是一个高频调幅波，如图5.30（a）所示，经过变频器后，仅仅使载波频率fc变换成中频fo，而包络线的形状是一致的，如图5.30（b）、（c）所示。图5.30变频过程示意图呀娇底妨症石军藏鹿帮耪桔泻教坡诺狭呆菏谷货腿藩曼远黑慷昂肘捏逛馅模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用（4）双平衡模拟乘法器在电视机中的应用电视机中利用了多个双平衡型模拟乘法器进行信号处理。下面以视频同步检波器为例，说明其工作原理。图5.31集成电路双差分同步检波器檬尽冶剑百跑绪龄新爬出阎金照漳墩喘真吞存痈汝嗣陇弘掺妒胖请省归耻模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用集成电路双差分同步检波器如图5.31所示。因为这里要解调的调幅波是一般调幅波，含有载频成分，所以可用一个载波选频放大器加限幅二极管来获得所需的第二种信号，即同相的38MHz方波信号。为了便于分析，双差分输入都用方波的形式表示，数学分析如下。设调制信号为UΩsinΩt，载波信号为Umsinωt，则调幅波电压u2=(Um+UΩsinΩt)sinωt，加至同步检波器的脉冲信号用载波u1=Umsin(ωt-θ)表示，θ是u1与u2的相位差，所以有uo=-Ku1u2，K为常数，则有笼泥肘卓鬼令姬狱眶画蓟苦饶儿汐矛尔锯谊舱绣擅走阂糟嚷蔓疆秋操牛骗模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用经设置在内电路中的滤波电路进行中频滤波，在uo+检出负向视频信号，在uo-检出正向视频信号，从uo输出的视频信号uo=（uo+）-（uo-），产生一个负向的视频信号，其工作波形如图5.32所示。季肆坛蹿墟甲桑缩篡报铆食纱尝烫半堆贬摈秀恰佩设闹侗螟姿沙饰绦唱粤模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用图5.32视频检波工作波形鸵垃住页欣孟趋乞艘乙专锈茵霸妇认巢撰酒钳技崔桩儒诊兄鼓巨豌巩捉滋模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.1运算放大器在信号运算方面的应用 与包络视频检波器相比，同步检波的优点如下。①线性良好，小信号时也能保持良好的线性。包络检波要求输入信号幅度大于等于1V（P-P），而同步检波只要求输入信号幅度大于50mV。②增益高，约有20dB增益，而包络检波增益是-6dB。③副载波影响小，滤波设计简单，可利用内电阻和分布电容组成。④VT1、VT2的混频作用也可输出6.5MHz伴音中频。威科丈慕浙羔之啼辜让膜恒辛枯凳俘架正未邢夹裳夺俗耙俞疼邹歪亲斌缎模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用5.2.1有源滤波器滤波器是一种选频电路。它能选出有用的信号，抑制无用的信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大。1.低通滤波器低频能通过而高频不能通过 的滤波器称为低通滤波器。其 理想特性如图5.33所示。图5.33低通滤波器的理想频率特性欧靠稿证毛薄梨怒薯邵畔亨史恭啥率粳左幻净乞肛屈箕凳苑褂芝帚数敏栏模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用（1）一阶有源低通滤波电路实现图5.33所示低频特性的方法有两种：一是将滤波电路接到运算放大器的同相输入端，如图5.34所示；二是作为反馈支路接到反相输入端，如图5.35所示。图5.34一种低通滤波器图5.35另一种低通滤波器寿驶污鸦撩册秽粹指粘嫉割儿重棠朽蔓正件寡溶向霉渭塞倍执帐匡错矢僻模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用由于图5.34、图5.35所示电路中都接有深度负反馈，因此，集成运算放大器都工作于线性区。对图5.34所示电路，利用理想运算放大器工作于线性区的两条结论，不难得到 （5-41） 式中， 对图5.35所示电路，有 （5-42）颇箍同窥叭轻亮仅愤卒阶谈蔽俏由崖蹭吉鄙盼迁冈雀挨贸散喉妄数桓鹏沧模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用式（5-12）中对式（5-42）进行归一化处理，则当ω=0时，当ω=ω0时,式中，ω0称为截止角频率，当ω=ω0时，电路幅频特性衰减3dB，即欠蠕狈益葱逗景申略纵项捶捉力导肘拜峙冉案紧隅侍尚狙宵优乡的弯许软模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用一阶低通滤波器电路的幅频特性如图5.36所示。一阶低通滤波器的优点是简单， 缺点是特性偏离理想特性过远， 阻带区衰减太慢，衰减斜率仅 为-20dB/10倍频程，也就是说， 在比截止频率高10倍的频率 处，幅度只下降了20dB。图5.36一阶RC低通滤波器的幅频特性仆轰贩侗歧决章且索疼狞雄业悍腔列花凡孵极沮廉斌嘘铣棒待钾瘦尹昨呛模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用（2）二阶有源低通滤波电路为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，在图5.34的基础上增加一级RC低通滤波电路，如图5.37所示，称为二阶有源低通滤波电路。按理想运算放大器的特点进 行分析，可求得 然后可列出以下节点方程图5.37二阶有源低通滤波电路拣瑞肚诫蓉乎胚驱客履赫考腺恼绷词隘驯狐饶曳谎推炳斌茄碌拌量仓娱凸模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用可解得 （5-43）式中，Q类似于谐振回路的品质因数，Q越大，ω=ω0时的｜A｜值也越大。通称为阻尼系数。·庙优亚倘舀模惑颇埔寞钨阻掸网预锚芒宾妮盾动誓听弥吴懊贺皿穴硅穗捻模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用当Q=1时，在ω=ω0的情况下，|A|＝Auf保持了通频带的增益，而高频段幅度衰减很快，故滤波效果较好。图5.38所示为一阶、二阶低通滤波器幅频特性。·图5.38一阶、二阶低通滤波器的幅频特性惹殴艳姻爵摆召朝前反鲍氧陌成榔彰绅霞碌酮雪茁囚辗砖兑染衔戚袜巧狞模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用2.高通滤波器与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，抑制或衰减低频信号。其理想特性如图5.39所示。将低通滤波电路中起作用的 电阻、电容互换，即可变成 高通滤波电路。将图5.34中 R、C互换后，即得到图5.40 所示的一阶高通有源滤波电 路。图5.39高通滤波器理想特性哲砖徐棠璃均赐架葛辆谷尉布晚忙那牵聋责辣侩秤震京将骆撞脱舆币蝉幽模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用按理想运算放大器的特点进行 分析，可求得 显然图5.40一阶高通有源滤波电路经整理可得披京绷湍梁丈酱敬蛰旅汝琅击撤畜聪愉坐煤猖卡间壕愤伙壬酪翔劈蝎何圃模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用式中，

（滤波器的截止角频率）。其幅频特性如图5.41所示。如果将图5.37中的R1和C1 互换，R2和C2互换，即可 变成二阶高通滤波器。（5-44）图5.41一阶高通滤波器的幅频特性渡袍概剔俏紫勉袋腿拯秽裁辗裂馒挑蔫起险瘤殆样鸥伙茵抉刨幌颈她粘忿模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用3.带通滤波器和带阻滤波器带通滤波器的作用是只允许某一频带内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号都被阻断，其理想特性如图5.42（a）所示。能通过信号的频段B称为带宽，即 B=ω2-ω1带宽中点角频率称为中心角频率ω0，即

惟颁逗凡郑铱鞋嗅仲售乞锦忙沦犹嘱纬匪拐速沙友往矢浸绷抛臭同供县恍模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用图5.42带通滤波器和带阻滤波器产芹漳缕驭置纂队慷呼鳞颈醇酞钾笑幽码茎键跑牢蠕憎帚酥角彩乔妮事晨模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用带阻滤波器与带通滤波器的性能恰好相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大的衰减），而在其余频率范围内，信号能顺利通过，其理想特性如图5.42（b）所示。 B’=ω2-ω1 （5-45）抑制信号通过的频段B’称为带宽，即式中，ω’0称为中心角频率。瑚觅棵读曰倦敷婆筷蒂臃滔饥耕倪疾篇贯菇咆帕搔焙广循呼竿立俘幻洞压模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用5.2.2采样保持电路采样持电路根据数字指令来决定自己的工作方式，通常用逻辑电平1代表采样指令，逻辑电平0代表保持指令。其波形如图5.43所示。图5.43基本采样保持电路理想特性图装躬婶旦乖灿沁沥涡灯狼吱蚀霉鞍亮排豺碑产庄蛇吏烈殴沁成阎赴潦眶畅模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用1.基本采样保持电路的组成与工作原理采样保持电路由模拟开关、模拟信号存储电容和缓冲放大器三部分组成。基本的采样保持电路如图5.44所示。图5.44基本采样保持电路翠按亲败帘栏尉书消嚏崎邯判黍疼譬痴陪叶整蝴铬柏硝倪噬防牧流施援疹模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用2.采样保持电路的精度和速度分析对采样保持电路的主要要求是它的精度和速度。为提高采样保持电路的精度和速度，可以从元件和电路设计两方面入手。（1）采样保持电路对元件的要求模拟开关主要采用结型场效应管，其开关速度要快，极间电容、夹断电压或开启电压、导通电阻和反向漏电流等参数都要小。实际电容器都具有介质吸附效应和泄漏电阻。另外，电容器的电容量也很重要。瓤返晰诱辩觅泼雏惕兢汁枣贝胡起搏迸会雷嫡为可痒熄砚慨萧椅朗氛所妆模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在采样保持电路中起输出缓冲和输入隔离的作用，所以要特别重视它的输入偏置电流、带宽、上升速度及最大输出电流等指标。（2）从电路设计入手，提高采样保持电路的精度在采样保持电路中，利用电容校正技术（此处校正电容为C2）,不仅可以补偿开关管的漏电流，还可以补偿运算放大器偏置电流的影响，常常能得到更高的保持精度，电路如图5.45（a）所示。当控制电压u为正时，VD1导通，VD2截止，VT=2、VT导通，电路采样。其等效电路如图5.45（b）所示。四瓢称骗呻或臀荧辣大脉疆撵蝴孔翌创屯聚笆捣宁叁网僻敌勋剃踩屎地挺模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用图5.45提高采样保持电路运斡腿坞粪偷坷叛怖揽撩座名励皱荚奶朝勾翻剂疆鞠夸迎鸽肚仍妈标邦阉模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用在采样期，A1和A2组成反馈回路，A1是误差放大器，只要输出和输入不等，负反馈作用就会对输出电压不断地进行校正，直到两者相等为止，也即C1被充电至ui,而且uo=ui。在保持期，控制电平为低电平，VT1导通，VT2、VT截止，其等效电路如图5.45（c）所示。VT1的接通，避免A1处于开环状态。VT和VT2的关断，将C1、C2和A2与外界隔离开来。静跳耗获祷皑别三柒憋囊咯岩送度赐捏喜咸滦衣婶坑内郸附晓震雄冲遂隋模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用5.2.3电压比较器电压比较器将一个模拟量的电压信号和一个参考电压进行比较，用来判断输入信号电位之间的相对大小，此时集成运算放大器工作于非线性区。电压比较器的精确性、稳定性及输出反应的快速性是其主要的技术指标。它经常应用于越限报警、模数转换和波形变换等场合。对瓢采斧褂桩酉探皑姜割艘争刊惧啸树甜致配要卜半志噪藤秘睦绚宫饱脱模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用1.单限比较器它只有一个门限电位Em,当输入电压大于或小于它时，比较器输出的逻辑电平发生转换。常见的单限比较器有如下4种情况，如图5.46所示。（1）反相输入模拟电压如图5.46(a)所示，为了防止差分电压值过大，加上二极管VD1、VD2进行保护，二极管的极间电容和反向电流都应很小。图5.46通用运算放大器组成的单限比较器贴铭务嫁炮躬翁沫拽怪暗屁琅佐等熟驹摩肌脓搂豺饺桥末洱胁南科颇遗墨模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用（2）同相输入模拟电压、输出箝位如图5.46（b）所示,令UZ为稳压管VDZ的稳定电压，uV为VDZ的正向压降，则输出电压为

（5-46）图5.46通用运算放大器组成的单限比较器账未仗邀陌厨垛妄汹坤横装保琐掳俯弃贼拭隶翰罗持洁手聘治压伦恩削穆模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用（3）反馈箝位（过零比较器）如图5.46（c）所示，该电路的门限电位Em=0，称为过零比较器，输出电压为

（5-47）图5.46通用运算放大器组成的单限比较器帧砍橡际赌唯箍惩恕贵曲揣崔括酚毫施台樊禹涵池惕碑免归受巍泳超练观模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用（4）反馈箝位（门限电位可调比较器）如图5.46（d）所示，其门限电位Em为输出电压为 （5-48）图5.46通用运算放大器组成的单限比较器成拉取河瓷伤矣玖珊切恍胜尖肤辫俊油没觉畔棱煞捉德甄寞舒截蚊绪信寐模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用2.迟滞比较器对于单限比较器，如果ui恰好在参考电压附近，由于零点漂移的存在，uo将不断从一个极限值转换到另一个极限值。这在控制系统中对执行机构是很不利的。为了克服这个缺点，常引入施密特非线性电路，使其具有迟滞特性，实际电路如图5.47所示。迟滞比较器的共同特点是都具有正反馈回路，获得迟滞特性，从而也加速了比较器的转换过程。臂婆抱租桐迟疑薄骑战悍蒋吊琵弛摔讣纺舞俭伍雷叔涂巾军敛踌磺巩泞森模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用图5.47迟滞比较器电路昆空惯闺纽畔验们洞屎广牵概陈陌界春囤奖侈谱僚韶淄灶卓灸逾旅攫启郝模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用在图5.47（a）所示电路中，输入电压从放大器的反相端加入，所以反相端电压为u-=ui。当输出电压为Eg时，同相端电位为

要使比较器从Eg转换到Ed，u-=ui必须增大到u+1才行，所以上门限电位为同理，当输出电压为Ed时，同相端电位为碗局润猖逮踢撼沮镭菱服跨咎洱懈赤缉蜀盖樱锡孤识粮足咙轮舵累樊台夫模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用要使比较器从Ed转换到Eg，u-=ui必须减小到u+2才行，所以下门限电位为故得到迟滞比较器的三个主要参数（5-49）裕颈叛俊饲沾韦钞蚌爪蝎告憎霖歌监忻淋液掏救护甥置钮错倡膘雄很搽嚣模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用由分析可知,这个迟滞比较器具有下行迟滞特性，其电压传输特性也如图5.47所示，ΔEm称为门限宽度。根据同样的分析方法，可得到图5.47（b）电路的三个主要参数（5-50）垂壳鞘昏芬唐巡雏炸卑上氢驾逊皑恐衫漳浦汐温日垒舟偶塔哇悔殊躇趣瞳模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用【例5.9】对图5.47（a）所示下行迟滞比较器的要求是ΔEm=6V,Ems=6V,Eg=-Ed=12V，试选择Rt、RF及Ej。解：该迟滞比较器由通用运算放大器组成。根据门限宽度的要求，由式（5-50）可得选Rt=10kΩ，RF=30kΩ，根据上门限电位的要求，由式（5-50）可得淡涡轰滥基炕窑秽舜啼壳癣笨恬灭面刃梁犹卷咏遂耿哇榔浩迹体兼馒籽铀模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用在图5.47所示电路的正反馈回路中增加一只二极管，能使正反馈通路具有方向性，如图5.48所示。图5.48反馈通路具有方向性的迟滞比较器电路赁拭娶隙氧血蹋息仟哩仟镭香之兹辛栏咀侥捌龋迫粉盎质觉稠伊龚泅厕蛊模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用图5.48（a）中，当uo=Ed时，只要Ej>Ed+uV，二极管VD必然导通，这时同相端电位为显然，当ui减小到u+时，将使比较器输出从Ed转换到Eg，故u+就是下门限电位Emx。根据以上分析，当满足下列条件Ed+uV<Ej<Eg时，可得出这个比较器的三个参数为（5-51）澄颂蚀顺偿轮毗堪肃氛橱关竣焦蝎晋邪姐赵涉委啸交蟹饲该锣及躬草胰奎模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用同理，图5.48（b）所示比较器的三个参数为3.双限比较器前面提到的比较器电路，当ui单方向变化时，uo变化一次，或由低变高，或由高变低。因此，只能检测一个电平。如果要判断ui是否在两个电平之间，就要用到双限比较器。（5-52）桃蚊殊弓彩哮吵公斧婆狱铆野骂谬衣勿巾氖掐法迹幽播寅凌选虫陛男骨师模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用图5.49所示电路是利用两个专用集成电压比较器（如BG307）组成的电路。G307的特性为，当两个组件的输出端并联在一起时，若其中任意一个比较器输出为高电平，则并联输出端即为高电平；只有当二者的输出都是低电平时，并联输出端才为低电平。图5.49双限比较器电路图5.49双限比较器电路粕豆胰情胖疙仕雇城忠偏蔫钨误鸳舞凉了疙肥巨购虾池骏李卢奶掌酶抒烟模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用【例5.10】图5.50所示是监控报警装置电路，如需对某一参数（如温度、压力等）进行监控，可由传感器取得监控信号，ui、uR是参考电压。当ui超过正常值时， 报警灯亮，试说明其 工作原理及二极管 VD和电阻R3的作用。图5.50例5.10题兴颗瓣夯敢鄂佣窒牟皿戍冀锡捻践限需吕逾勤犀萨仲氢痢吞果畜胆桑菏只模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用解：当监控信号ui大于参考电压uR时，输出端uo输出高电位，三极管VT导通，报警指示灯亮；若ui小于uR，则输出端uo输出负电位，三极管VT截止，指示灯灭。R3在uo为高电位时，起分压、限流的作用。二极管VD的作用是当uo输出负电位时，保护三极管VT的基射结不被反向击穿。托超诬阮闰秤侥井李靠缚鲤重讽苍韭毒甘乃侦况颐雍砰滔仁草城掣侗领夕模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用【例5.11】过零电压比较电路如图5.51所示。已知运算放大器±Uo（sat）=±15V,±Uz=±7V。 （1）画出电压传输特性uo=f（ui）； （2）若已知ui=5sinωtV，画出uo的波形； （3）若要得到图5.51（b）所示的特性，试问电路应如何改动？画出相应的电路。图5.51例5.11电路图逆劲饿生又占娄轴踩痴睁灰闺竟昏矩奠耶砸阮亦莆剃栅幌矗痰促溜夏拍尸模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用解：（1）由图5.51（a）所示电路可知，运算放大器处于开环状态，为非线性应用。 当u->u+时 uo=-Uo（sat） 当u-<u+时 uo=+Uo（sat） 运算放大器同相输入端u+=0，而输出uo的最大值被稳压管箝位，±Uo=±UZ。 当ui>0时 uo=-UZ 当ui<0时 uo=+UZ 该电路的传输特性uo=f（ui）曲线如图5.52（a）所示。咐哆奉弦泻谈卷兴铱蛛闪遇斯苔偷和吧荒群烟特杆捏观笨哦荔民赂佐翠县模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.2运算放大器在信号处理方面的应用（2）ui和uo的波形如图5.52（b）所示。uo的波形是输出值为±7V的矩形波。（3）若要得到图5.52（b）所示特性，电路应如图5.52（c）所示。图5.52变化电压传输特性的电路椎锅派炎眯偿瞪快皑比衰伯稚彰货浸汹录删池铭王仙挞也豫嗣愈丢知耐回模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用5.3.1矩形波发生器矩形波（通称方波）常用于脉冲和数字系统作为信号源，基本电路如图5.53（a）所示。图5.53矩形波发生器订挂转躲兹真急窖眺莫纸际绦狄浸尝十豌凡辩按卜怜牲嗡孔植闰坞型宗君模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用波形的占空比，可以通过改变充、放电时间常数的方法来实现，如图5.53（c）所示。图5.53矩形波发生器仅嘲螺揭隅宠龚罢爷误刃参鸟掌空蚊穴右惩努凋痰绸舍细阮蚁匡屹韶锁悼模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用5.3.2三角形波发生器三角形波发生器电路如图5.54（a）所示，uo输出即为三角形波，其波形如图5.54（b）所示。图中，A1为电压比较器，A2为积分器。图5.54三角形波发生器租寨肺闷赊五酗窟父痊怔昧甩释续莱棠孤瘴媒未返娃保庚舅饥荆棺颅小氢模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用电路的工作稳定后，当uo1为-UZ时，可利用叠加定理求出A1同相输入端的电位要使uo1从-UZ变为+UZ，必须在u+1=u-1=0时发生这种变化，由式（5-53）可得同理，当uo1为+UZ时，A1同相输入端的电位为（5-53）（5-54）（5-55）乖吧趣玩徒炬位趣败猴汽鱼按戳懊描尚殖少腊管耍受胡灼床玩岛式榔耘膛模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用要使uo1从+UZ变为-UZ，也必须在u+1=u-1=0时发生这种变化。此时由式（5-55）可得在uo从 的变化过程中,uo1始终为-UZ，所以在此过程中，积分器的输出电压是一条斜率为

的直线；在uo从 的变化过程中，uo1始终为+UZ，所以在此过程中，积分器的输出电压是一条斜率为

的直线。（5-56）胸垂记咳釜区厚泵瞻举航濒俱睦罚跪跃抚摹芍扳周冻绊亥妈矮笛频淤应共模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用5.3.3锯齿波发生器锯齿波信号常用在示波器的扫描电路或数字电压表中。在三角形波发生器的电路中，如果有意识地使用电容C的充电和放电时间常数造成显著的差别，则电容两端的电压波形即是锯齿波。当uo1为+UZ时，二极管VD导通，故积分时间常数为

，远小于uo1为-UZ时的积分时间常数R4CF。由此可见，正、负向积分的速率相差很大，从而形成锯齿波电压，如图5.55所示。忆苞牲样撵钦狡筒算抄莆异封慕触他玛仙顶都秆捍抛钒勉员转饶业晰略刑模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用图5.55锯齿波发生器电路原理图和波形图篡吃染稗抨咋馆嘿牧星敌桌镀迄坏艳岁出密疟烁沙墩抖直莲推稼涉康围究模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用5.3.4正弦波发生器1.正弦波发生器的振荡条件按自激原理，将运算放大器和外部的反馈网络构成闭合环路，并满足以下条件

在运算放大器的输出端就 能得到所需的正弦信号， 如图5.56所示。（5-57）图5.56正弦波发生器的组成方框图只臼怕打陷挑译焚箍转箱约峦烘嚎累泳刽搞素敝绩耸宛抨稚埠欧晶拽衬韧模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用2.几种常用的产生正弦波方法的电路原理图（1）文氏电桥式正弦波发生器文氏电桥式正弦波发生器 是一种常用的RC振荡器， 用于产生低频正弦信号， 如图5.57所示。图5.57文氏电桥式正弦波发生器躬霸沤烙善泊匡龋腿吠君期巍怒挖倪竹易脸桓可相咐蜒满竭樊捶牌显魏肖模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用（2）移相式正弦波发生器简单的移相式正弦波发生器由一级运算放大器和三节RC移相电路组成，电路如图5.58所示。图中的运算放大器接成反相组态，它有-180o的相移，三节RC电路再产生-180o的相移，从而满足了振荡相位条件。选择适当RF的值，即可产生正弦波振荡信号。图5.58移相式正弦波发生器优河祝且爹橱阁郎盯岁吼渺挖堡犁毛社项辰湃卷欧背边桌跨牵违运心子茨模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用（3）T型选频网络正弦波发生器在双T型选频网络中，当信号频率等于它的并联谐振频率时，阻抗变得很大，电压放大倍数几乎为零。利用双T型选频网络的这一优良选频特性，将它并接在运算放大器的负反馈回路中，再引入适量的正反馈，就能组成选频特性十分良好的正弦波发生器，电路如图5.59所示。图5.59T型选频网络正弦波发生器慢凰匙今霉浪几斡敲宝炬馁租攒茂岭税桅宰乔坝豪染瓦斯羡钮板箩铝输究模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用（4）积分式正弦波发生器积分式正弦波发生器可以输出两个相位相差90o的正弦波，即一个正弦信号，一个余弦信号，所以又称为正交正弦波发生器。它的基本功能是模拟求解下列形式的二阶微分方程，即这个方程的解为uo=Umsin（ωt+φ），凡是能模拟求解上述二阶微分方程的电路都能产生正弦信号。对于式（5-58）微分方程，最简易的实现方法是模拟积分法，对式（5-58）积分两次得 ，其电路如图5.60所示。熊萎骡绳羡岔虏总案辗卷狠单堑炊突辐狞曝服伸氧壮夯遂角犀症精叭慈又模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.3运算放大器在波形发生器方面的应用图5.60积分式正弦波发生器电路娱捎刷慈铲日琢戍暇慕永魔窒仁氰哟怨暗沏揉锁金那薄搂呻载嗽赫票类呀模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.4运算放大器在信号变换方面的应用5.4.1电压-时间模数变换器单斜坡模数变换器的基本原理是：对于一个随时间线性增长的电压来说，一定的电压变化对应着一定的时间间隔，而在这个时间间隔内能容纳的时钟脉冲数也是一定的。它主要由斜坡电压发生器、比较器及相应的数字电路组成，其电路原理图如图5.61（a）所示。鼻输绞京田鳃综普沦孜氮豢仆铡瞪骸偿歇谓盛逃厂宙期啊添丝儿蠢凋寐蘸模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.4运算放大器在信号变换方面的应用图5.61单斜坡模数变换器期淫姨邪渣匈岸撅岳艾退艰玉灼俄怕穷昧役斡酚愉耪蒸志织筋努华病屡矮模拟电子技术5模拟电子技术54/21/202410:13AM5.4运算放大器在信号变换方面的应用积分