第8章 集成运算放大器.ppt

1、Friday, August 14, 2020,1,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器 8.2 放大电路中的负反馈 8.3 集成运放在信号运算电路中的应用 8.4 集成运放在信号处理电路中的应用 8.5 集成运放在波形产生电路中的应用,Friday, August 14, 2020,2,基本要求,了解集成运算放大器的基本概念、电压传输特性和主要参数； 掌握理想运算放大器的基本分析方法； 理解反馈概念，了解反馈类型和负反馈对放大电路性能的影响； 理解用集成运算放大器组成的比例、加、减、积分和微分运算的工作原理； 了解单门限电压比较器的工作原理； 了解用集成运算放大器组成的RC正弦波振

2、荡器电路的工作原理。,Friday, August 14, 2020,3,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器,集成电路:它是用一定的生产工艺把晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容、以及它们之间的连线所组成的整个电路集成在一块半导体基片上，封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有一定功能的器件，也称为固体器件。,优 点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、 功耗小，实现了元件、电路和系统的三结合.,集成运算放大器：是一种高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻的直接耦合放大电路。,Friday, August 14, 2020,4,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器,尽量减小零

3、点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri尽可能大,中间级应有足够大的电压放大倍数,输出级主要提高带负载能力，给出 足够的输出电流io ，输出阻抗 ro小。,偏置电路可提供稳定的偏置电流，以 稳定各部分的工作点。,Friday, August 14, 2020,5,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器,输入级,输出级,中间级,集成运放的基本结构,Friday, August 14, 2020,6,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器,运放的特点和符号,ri 高:几十k 几百k,运放的特点：,理想运放：,ri ,KCMRR很大,KCMMRR ,ro 小：几十 几百,ro

4、 0,A o 很大:104以上 107,Ao ,运放符号：,Friday, August 14, 2020,7,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器,集成运算放大器的主要参数,1.输入失调电UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。,2.输入失调电压温漂 dUIO /dT 在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。,Friday, August 14, 2020,8,4.输入失调电流 IIO ： 在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。,3.输入偏置电

5、流IIB ： 输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器,Friday, August 14, 2020,9,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器,5.输入失调电流温漂dIIO /dT: 在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。,6.最大差模输入电压Uidmax 运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。,7.最大共模输入电压Vicmax 在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放

6、大器失去共模抑制能力。,Friday, August 14, 2020,10,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器,8.开环差模电压放大倍数 AUd ： 无反馈时的差模电压增益。一般AUd在100120dB左右，高增益运放可达140dB以上。,9.差模输入电阻rid ： 双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。,Friday, August 14, 2020,11,10.共模抑制比 KCMRR ： KCMRR=20lg|AUd / AUc | (dB) 其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器,11

7、.3dB带宽 f H ： 运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的带宽 f H 。,12.转换速率S R (压摆率)： 反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为,Friday, August 14, 2020,12,第8章 集成运算放大器,8.1 集成运算放大器,运算放大器的传输特性,线性区很窄,所以运放在线性区工作,通常引入深度电压负反馈,Friday, August 14, 2020,13,第8章 集成运算放大器,8.2 放大电路中的负反馈,反馈的实例,1. 生物体中的反馈,控制器 （大脑）,传输机构 （神经、肌肉）,执行机构 （手）,开环系统,闭环系统,物

8、体 位置,期望值与实际值比较 误差（偏差） 用偏差消除偏差 实际值= 期望值,Friday, August 14, 2020,14,第8章 集成运算放大器,8.2 放大电路中的负反馈,2. 工业生产中的反馈,Friday, August 14, 2020,15,第8章 集成运算放大器,8.2 放大电路中的负反馈,马上行动,找出身边开环系统和闭环系统的例子。,开环系统：,闭环系统：,电熨斗、电子门铃、电子调光台灯、电风扇、程序控制洗衣机、遥控电视机,空调、电冰箱、智能电饭煲、现代化农业温室,Friday, August 14, 2020,16,第8章 集成运算放大器,8.2.1 反馈的基本概念,

9、1. 什么是反馈? 所谓反馈就是在电路中把输出量（电压或电流）的一 部分或全部以某种方式送回输入端，使原来输入信号 增大或减少并因此影响放大电路某些性能的过程。,Friday, August 14, 2020,17,第8章 集成运算放大器,此闭环电路的放大系数：,各信号之间的关系：,8.2.1 反馈的基本概念,Friday, August 14, 2020,18,第8章 集成运算放大器,放大倍数减小，称为负反馈。,放大倍数增大，称为正反馈。,Af ，即电路在无输入时，也会有输出信号，称作放大电路的自激振荡，是不稳定的状态。,是衡量负反馈程度的一个重要指标，称为反馈深度。,8.2.1 反馈的基本

10、概念,Friday, August 14, 2020,19,第8章 集成运算放大器,2. 一个电路中有否反馈，一般有以下两种情况： (1) 输出回路与输入回路之间是否有存在回路。 如图：RF、R1为反馈通路；,8.2.1 反馈的基本概念,Friday, August 14, 2020,20,第8章 集成运算放大器,(2) 反馈元件同时在输入回路和输出回路中。 如图：Re上既有输入信号又有输出信号,本身就已担任把输出信号送回输入端的作用。,8.2.1 反馈的基本概念,Friday, August 14, 2020,21,第8章 集成运算放大器,1. 正反馈与负反馈 (1) 什么是正反馈和负反馈

11、在放大电路中，若引入反馈，削弱净输入信号使电路中的放大倍数下降，输出信号变小，称为负反馈。反之，若引入反馈后，使电路的放大倍数提高，输出信号变化增大，称为正反馈。,(2) 正反馈与负反馈的判别,方法：瞬时极性法,8.2.2 反馈电路的类型,Friday, August 14, 2020,22,第8章 集成运算放大器,8.2.2 反馈电路的类型,1、假设输入信号有个正向或负向的瞬时变化，记为瞬时正极性或负极性（分别用“+”和“”表示）; 2、沿放大电路通过反馈网络再回到输入回路。依次定出电路中各点电位的瞬时极性; 3、如果反馈信号与原假定的输入信号瞬时极性相同，则表明为正反馈，否则为负反馈。 注

12、：一般情况下，经过无源器件极性不变； 经过运放时，从同相端进入到输出端不改变极性，从反相端进入到输出端要改变极性； 经过晶体管时，从基极进入集电极输出要改变极性。,Friday, August 14, 2020,23,第8章 集成运算放大器,8.2.2 反馈电路的类型,负反馈,正反馈,口诀 输入端与反馈端同点: 异号为负、 同号为正 输入端与反馈端异点: 同号为负、 异号为正,Friday, August 14, 2020,24,第8章 集成运算放大器,8.2.2 反馈电路的类型,(1)如果反馈量和输入量是以电压形式相加减称为串联反馈如左图。Ui与 UF是以电压形式串联相加减，所以是串联反馈。

13、(2)如果反馈量和输入量是以电流形式相叠加，Ii和If以电流形式相加减,称为并联反馈右图。,2. 并联反馈与串联反馈,口诀 因为串联的本质是分压，并联的本质是分流,所以 输入端与反馈端:同点为并联反馈 输入端与反馈端: 异点为串联反馈,Friday, August 14, 2020,25,第8章 集成运算放大器,8.2.2 反馈电路的类型,3. 电压反馈和电流反馈,如果反馈是取自输出电压，则称为电压反馈。如左图中 UF与输出电压UO 成正比; 如果反馈是取自输出电流，则称为电流反馈。如右图中 UF =IERe=-IORe与输出电流IO成正比。,口诀 方法一：输出电路结构法 输出端与反馈端 :

14、同点为电压反馈，异点为电流反馈 方法二：输出短路法 令L0（短路）0 Xf=0,电压反馈; Xf0,电流反馈,Friday, August 14, 2020,26,第8章 集成运算放大器,8.2.2 反馈电路的类型,4. 负反馈的四种类型,1) 电压串联负反馈 电路的反馈元件为Re (1)负反馈 输入端与反馈端异点: 同号为负 (2)电压反馈 输出端与反馈端同点：电压反馈 (3)串联反馈 输入端与反馈端异点：串联反馈,Friday, August 14, 2020,27,(5)因为是电压比较方式，输入信号源内阻越小， 越稳定，负反馈的效果最好。串联负反馈比较适合用于低内阻的信号源（恒电压源供电

15、,理想恒压源Rs=0）这时净输入电压的变化量与反馈电压的变化量相同，故负反馈的效果最好。 (6)电压负反馈可以稳定输出电压uo,第8章 集成运算放大器,8.2.2 反馈电路的类型,Friday, August 14, 2020,28,第8章 集成运算放大器,8.2.2 反馈电路的类型,反馈元件 (1)负反馈： 输入端与反馈端同点：异号为负 (2)电流反馈 输出端与反馈端异点：电流反馈 (3)并联反馈 输入端与反馈端同点：并联反馈,2) 电流并联负反馈,Friday, August 14, 2020,29,第8章 集成运算放大器,8.2.2 反馈电路的类型,(4)对电流比较方式. Rs 越大，I

16、i 越恒定负反馈的效果最好.如果信号源为理想电流源(Rs),净输入变化量与 反馈电流If 变化量相同, 负反馈效果最好。 (5)电流负反馈能稳定输出电流。,电流并联负反馈,Friday, August 14, 2020,30,第8章 集成运算放大器,8.2.2 反馈电路的类型,3) 电压并联负反馈,反馈元件为Rf (1）负反馈 输入端与反馈端同点:异号为负 (2) 电压反馈 输出端与反馈端同点：电压反馈 (3) 并联反馈 输入端与反馈端同点：并联反馈,Friday, August 14, 2020,31,第8章 集成运算放大器,8.2.2 反馈电路的类型,4) 电流串联负反馈,反馈元件为Re1

17、 ,Re2 ,Ce (1)电流反馈 输出端与反馈端异点：电流反馈 (2)负反馈 输入端与反馈端异点：同号为负 (3)串联反馈 输入端与反馈端异点：串联反馈,Friday, August 14, 2020,32,第8章 集成运算放大器,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,1. 提高放大倍数的稳定性,根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降1+AF倍，只不过不同的反馈组态AF的量纲不同而已。在中频段：,在负反馈条件下增益的稳定性也得到了提高，这里增益应该与反馈组态相对应。,有反馈时，增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。,Friday, August 14, 2020,

18、33,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,2. 减小非线性失真,非线性失真是由半导体器件的非线性引起的，输入正弦电压ube，由于晶体管输入特性的非线形产生失真的基极电流ib，如图所示：,Friday, August 14, 2020,34,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,设想：如果输入电压ube预先失真，则可得 到近似为正弦波的基极电流ib，如图所示：,Friday, August 14, 2020,35,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,加入负反馈改善非线性失真，可通过下图来 加以说明。,失真的反馈信号

19、使净输入信号产生相反的失真，从而弥补了放大电路本身的非线性失真。,Friday, August 14, 2020,36,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,注意： 1、负反馈可以改善放大电路的非线性失真， 但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。 2、因加入负反馈，放大电路的输出幅度下降，不好对比，因此必须要加大输入信号，使加入负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时的输出幅度才有意义。,Friday, August 14, 2020,37,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,3. 扩展频带,放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带 却加宽

20、了，见下图：,Friday, August 14, 2020,38,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,无反馈时的通频带f= f HfL f H。放大电路高、低频段的增益分别为 ：,1、引入反馈后，在高频段：,Friday, August 14, 2020,39,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,2、引入反馈后，在低频段：,一般情况下，由于HL，HfLf，所以： bw= H-L H bwf= Hf-Lf Hf 即引入负反馈使频带扩展到基本放大电路的(1+AF)倍。,Friday, August 14, 2020,40,8.2.3 负反馈

21、对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,4. 改变输入输出电阻,1、对输入电阻的影响 负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有 关，即与串联反馈或并联反馈有关，而与电压反馈 或电流反馈无关。 串联负反馈使输入电阻增大串联负反馈的方块图如下图所示。 基本放大电路和整个电路的 输入电阻分别为：,Friday, August 14, 2020,41,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,Friday, August 14, 2020,42,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,并联负反馈使输入电阻减小 并联负反馈的方块图如图所示。,基本放大电

22、路和整个电路的输入电阻分别为：,Friday, August 14, 2020,43,2、对输出电阻的影响 电压负反馈使输出电阻减小 这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的。 输出电阻小，带负载能力强，输出电压的降落就小， 稳定性就好。,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,电流负反馈使输出电阻增大 这与电流负反馈可以使输出电流稳定是相一致的。 输出电阻大，负反馈放大电路接近电流源的特性，输 出电流的稳定性就好。,Friday, August 14, 2020,44,8.2.3 负反馈对放大电路性能的影响,第8章 集成运算放大器,5. 抑制放大器内部的干扰、噪声和

23、温漂,原理同负反馈对放大电路非线性失真的改善。 负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且 必须加大输入信号后才使抑制作用有效。,Friday, August 14, 2020,45,第8章 集成运算放大器,8.3 集成运放在信号运算电路中的应用,8.3.1 集成运放线性应用的分析方法,1、两个输入端的输入电流为零，即虚断。,分析依据：,2、两个输入端的电位相等，即虚短。,但是，这两个条件的使用必须是运放工作在线性区。,由于理想运放开环差模放大倍数Aud，则当输入差模信号极小时（如毫伏级以下的信号），也足以使运放饱和。,Friday, August 14, 2020,46,第8章 集成运算放

24、大器,8.3.1 集成运放线性应用的分析方法,由于负反馈能减小放大电路的放大倍数，而且反馈愈深这种作用愈明显；加上负反馈在其它方面还可以改善放大电路的性能，所以,解决的方法是：在电路中引入深度负反馈。,使得输入信号在很大的范围内变化而输出不会进入非线性范围。,接下来的问题是负反馈从输出端引到同相端还是反相端。,反相输入端。,Friday, August 14, 2020,47,第8章 集成运算放大器,8.3.2 比例运算,1. 反相比例,电路结构,闭环放大倍数,虚短,Q, u+= u-,又虚断, u-=u+=0,电流 i1,等于,电流iF,Friday, August 14, 2020,48,

25、当实际运放接近于理想运放的条件时，其精度主要取决于电阻，这是因为电路中采用了极深度的负反馈而获得的重要优点。 对于反相比例运算还有“虚地”的概念。反相端为虚地的现象是反相输入运算放大器的重要特点，应当指出“虚地”并非真正的地。,第8章 集成运算放大器,8.3.2 比例运算,当R1=R2时，Auf=-1，即为反相器。,Friday, August 14, 2020,49,第8章 集成运算放大器,8.3.2 比例运算,闭环输入电阻和输出电阻,特点：,a.共模输入电压为0,b.Ro=0带负载能力强,c.Ri小对输入电流有一定的要求,电压并联负反馈,Friday, August 14, 2020,50

26、,第8章 集成运算放大器,8.3.2 比例运算,R2为平衡电阻，其目的是消除静态时的不对称对输出电压的影响，它不影响放大倍数。对双极型三极管组成的电路有要求。,R2=R1/RF,特别说明：,Friday, August 14, 2020,51,第8章 集成运算放大器,8.3.2 比例运算,i1= i3=i4+i5,Ui / R1= -Ua / R3,-Ua/R3=Ua/R4+(Ua-U0)/R5,Friday, August 14, 2020,52,2. 同相比例,第8章 集成运算放大器,8.3.2 比例运算,电路结构,闭环放大倍数,因为虚短u+=u-=ui,因为虚断 iF=i1,(uo-ui

27、)/RF=ui/R1,当RF=0或R1时，,电压跟随器。,Friday, August 14, 2020,53,第8章 集成运算放大器,8.3.2 比例运算,闭环输入电阻和输出电阻,特点：,A 共模u+=u-=uI 对 KCMRR要求高 B Ro=0带负载能力强 C RI高,电压串联负反馈,Friday, August 14, 2020,54,第8章 集成运算放大器,8.3.2 比例运算,接有分压电阻R3时，Auf的求法为：,电压串联负反馈,R1/RF=R2/R3,平衡电阻：,Friday, August 14, 2020,55,第8章 集成运算放大器,8.3.3 积分运算,特别的当ui为常数

28、时：,Friday, August 14, 2020,56,第8章 集成运算放大器,8.3.3 积分运算,与以前学过的RC积分电路相比，运放所构成的有源积分电路其积分曲线的线性度较好。因为：,-U0（sat),当UI大于0时,+U0（sat),当UI小于0时,Friday, August 14, 2020,57,积分电路除用于信号运算外，还用于控制测量系统 中、方波三角波变换。,第8章 集成运算放大器,8.3.3 积分运算,右图是在控制和测量系统中常用的比例-积分调节器：,应用举例,PI调节器在调节过程中主要起消除误差的作用。,Friday, August 14, 2020,58,第8章 集成

29、运算放大器,8.3.3 积分运算,在电路的输入端输入方波，输出是什么波形？,Friday, August 14, 2020,59,第8章 集成运算放大器,8.3.4 微分运算,工业中，信号的频率较低，纯微分电路对噪声和干扰敏感而不稳定，工程中会在输入回路中串加电阻，使得放大比例受限制而不会太大。,Friday, August 14, 2020,60,第8章 集成运算放大器,8.3.4 微分运算,应用举例,PD调节器,比例微分运算电路,因为u-= u+ = 0，,所以：,uO是对ui的比例微分,控制系统中， PD调节器在调节过程中起加速作用，,即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。,Friday

30、, August 14, 2020,61,第8章 集成运算放大器,8.3.4 加法运算,1. 反相加法运算,因为 i1+i2+i3=iF,所以 ui1/R11+ui2/R12+ui3/R13 =(0-u0)/RF,特点：放大倍数互不影响。,平衡电阻,Friday, August 14, 2020,62,第8章 集成运算放大器,8.3.4 加法运算,2. 同相加法运算,加法运算电路与运放本身的参数无关,只要电阻阻值足够精确,就可保证加法运算的精度和稳定性.,Friday, August 14, 2020,63,第8章 集成运算放大器,8.3.5 减法运算,从这里可以看出，本电路的同相放大倍数最多

31、只能比反相大1.,ui1为电流并联负反馈； ui2为电压串联负反馈.,Friday, August 14, 2020,64,第8章 集成运算放大器,8.3.5 减法运算,例：图示是集成电路的串级应用，试求输出电压。,Friday, August 14, 2020,65,解：,A1是电压跟随器，,A2是减法运算电路，,想一想：为什么要加A1？,第8章 集成运算放大器,8.3.5 减法运算,Friday, August 14, 2020,66,第8章 集成运算放大器,8.4 集成运放在信号处理电路中的应用,运算放大器除了能对输入信号进行运算外， 还能对输入信号进行处理。信号处理电路的种类 很多，这

32、里只讨论几种常用电路的工作原理。,8.4.1 简单比较器,前面讨论过，引入负反馈构成闭环电路，可使得运放稳定地工作在线性区，若电路中不存在负反馈或仅有正反馈时，运放将工作在非线性区，输出高低两个电平，这就是运放的非线性应用电路。,Friday, August 14, 2020,67,比较器电路：运放的输出电压决定于两输入端的信号电压比较的结果。,数模转换、,数字仪表、,自动控制和自动检测技术领域。,波形产生及变换等、,用途：,第8章 集成运算放大器,1. 集成运放的非线性应用的分析方法,1）由于集成运放输入端的零电流条件是基于极高的输入电阻的，所以该条件依然成立。而等电位条件是基于深度负反馈的

33、，所以已经不成立。一般情况下，这种电路的输入端电压总是不相等的。,8.4.1 简单比较器,Friday, August 14, 2020,68,2）根据运放的输出特性：,运算放大器在饱和区时 当 时，,当,时，,高电平,低电平,第8章 集成运算放大器,3）运放之外的电路，仍旧可以列写电路方程求出相关量。,4）分析时，常会画出电路的传输特性和输入输出信号对应的波形图等来进行分析。,8.4.1 简单比较器,Friday, August 14, 2020,69,第8章 集成运算放大器,2. 过零比较器(参考电压为零),1） 反相过零比较器,工作原理：,uiUR=0 时， uo= Uo (sat),u

34、iUR=0 时， uo= +Uo (sat),8.4.1 简单比较器,Friday, August 14, 2020,70,第8章 集成运算放大器,+Uo(sat),Uo(sat),应用举例：,利用电压比较器 将正弦波变为方波,2) 同相过零比较器,8.4.1 简单比较器,Friday, August 14, 2020,71,第8章 集成运算放大器,3. 电压比较器,过零比较器中，若参考电平ur0，而是接参考电压UREF，则构成一般的电压比较器。,1) 单门限电压比较器,电压传输特性,Uo(sat),+Uo(sat),UR,uiUR,uiUR,uiUR 时， uo= Uo (sat),uiUR

35、 时， uo= +Uo (sat),工作原理：,门限电压参考电压阈值电压,8.4.1 简单比较器,Friday, August 14, 2020,72,第8章 集成运算放大器,工作原理：,uiUR 时， uo= Uo (sat),uiUR 时， uo= +Uo (sat),8.4.1 简单比较器,Friday, August 14, 2020,73,第8章 集成运算放大器,8.4.1 简单比较器,Friday, August 14, 2020,74,第8章 集成运算放大器,8.4.2 迟滞比较器,1.简单比较器应用中存在的问题 一是输出电压转换时间受比较器翻转速度（压摆率SR）的限制，导致高频

36、脉冲的边缘不够陡峭(如图 (a)所示)； 二是抗干扰能力差，如图 (b)所示，若ui在参考电压ur(=0)附近有噪声或干扰，则输出波形将产生错误的跳变，直至ui远离ur值才稳定下来。如果对受干扰的uo波形去计数，计数值必然会多出许多，从而造成极大的误差。,Friday, August 14, 2020,75,第8章 集成运算放大器,图 简单比较器输出波形边缘不陡峭及受干扰的情况 (a)输出波形边缘不陡峭 (b)受干扰情况,8.4.2 迟滞比较器,Friday, August 14, 2020,76,第8章 集成运算放大器,8.4.2 迟滞比较器,2.迟滞比较器电路 为了解决以上两个问题，可将比

37、较器设置两个阈值，只要干扰信号不超过这两个阈值，比较器就不会跳变，从而提高比较器的抗干扰能力。利用这种思想设计出来的电压比较器称为迟滞比较器，或称施密特触发器。电路是在简单比较器基础上增加了正反馈电路实现的。正反馈也加快了翻转速度。,Friday, August 14, 2020,77,第8章 集成运算放大器,8.4.2 迟滞比较器,1) 反向输入的迟滞比较器 R2将uo反馈到运放的同相端与R1 一起构成正反馈，其正反馈系数F为,上门限电压,下门限电压,Friday, August 14, 2020,78,第8章 集成运算放大器,8.4.2 迟滞比较器,该电路传输特性分析： 因为信号加在运放反

38、相端，所以ui为负时，uo必为正，且等于高电平UOH=UCC。此时，同相端电压(U+)为参考电平Ur1:,当ui由负逐渐向正变化，且ui =Uf=Ur1时，输出将由高电平转换为低电平。我们称uo从高到低所对应的ui转换电平为上门限电压，记为UTH。即,Friday, August 14, 2020,79,第8章 集成运算放大器,8.4.2 迟滞比较器,而后，ui再增大，uo将维持在低电平。注意此时比较器的参考电压Ur也将发生变化，即,可见，当ui由正变负的比较电平将是Ur2(负值)，故只有当ui变得比Ur2更负时，uo才又从低变高。所以，称Ur2为下门限电压，记为UTL，即,特点：输出端从高电

39、平跳变到低电平对应的阈值电压与从低电平跳变到高电平对应的阈值电压不同！,Friday, August 14, 2020,80,第8章 集成运算放大器,8.4.2 迟滞比较器,综上所述，迟滞比较器的传输特性曲线如图所示。由于它像磁性材料的磁滞回线，因此称之为迟滞比较器或滞回比较器。迟滞比较器的上、下门限之差称之为回差，用U表示：,正是由于回差的存在，才提高了比较器的抗干扰能力。,Friday, August 14, 2020,81,第8章 集成运算放大器,8.4.2 迟滞比较器,应该指出，回差U的存在使比较器的鉴别灵敏度降低 了。输入电压ui的峰峰值必须大于回差，否则，输出电平不 可能转换。,如

40、图所示，由于使电路输出状态跳变的输入电压不发生在同一电平上，当ui上叠加有干扰信号时，只要该干扰信号的幅度不大于回差U，则该干扰的存在就不会导致比较器输出状态的错误跳变。,Friday, August 14, 2020,82,2) 同相输入迟滞比较器 电路如图所示，信号与反馈都加到运放同相端，而反相端接地(U-=0)。只有当同相端电压U+=U-=0时，输出状态才发生跳变。而同相端电压等于正反馈电压与ui在此端分压的叠加。据此，可得该电路的上门限电压和下门限电压分别为：,第8章 集成运算放大器,8.4.2 迟滞比较器,Friday, August 14, 2020,83,第8章 集成运算放大器,

41、8.4.2 迟滞比较器,其传输特性如图所示。 迟滞比较器又名施密特触发器或双稳态电路， 它有两个状态，且具有记忆功能。,Friday, August 14, 2020,84,第8章 集成运算放大器,8.4.3 有源滤波器,滤波器是一种选频电路, 它能选出有用的信号,而抑制无用的信号(干扰和噪声),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。,低通滤波器LPF,带阻滤波器BEF,高通滤波器HPF,带通滤波器BPF,Friday, August 14, 2020,85,1. 基本概念,传递函数：,幅频特性,相频特性,第8章 集成运算放大器,8.4.3 有

42、源滤波器,Friday, August 14, 2020,86,2. 一阶有源滤波电路,设输入为正弦波，可以用相量表示,截止频率,第8章 集成运算放大器,8.4.3 有源滤波器,Friday, August 14, 2020,87,幅角为,第8章 集成运算放大器,8.4.3 有源滤波器,模为,Friday, August 14, 2020,88,第8章 集成运算放大器,8.4.3 有源滤波器,幅频特性,Friday, August 14, 2020,89,第8章 集成运算放大器,8.4.3 有源滤波器,Friday, August 14, 2020,90,第8章 集成运算放大器,8.5 集成运

43、放在波形产生电路中的应用,波形发生器的作用： 产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、三角波、锯齿波等）。 特点：不用外接输入信号，即有输出信号。,Friday, August 14, 2020,91,信号产生电路,(振荡器Oscillators),分类：,正弦波振荡,非正弦波振荡：,RC 振荡器(1 kHz 数百 kHz),LC 振荡器(几百 kHz 以上),石英晶体振荡器(频率稳定度高),主要性能要求：,输出信号的幅度准确稳定,输出信号的频率准确稳定,第8章 集成运算放大器,8.5 集成运放在波形产生电路中的应用,Friday, August 14, 2020,92,第8章 集成运算放大

44、器,8.5.1 正弦信号发生器,1. 正弦振荡产生的条件,只有正反馈电路才能产生自激振荡。,Friday, August 14, 2020,93,第8章 集成运算放大器,8.5.1 正弦信号发生器,反馈信号代替了放大电路的输入信号。,Friday, August 14, 2020,94,第8章 集成运算放大器,8.5.1 正弦信号发生器,Xd=Xf,所以，自激振荡条件也可以写成：,自激振荡的条件：,幅度平衡条件,相位平衡条件,（1）振幅条件：,Friday, August 14, 2020,95,第8章 集成运算放大器,8.5.1 正弦信号发生器,起振条件：,（略大于）,稳幅过程,起振时，,稳

45、振时，,结果：增幅振荡,1/Fu,Au = 1/Fu,O,ui,uo,Au,uo,Au Fu 1,Ui1,Uo1,Uf1,Ui2,Uo2,Uf2,Ui3,Uo3,Uf2,Ui4,Uo4,uf,起振,稳幅,Friday, August 14, 2020,96,2. 振荡电路的组成,第8章 集成运算放大器,8.5.1 正弦信号发生器,1、 放大电路 Au,2、正反馈网络 Fu,3、 选频率网络 实现单一频率的振荡,4、稳幅环节 使振荡稳定、波形好,满足振荡条件,Friday, August 14, 2020,97,3. RC正弦波振荡电路,令: 0 = 1/RC,f0 = 1/2RC,1） RC 串并联网络的频率特性,第8章 集成运算放大器,8.5.1 正弦信号发生器,Friday, August 14, 2020,98,当 f = f0 时：,f = 0,当 f f0时：,f + 90,当 f f0时：,f 90,第8章 集成运算放大器,8.5.1 正弦信号发生器,Friday, August 14, 2020,99,2) RC 串并联式振荡电路,A = 2n,F = 0,2.振荡频率,3.振荡条件,Rf 不能太大，否则 正弦波将变成方波,应使：,同相 放大器, ,1.电路组成,第8章 集成运算放大器,8.5.1 正弦信号发