第7章集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用(機(jī)械工業(yè)黃麗亞)

第7章集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用7.1.2求和運(yùn)算電路7.1基本運(yùn)算電路7.1.1比例運(yùn)算電路一、反相比例放大器二、同相比例放大器一、反相輸入求和電路二、同相輸入求和電路三、雙端輸入求和電路2023/2/31模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)7.1.3積分和微分運(yùn)算電路一、積分運(yùn)算電路二、微分運(yùn)算電路7.1.4對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路一、對(duì)數(shù)運(yùn)算電路二、反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路2023/2/32模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)7.2.3遲滯比較器一、反相輸入遲滯比較器7.2.1電壓比較器概述7.2.2單門限比較器一、過零電壓比較器二、固定電壓比較器二、同相輸入遲滯比較器7.2.4窗口比較器7.2電壓比較器7.3馳張振蕩器2023/2/33模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)第7章集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成運(yùn)放(IntegratedOperationalAmplifier)在信號(hào)的運(yùn)算、處理和產(chǎn)生等方面得到廣泛的應(yīng)用。如放大器、加法器、減法器、積分器、微分器等2023/2/34模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)集成運(yùn)放(IntegratedOperationalAmplifier)在信號(hào)的運(yùn)算、處理和產(chǎn)生等方面得到廣泛的應(yīng)用。如限幅器、高頻檢波器、有源濾波器、電流／電壓轉(zhuǎn)換器、頻率／電壓轉(zhuǎn)換器、數(shù)／模轉(zhuǎn)換器、比較器、電壓跟隨器等第7章集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用2023/2/35模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)集成運(yùn)放(IntegratedOperationalAmplifier)在信號(hào)的運(yùn)算、處理和產(chǎn)生等方面得到廣泛的應(yīng)用。如正弦波振蕩器、多諧振蕩器等第7章集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用2023/2/36模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)集成運(yùn)放由哪些單元電路構(gòu)成？傳輸特性如何？集成運(yùn)放知識(shí)回顧輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路uPuOuN2023/2/37模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)uiduoUOHUOL線性區(qū)Aud越大，運(yùn)放的線性范圍越小。集成運(yùn)放知識(shí)回顧若UOH=-UOL=12V，Aud=105，uid在什么范圍內(nèi)，運(yùn)放工作在線性區(qū)間?答:|ui|<0.12mV時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。思考：2023/2/38模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)通常為了保證運(yùn)放工作在線性區(qū)間，引入深度負(fù)反饋。為保證運(yùn)放工作在非線性區(qū)，運(yùn)放開環(huán)工作或引入正反饋！uiduoUOHUOL線性區(qū)集成運(yùn)放的工作區(qū)域運(yùn)放工作在不同的區(qū)間，有不同的特點(diǎn)，因此分析集成運(yùn)放首先應(yīng)判斷其工作區(qū)間。2023/2/39模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)一、反相比例放大器1.電路結(jié)構(gòu)7.1.1比例運(yùn)算電路7.1基本運(yùn)算電路圖7.1反相比例放大器2023/2/310模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)2.分析方法(1)運(yùn)用深度負(fù)反饋分析(2)運(yùn)用虛短、虛斷特性分析3.傳輸特性2023/2/311模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)4.輸入電阻和輸出電阻2023/2/312模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)二、同相比例放大器圖7.2同相比例放大器2023/2/313模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)圖7.3電壓跟隨器2023/2/314模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)圖7.4反相相加器一、反相輸入求和電路2.分析方法(1)運(yùn)用深度負(fù)反饋分析(2)運(yùn)用虛短、虛斷特性分析(3)以反相比例放大器為基礎(chǔ)分析1.電路結(jié)構(gòu)3.優(yōu)點(diǎn)各信號(hào)源支路相互獨(dú)立;無共模信號(hào)輸入7.1.2求和運(yùn)算電路2023/2/315模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)

二、同相輸入求和電路圖7.5同相求和運(yùn)算電路當(dāng)R1=R2=R時(shí)各信號(hào)源支路互不獨(dú)立;有共模信號(hào)輸入1.電路結(jié)構(gòu)及分析方法2.電路缺點(diǎn)2023/2/316模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)

例1試設(shè)計(jì)一個(gè)相加器，完成uo=-(2ui1+3ui2)的運(yùn)算，并要求對(duì)ui1、ui2的輸入電阻均≥100kΩ。如何滿足輸入電阻阻值要求？2023/2/317模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)所以選Rf=300kΩ，R2=100kΩ，R1=150kΩ。為消除輸入偏流IIB產(chǎn)生的誤差，在同相輸入端和地之間接入一直流平衡電阻R3，并令R3=R1‖R2‖Rf=50kΩ。解為滿足輸入電阻均≥100kΩ，選R2=100kΩ，針對(duì)2023/2/318模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)三、雙端輸入求和電路(分解)圖7.7雙端輸入求和運(yùn)算電路2023/2/319模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)2023/2/320模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)2023/2/321模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)例2A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為0~+5V，現(xiàn)有信號(hào)變化范圍為-5V~+5V。試設(shè)計(jì)一電平抬高電路，將其變化范圍變?yōu)?~+5V。uO=0.5uI+2.5V電平抬高電路A/D計(jì)算機(jī)uIuO+5V-5VuIt+5V+2.5VuOt2023/2/322模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)uO=0.5uI+2.5V=0.5(uI+5)V_+10k20k+5V5kuI20kuO1uO_+20k20k10k2023/2/323模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)設(shè)電容電壓的初始值uC(0)=0,則輸出電壓uo(t)為，所以圖7-10積分運(yùn)算電路7.1.3積分和微分運(yùn)算電路在時(shí)域推導(dǎo)過程而一、積分運(yùn)算電路2023/2/324模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)在頻域推導(dǎo)過程(設(shè)電容電壓的初始值uC(0)=0)圖7-10積分運(yùn)算電路2023/2/325模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)二、微分運(yùn)算電路圖7.12微分運(yùn)算電路在時(shí)域推導(dǎo)過程在頻域推導(dǎo)過程2023/2/326模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)7.1.4對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路一、對(duì)數(shù)運(yùn)算電路圖7.13由二極管構(gòu)成的基本對(duì)數(shù)運(yùn)算電路2023/2/327模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)

二、反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路圖7.16反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路2023/2/328模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)1.理想運(yùn)放工作在線性(linear)狀態(tài)時(shí)的特性本節(jié)內(nèi)容小節(jié)2.比例運(yùn)算電路、求和運(yùn)算電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和分析方法(1)反相比例放大器、同相比例放大器(2)反相輸入求和電路(3)同相輸入求和電路(4)雙端輸入求和電路2023/2/329模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)1.理想運(yùn)放工作在線性(linear)狀態(tài)時(shí)的特性;上節(jié)內(nèi)容回顧2.理想運(yùn)放工作在非線性(nonlinear)狀態(tài)時(shí)的特性;(1)“虛短”特性(virtualshortcircuit)(2)“虛斷”特性(virtualopencircuit)(1)“離散”特性(2)“虛斷”特性u(píng)iduoUOHUOL2023/2/330模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)7.2電壓比較器7.2.1電壓比較器概述電壓比較器可由通用運(yùn)放構(gòu)成，也可用專用芯片（即電壓比較器芯片）實(shí)現(xiàn)。2023/2/331模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)圖7.17電壓比較器的符號(hào)及傳輸特性當(dāng)時(shí)，輸出UOH

時(shí)，輸出UOL；當(dāng)鑒別不靈敏區(qū)即輸出、輸入不呈線性關(guān)系1.基本特性(1)輸出呈開關(guān)特性(2)工作在非線性狀態(tài)2023/2/332模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)(1)閾值電壓(UT)2.參數(shù)(2)高電平(UoH)和低電平(UoL)通用運(yùn)放外限幅(3)鑒別靈敏度

Aud越大,不靈敏區(qū)越小,鑒別靈敏度越高。(4)轉(zhuǎn)換時(shí)間2023/2/333模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)7.2.2單門限比較器一、過零電壓比較器(Zero-CrossingComparator)圖7.19反相輸入過零電壓比較器2023/2/334模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)圖7-21反相輸入固定電壓比較器二、固定電壓比較器2023/2/335模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)2023/2/336模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)例3畫出下面電路的傳輸特性。R2urR1uiuoRp分析方法：運(yùn)放比較的是u-和u+。2023/2/337模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)當(dāng)時(shí)，輸出UOH

時(shí)，輸出UOL

當(dāng)也就是說，當(dāng)即時(shí)，輸出發(fā)生轉(zhuǎn)折。故輸入ui比較的閥值電壓為：uouiUOHUOLUT2023/2/338模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)圖7.23單門限電壓比較器抗干擾能力波形圖7.2.3遲滯比較器(HysteresisComparator)2023/2/339模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)

一、反相輸入遲滯比較器圖7.24反相輸入遲滯比較器電路圖與傳輸特性鑒別不靈敏區(qū)UTLUTHΔU上限閥值下限閥值2023/2/340模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)比較器輸出、輸入量關(guān)系分析的關(guān)鍵比較器的輸出從一種電平跳到另一種電平的臨界條件（u+=u-）所對(duì)應(yīng)的輸入電壓（即閾值電壓）。2023/2/341模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)UTLUTHΔUUTHUTLUr遲滯比較器應(yīng)用舉例1/22023/2/342模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)遲滯比較器應(yīng)用舉例2/2UTLUTHΔUUTHUTL2023/2/343模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)

二、同相輸入遲滯比較器圖7.25同相輸入遲滯比較器及其傳輸特性2023/2/344模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)7.2.4窗口比較器(WindowComparator)圖7.26窗口比較器2023/2/345模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)Uo1

Uo2uoLLLHHLHHLHHH2023/2/346模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)7.3馳張振蕩器圖7.27方波發(fā)生器一、電路結(jié)構(gòu)2023/2/347模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)二、工作原理1.2.2023/2/348模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)2023/2/349模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)圖7.29占空比可調(diào)的馳張振蕩器2023/2/350模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)1.電壓比較器的基本特性及其參數(shù);本節(jié)內(nèi)容小節(jié)(1)輸出呈開關(guān)特性;(2)工作在非線性狀態(tài);2.單門限比較器;3.遲滯比較器;4.窗口比較器的工作原理;(3)高電平(UoH)和低電平(UoL)的確定;(2)上、下限閥值電壓的求法及畫電路傳輸特性;(1)反相輸入、同相輸入遲滯比較器電路結(jié)構(gòu);5.馳張振蕩器的工作原理;2023/2/351模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)作業(yè)7.87.207.17.42023/2/352模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)UCCRCUC2RCUC1－UEEV1V2IuiR1uoRfRp=R1

//Rf反相端同相端接直流平衡電阻Rp使輸入級(jí)的電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱當(dāng)輸入全部為0時(shí)，確保輸出也為02023/2/353模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)(1)運(yùn)用深度負(fù)反饋分析方法u-=?又因?yàn)閕f=ii，則(2)運(yùn)用虛短、虛斷特性分析又因?yàn)閕f=ii，則2023/2/354模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)又因?yàn)閕f=i1+i2，則(1)運(yùn)用深度負(fù)反饋分析方法當(dāng)R1=R2=R時(shí)u-=?2023/2/355模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)又因?yàn)閕f=i1+i2，則(2)運(yùn)用虛短、虛斷特性分析2023/2/356模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)又因?yàn)閡o=uo1+uo2，則(3)以反相比例放大器為基礎(chǔ)進(jìn)行分析2023/2/357模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)模擬電子技術(shù)(analogelectronictechnology)例（1）分析圖中各電路的功能；（2）分別