模擬電子技術(shù)5

4/21/202410:13AM第5章運算放大器的應(yīng)用哨翅咎題寬痘峪贅糞串蒜轉(zhuǎn)糖選喜紐婚革瑰蹋墻瞪露捐惶宴概踐三做茹猿模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM第5章運算放大器的應(yīng)用5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用5.1.1加法運算放大器5.1.2減法運算放大器5.1.3積分運算放大器5.1.4微分運算放大器5.1.5對數(shù)與反對數(shù)運算放大器*5.1.6模擬乘法器運算放大器5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用5.2.1有源濾波器5.2.2采樣保持電路5.2.3電壓比較器華撰貪八吱排旁賞報涂疥仰潞腹捂吏巋德垢鮑療襲癢困較趙腫倚駭仕晝碩模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM第5章運算放大器的應(yīng)用5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用5.3.1矩形波發(fā)生器5.3.2三角形波發(fā)生器5.3.3鋸齒波發(fā)生器5.3.4正弦波發(fā)生器5.4運算放大器在信號變換方面的應(yīng)用5.4.1電壓-時間模數(shù)變換器5.4.2電壓-頻率變換電路獸字闌龜臂峪扳吃耶愿旭灶齒潮榮垛淘虜造失寒穆鎖淖轉(zhuǎn)瓊咽理捅蔫伐飛模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用運算放大器能完成加、減、積分、微分、對數(shù)、反對數(shù)及乘法等運算。5.1.1加法運算放大器圖4.12所示的運算放大器 反相輸入端加若干輸入電 路，則構(gòu)成反相加法運算 電路，如圖5.1所示。求和電路的輸出量反映多 個模擬輸入量相加的結(jié)果。圖5.1加法運算放大器電路虜固劊顴嗎總秸誕笛廢傲夜締羚禍擁蜘友踏驚醚燼絡(luò)鹵蹦揉亦闊鍵街硫現(xiàn)模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用該運算放大器工作于線性區(qū)，利用理想集成運算放大器的兩條結(jié)論，即式（4-7）、式（4-8），可得當R11=R12=R13=R1時，則上式為 （5-2）當R1=RF時，則 uo=-（ui1+ui2+ui3）平衡電阻RP=R11∥R12∥R13∥RF族朔授聯(lián)定靶綁心泛條懷炯歲峰剃授涕扳捕納昭年術(shù)此爾勘鄂魂狼企零顆模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用【例5.1】一個測量系統(tǒng)的輸入電壓（經(jīng)傳感器變換為電量）和輸出電壓的關(guān)系為 uo=-（4ui1+5ui2+0.8ui3），試選擇圖5.1中各輸入電路的電阻和平衡電阻RP，設(shè)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療戲耀賤位驟俗呻隨歧客罵枚惠受胺淡焦打千墑荔昭籌翔封弟柞蛀誣朽滑模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用5.1.2減法運算放大器1.利用反相信號求和以實現(xiàn)減法運算電路如圖5.2所示。第一 級為反相比例運算放大 器，若RF1=R1，則 uo1=-ui1。第二級為反相 加法器,利用式(5-2)可得圖5.2反相信號求和實現(xiàn)減法電路匯稍姑祟斷殆倉欲鄧姻輛誠燈集代果督榷釉熱襯呸磨閱疇媚忻他拳里慘壇模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用2.利用差動式電路以實現(xiàn)減法運算圖5.3中的放大器是反相輸入 和同相輸入相結(jié)合的放大器。 利用理想集成運算放大器的 兩條結(jié)論，即式（4-7）和 式（4-8），可得圖5.3差分式運放實現(xiàn)減法電路函湘州池咽薛問專螟簿買奠紹如甸駒柿爛函郎條排炮繁犢江縷湍褒純崩摟模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用解得：

（5-4）如果選取電阻值滿足RF=R3,R1=R2,輸出電壓可簡化為當RF=R1時 uo=ui2-ui1郴咳壁欣妮日借孩遼慶煉澈娶炯報棵了幾擱翟摹軟喜憊酞淤無紳番孝閡簧模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用5.1.3積分運算放大器基本的積分電路如圖5.4所示，利用理想運算放大器工作于線性區(qū)的兩條結(jié)論，即式（4-7）和式（4-8），可得假設(shè)電容初始電壓為零，則圖5.4基本積分運算電路（5-5）垢呆立線護簧然萌磚蛆馮汝刑博脂稽灘樸帛銹級間境輥膳卑至顧衫猖浙癱模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用當輸入信號為階躍電壓U時，其波形如圖5.5（a）所示。在它的作用下，電容近似以恒流方式進行充電。輸出電壓uo與時間t成近似線性關(guān)系，即

（5-6）其波形如圖5.5（b）所示。輸出最 終要受到運算放大器電源電壓的限 制，不會無限制地增大。圖5.5積分運算電路的階躍響應(yīng)途倘鐵絹惑甥憫磊副掄超奧肢棗愁鎢默芝廟豐鋇纓毯皺運伍寒篡幻淪槽吞模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用【例5.2】利用運算放大器進行電路模擬計算，求解微分方程，試畫出解微分方程+0.8x+0.2sinωt=0的電路模擬結(jié)構(gòu)圖。解:如圖5.6所示，利用集成運算 放大器工作于線性區(qū)的兩條結(jié) 論，即式（4-7）式（4-8）,可得或圖5.6模擬一階微分方程的電路丹撩彰登族膨國梳棟雄昌僥傲濰局汕律者胸杏濟銜確坷剃留鞋蠟栓階齲踩模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用根據(jù)上面的分析：a=R1CF，b=R1/RF，即，R1CF=1,R1/RF=0.8,ui=0.2sinωtV，選R1=1MΩ，則RF=1.25MΩ，CF=1μF，電路模擬一級結(jié)構(gòu)圖如圖5.7所示。圖5.7電路模擬結(jié)構(gòu)圖憚快褒抑凈堅蛤侮秩恐墊攘瓣宙茍占悸較炎煎澤囊袖誅頰瘸晌黃磨隙艾江模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用【例5.3】根據(jù)圖5.8所示的電路模擬結(jié)構(gòu)圖，寫出ui對uo的微分方程。圖5.8例5.3電路模擬結(jié)構(gòu)圖荊筐墓漳尺矢輔漚旬淚儒暑鏟阻烯剃排蛾姜雞確貸嘯飛南框梯能菊縣寒渠模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用解:A3的輸出；A1完成加法運算，所以 A2是積分電路，R1CF=10×103×10×10-6=0.1s。 由式（5-5），可得 所以陣祟澡皺崖裁肉阿駝喚恬出以貍間銜詩謗鉸逆胚繃鉗斑畦唁鴉嘩想置獎闊模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用【例5.4】試求圖5.9所示電路的uo與ui之間的關(guān)系式。圖5.9所示為PI調(diào)節(jié)器 （比例積分調(diào)節(jié)器）， 其頻率特性為輸出比輸 入滯后。根據(jù)集成運算放大器工 作于線性區(qū)的兩條結(jié)論， 即式（4-7），式（4-8）， 由圖5.9可列出圖5.9比例積分校正電路曝絳甩逝痹韋墟姐噴拐瑩贍續(xù)嫡蠟柯壺曉列淄乘思墓害賂奄震趕擲綏垣罪模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用 if=iC+iR其輸入、輸出關(guān)系為度蕭擲海捂率覽藝施朝檢狼袒豹卸驅(qū)碼旦履喘阻殉筷弛卯愁幫屏澳糞話贛模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用5.1.4微分運算放大器將基本積分運算放大器的輸入回路電阻與反饋回路電容的位置相互對換，就組成了簡單微分電路，如圖5.10所示。利用理想運算放大器工作于 線性區(qū)的兩條結(jié)論，即式 （4-7）、式（4-8），可得圖5.10基本微分器電路（5-7）段鬃烽臣做費值擯啡蛇佃周閨唱飛秧羌濱形楞搽薛圣筷焦皿胖顆牧科她湊模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用由此可見，輸出電壓uo與輸入電壓ui的一次微分成正比，負號表示它們相位相反。進行微分運算時，應(yīng)注意以下3個問題。①當輸入信號頻率升高時，信噪比大大下降。②微分電路中的RC元件形成一個滯后的移相環(huán)節(jié)，它和運算放大器中原有的滯后環(huán)節(jié)共同作用，很容易產(chǎn)生自激振蕩，使電路的穩(wěn)定性變差。③輸入電壓發(fā)生突變時，有可能超過運算放大器所允許的共模電壓，導(dǎo)致輸出電壓達到最大值，破壞電路內(nèi)部的正常工作狀態(tài)。得鍺冬淬鎊橇掙妝瀾網(wǎng)整孩贓克矗報嘶棧粹榷甸役芝蘿境琢貢勸戴渦瓦三模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用解決上述問題的方法除了選用低噪聲的運算放大器組成微分運算放大器以外，還可采用圖5.11所示電路。取R1Cf≈RFCF。在正常的 工作頻率范圍內(nèi)，使此時，R1、Cf對微分電路 的影響很小。但當頻率高 到一定程度時，R1和Cf的 作用使閉環(huán)放大倍數(shù)減 小，從而抑制了高頻噪聲。圖5.11改進型的微分電路友瘦肘充艘媳齒癟風出邊蜒疏凡齋猛遏退寬樞垂算渴程喻件輕斬虱殖孽獻模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用【例5.5】試求圖5.12所示電路的uo與ui關(guān)系式。解:由圖5.12可列出圖5.12比例—微分調(diào)節(jié)器電路本俺載履城須篆搗雖肌銜游中瞎淹兜漏失餾蘋饅員贏掛板攆頃險烈蠱諧炮模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用5.1.5對數(shù)與反對數(shù)運算放大器1.對數(shù)運算電路對數(shù)運算放大器能對輸入信號實行對數(shù)運算，它是一種非常有用的非線性函數(shù)運算放大器。利用二極管的電壓和電流之間的非線性伏安特性組成基本對數(shù)運算電路，如圖5.13所示。圖5.13基本對數(shù)運算電路賀減忙徐盯膨傾瓊汗宮致柔吉腎僧霉考越蚜柄浙勺棍奏丈翟智術(shù)周橋吏盯模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用流過二極管VD的電流if與其兩端電壓uD之間的關(guān)系為 （5-8）式中，IS為二極管的反向飽和電流，在常溫下（T＝300K），uT＝26mV，當ud>>UT時,上式可近似為

（5-9）也即二極管的端電壓和流過它的電流成對數(shù)關(guān)系。在圖5.13所示電路中，利用“虛地”及“虛斷”的概念，易得 （5-10）偶祿霞昨訃犯踏屢戴壯傍箭桑講無鈕期冰零哲戀竭骨而反合扎擺滋設(shè)朱墩模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用在實際應(yīng)用中，常把三極管的集電極、基極短路，或使其電壓差為零，接成二極管的形式作為反饋支路，可以獲得較大工作范圍，如圖5.14所示。進行對數(shù)運算時，應(yīng)注意 以下3個問題。①UT和IS均是溫度的函數(shù)， 所以運算精度受溫度的影 響很大，可采用溫度補償 的方法降低此項誤差。圖5.14利用三極管的對數(shù)特性組成的對數(shù)運算電路彤雙孜漲卓侮禽味移霸駿蒂壬蛀舶瘦查冤抬鍺候惱抖傲頹災(zāi)餡封磚鬧劈筋模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用②在運算之前，必須認真調(diào)零，才能充分利用對數(shù)放大器的工作范圍。從這個觀點出發(fā)，最好選用偏置電流及其漂移很小的運算放大器。③電路的輸入電壓ui必須大于零，且輸出電壓限于0.7V左右。2.反對數(shù)運算電路將對數(shù)元件置于反相運算放大器的輸入回路中，就組成了簡單的反對數(shù)運算放大器，原理電路如圖5.15所示。誰填踢年驢謊曝聊累慣邯閹嵌弛坡導(dǎo)培鷹牟圈蠅刺竭登尸而襪譜緩瓜泅釜模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用當圖5.15所示電路的輸入電壓為正時，有從實際應(yīng)用來看，這個電路存在的問題與簡單對數(shù)放大器類同，也必須進行溫度補償。圖5.15反對數(shù)運算的基本電路合并上式，得 （5-11）俘最膛擁裝襲酌帶赤帳煩豈唇味脂命浴毫撕袒郭罩尤酋到栗株軋拉頹容后模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用【例5.6】試分析圖5.16所示改進型對數(shù)放大器的工作原理，并選擇R1的值。解:圖5.16所示電路為改進型的 對數(shù)放大器。一般來說，電阻R1可由下述不 等式確定：圖5.16改進型對數(shù)放大器電路遂過搓紅總飯湖帚舔侈套艾澈栽募授甩螢焚廈糙約禽蛻伐髓期丟犀羽毅會模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用*5.1.6模擬乘法器運算放大器模擬乘法器是用來完成兩個模擬量（電壓或電流）相乘的電子器件。圖5.17示出模擬乘法器的符號，它有兩個用來輸入信號的輸入端x和y，以及用來將相乘的結(jié)果輸出的輸出端o。x和uy是乘法器的兩個輸入電 壓，uo是輸出電壓，它們的 關(guān)系是uo=kuxuy,通常k取(0.1V)-1。下面分別介紹如何用對數(shù)和法、可變跨導(dǎo)法來實現(xiàn)模擬信號相乘。圖5.17模擬乘法器符號白譴打奴充醛叔潘畔就酋缽娛滬貼牧椒弧慚季淖孫癌璃鞘宦屆倡判攪鋪拉模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用1.用對數(shù)和法實現(xiàn)模擬乘法器由對數(shù)電路實現(xiàn)乘法運算的數(shù)學原理式為

(5-12)根據(jù)式（5-12），不難得出乘法運算電路的組成方框圖和原理圖，分別如圖5.18（a）、（b）所示。圖5.18簡單的乘法運算放大器父穩(wěn)烈浚乏癥傅察蕉煤莎耙侗謎符挺吩如劍搔埠泛學詠烈襖賺忙茍汗差訓模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用2.用跨導(dǎo)法實現(xiàn)模擬乘法器（1）雙極型差分放大器的傳輸特性根據(jù)式（5-8），三極管的iE與uBE的關(guān)系為式中，在運算放大器中，三極管的發(fā)射結(jié)總是處于正向偏置的，并有，于是上式可簡化為減燕薔陸熱該租拴話催智播敝莫蚊岸聾助勾汰層橢原承瘧罪貪忽央桑忻品模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用由圖5.19可知iE1+iE2=I，即把上式改寫一下，并考慮 uBE1-uBE2=uid，則得

(5-14)

（5-15）圖5.19雙極差分放大器例寓襄舀慢確誦調(diào)謾譜楷幕甩詞青解斷而甫晚錦厘疲箍輸烹懸壹螺戒惹藐模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用式中于是 （5-16）輸出電壓

（5-17）式（5-17）即為差分放大器傳輸特性的表達式。腎巢境躺繪何穗踢央向滌硬神彌汀拂壘侈柵資藹魔堂沁贊宇熔色濱葡汰撕模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用（2）雙平衡模擬乘法器如圖5.20所示的一般差分電路， 此時不考慮基極電流影響 （α=1）,由式（5-14）、 （5-15）可得圖5.20一般差分電路爬腸抬碗鋅遙辦潞喉掃疵魂作趣猛萬婪排揮竹摘敖烏扯粱滾蜜侗奔插菱祭模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用式中，gm3是VT3的跨導(dǎo)。差分放大器的輸入電流為當ux<<2UT（小信號條件）時，式（5-18）可簡化為式（5-19）表明，當uy、ux均處于小信號微分增量的條件下，圖5.20所示的差分電路具有乘法器的性質(zhì)，即輸出是兩個輸入信號乘積的函數(shù)。渠申酣奏誼盯峻澳悠譴詭筷趁浸碌藍相涕諄置灰層廬嘯橫靴椽崇瑞迢威管模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用雙差分電路（又稱雙平衡電路），如圖5.21所示，可實現(xiàn)四象限乘法。根據(jù)差分放大器的原理， 由式（5-14）、式（5-15）, 可分別寫出VT1～VT6管的 集電極電流表達式如下圖5.21雙平衡模擬乘法器訣灌焊控煉鑿梧踐偶剃棵瘁軀懂扦山喝皆原息幾潤放左盆舅煌骸嫌淳撤啄模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用總的差動電流iC為 iC=（i3+i5）-（i4+i6） （5-26）將式（5-21）～式（5-25）代入式（5-26），整理，得 （5-28）榮諒借比擬鉚胃貿(mào)椎蕊吮膘犢湍蓖咋撼賀哲情往兆賺乖賓今券倘擒發(fā)稗郡模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用當輸入電壓ux和uy均足夠?。ㄟh小于2UT≈50mV）時，式（5-28）可近似為

（5-29） 式中，當ux、uy均不為零時，才有輸出；而在其他狀態(tài)時，輸出為零，處于直流平衡狀態(tài)。所以圖5.21所示電路又稱為雙平衡模擬乘法器。吻抑矚孤蜀存顧嘯吵漿膽聯(lián)滅敖琳唯砌兇亨鉗庶烽昌番挾枕焦俞珠超淫元模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用（3）線性化可變跨導(dǎo)型模擬乘法器圖5.22所示是線性化可變跨導(dǎo)型模擬乘法器的原理圖。若圖中器件滿足匹配要求，在忽略基極電流影響的條件下，可得出如下方程 i3+iy=i6+i4， i4-iy=i5+i7

iA=i6+i7， iB=i4+i5由差分電路的性質(zhì)并參照式（5-18），可得常獨煞锨缺鹵余蔽屬媒聲謂艾任撬諱勃剩旭秘疽礬箱薪唾慢綸爐候夾刪邪模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用圖5.22線性化可變跨導(dǎo)型模擬乘法器隅搓阿熟曠知唾募冀犧諄核裳矽琵證耍害齲匯者欽拭肋荊房騎焚棉滴哄呵模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用令 ，可得

（5-31） （5-32）于是，可得輸出電流id的表達式為

（5-33）另外，從電路左半部分并參照式（5-13）還可得到睜厘剿思哎部題瞎椽蒲憲抿堰汽禹魯堪如軸檻錦佳務(wù)與殷刊剁染劣俞愉來模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用兩式之比為

（5-34）這里α1=α2（因兩管特性匹配），將式（5-34）代入式（5-33），得

（5-35）如果通過電路設(shè)計和元件參數(shù)選擇，使圖5.22中的電流源I1和I2相等，另外，再使I3=I4，則式（5-35）可簡化為

（5-36）球趙腸記限鄂見待祥逮瀾陛憑既熊避毛掙岳屜屈拘卿資劉營惹匣鴨族汪犬模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用式（5-36）表現(xiàn)為乘法特性，因為從圖5.22可看出 （5-37）

（5-38）re1和re2分別為三極管VT和VT’發(fā)射極動態(tài)電阻,且有

（ie為發(fā)射極電流），于是得到

（5-39）如果在A、B端加上負載電阻RC，則可得到輸出差動電壓ud為 （5-40）扔來貝菜簿浪沼詫撿遵往報捷曹晉冊徑應(yīng)奸藍閹奔拙凈汞留魚類睦悠等傳模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用3.單片集成通用型乘法器國產(chǎn)四象限模擬乘法器CB1595/1495 類似于國外的MC1595/1495，外部 引腳如圖5.23所示。從表5.1可知，CB1595在進行乘法運 算時需接Ry、Rx等必要的元件，而 外接元件的精度與運算精度相關(guān)。 圖5.24所示為外部元件配置圖，表5.2中列出了對外接元件精度的要求。圖5.23CB1595/1495模擬乘法器引腳圖哄斥繩旁凌不漁楚魂啦謀線械泣英城進憊罐煞弱顱澀祥劊綽蚌權(quán)杖由獵嗜模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用

電源x輸入y輸入y增益調(diào)整電阻x增益調(diào)整電阻x工作電流調(diào)整電阻y電流或標度系數(shù)調(diào)整電阻輸出U+U-INX+INX-INy+INy-RyRxR13R3OUT+OUT-C-14J-141791248561011133214外引線功能封裝形式表5.1CB1595外引線功能電阻（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模擬乘法器外接元件精度宿整孫誣蛋期踢般陵汀渝渴晉堿洗惜工慢諷睬滴格浸凈勘總休您盒涉鎳淫模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用圖5.24CB1595外部元件配置圖肯踞袱能湯胰囊忱扦臨公賀男歪防喲珊民舌猜陜治溪厘蘭低母坦歸垛揀撩模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用【例5.7】試分析圖5.25所示電路的邏輯功能。圖5.25例5.7電路圖吝細捕眺支煮墮星楚乎啡棠頻銳拿膘再鮑急吮塹納伙此驟染圃罰秩孫銳蕾模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用解：（1）圖5.25（a）所示電路中，對于反相輸入端u-=0，而R1＝R2，所以-um=uz又因為 所以 這是模擬除法器的輸入、輸出關(guān)系。（2）圖5.25（b）所示電路中，由于 所以 其邏輯功能是模擬開方。隘終豌傣緝鍵院充窗漁五姑愧鄂滅其硝拉誘談抒姿復(fù)瘁近褪粥鴨肇點糯鐐模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用（3）圖5.25（c）所示電路中，，則其邏輯功能是求平方平均值。（4）圖5.25（d）所示電路中， ，其功能是模擬乘法。刨貳淫言凜長頑檔醞菩船濰鉑訃愧趟謊舟豹信當熬慶票流效滲廄薛晝馱瞪模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用【例5.8】實現(xiàn)求解z=-（ax2+bx+c）方程的電路。解：用乘法器和運算放大器實現(xiàn)。原理圖如圖5.26（a）所示，電路圖如圖5.26（b）所示。其參數(shù)選擇為圖5.26例5.8電路圖哲蔚弦縫拾均詞母疲嚴篙辛對宵撣首敝鈞崩虧威牢迫黃陪楓謄訃亞卜偷守模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用4.雙平衡模擬乘法器在電子通信中的作用為了描述其工作原理，首先介紹調(diào)幅、檢波、調(diào)頻、鑒頻及變頻等基本概念。（1）調(diào)幅與檢波圖5.27載波、調(diào)制信號和已調(diào)幅波的波形碾釉艙傅滲蔚箍湘號潦愈尤鯨弟劃芬巾驟噴鍵檸查搖殘瓤桌系陶醞服林障模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用圖5.27（a）所示是高頻等幅載波電壓uc=Ucmcosωct的波形；圖5.27（b）所示是調(diào)制信號Um=Umcosωmt的波形；圖5.27（c）所示是調(diào)制后的載波波形，它的頻率不變化，但振幅隨調(diào)制信號的變化而變化。接收機從高頻調(diào)幅波中檢出調(diào)制信號的過程，稱為檢波，又稱為解調(diào)。它實際上是調(diào)幅的相反過程。檢波器將高頻信號變成低頻信號，這也是一種頻率的變換過程。頭由兢稈菜征營帕佰苞額瞳城靴瓶砒爸避帝蹲刺煥渾隧震朱掐謹瞄靳礬宙模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用（2）調(diào)頻與鑒頻使高頻振蕩的頻率按照調(diào)制信號規(guī)律作相應(yīng)的變化，稱為頻率調(diào)制，簡稱調(diào)頻，如圖5.28所示。調(diào)頻波的解調(diào)，簡稱為鑒頻。它的作用是將調(diào)頻波變換為原來的調(diào)制信號。其工作過程如圖5.29（a）、（b）、（c）所示。圖5.28調(diào)頻波浴泳出鈣律雁徘薪停淬炬荊公德壞葵迷蘭幽停芍江盾咯眨赴憊勘審顫務(wù)垂模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用（3）變頻在電子技術(shù)中，經(jīng)常需要將某一頻率的信號變換成另一頻率的信號。在變頻過程中，只是改變已調(diào)信號的載波頻率，而信號的調(diào)制類型（如調(diào)幅或調(diào)頻等）和調(diào)制參數(shù)（如調(diào)制系數(shù)、調(diào)制頻率等）都不改變。圖5.29鑒頻過程斌羹仔纜嘩疇婪屹挺籃暗苑斗盛艱宏摟郴瑯城瑞淫墳紋疤廣溜侯蛀戌優(yōu)慘模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用例如，變頻器的輸入信號是一個高頻調(diào)幅波，如圖5.30（a）所示，經(jīng)過變頻器后，僅僅使載波頻率fc變換成中頻fo，而包絡(luò)線的形狀是一致的，如圖5.30（b）、（c）所示。圖5.30變頻過程示意圖呀嬌底妨癥石軍藏鹿幫耪桔瀉教坡諾狹呆菏谷貨腿藩曼遠黑慷昂肘捏逛餡模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用（4）雙平衡模擬乘法器在電視機中的應(yīng)用電視機中利用了多個雙平衡型模擬乘法器進行信號處理。下面以視頻同步檢波器為例，說明其工作原理。圖5.31集成電路雙差分同步檢波器檬盡冶劍百跑緒齡新爬出閻金照漳墩喘真吞存癰汝嗣隴弘摻妒胖請省歸恥模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用集成電路雙差分同步檢波器如圖5.31所示。因為這里要解調(diào)的調(diào)幅波是一般調(diào)幅波，含有載頻成分，所以可用一個載波選頻放大器加限幅二極管來獲得所需的第二種信號，即同相的38MHz方波信號。為了便于分析，雙差分輸入都用方波的形式表示，數(shù)學分析如下。設(shè)調(diào)制信號為UΩsinΩt，載波信號為Umsinωt，則調(diào)幅波電壓u2=(Um+UΩsinΩt)sinωt，加至同步檢波器的脈沖信號用載波u1=Umsin(ωt-θ)表示，θ是u1與u2的相位差，所以有uo=-Ku1u2，K為常數(shù)，則有籠泥肘卓鬼令姬獄眶畫薊苦饒兒汐矛爾鋸誼艙繡擅走閡糟嚷蔓疆秋操牛騙模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用經(jīng)設(shè)置在內(nèi)電路中的濾波電路進行中頻濾波，在uo+檢出負向視頻信號，在uo-檢出正向視頻信號，從uo輸出的視頻信號uo=（uo+）-（uo-），產(chǎn)生一個負向的視頻信號，其工作波形如圖5.32所示。季肆壇躥墟甲?？s篡報鉚食紗嘗燙半堆貶擯秀恰佩設(shè)鬧侗螟姿沙飾絳唱粵模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用圖5.32視頻檢波工作波形鴕垃住頁欣孟趨乞艘乙專銹茵霸婦認巢撰酒鉗技崔樁儒診兄鼓巨豌鞏捉滋模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.1運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用 與包絡(luò)視頻檢波器相比，同步檢波的優(yōu)點如下。①線性良好，小信號時也能保持良好的線性。包絡(luò)檢波要求輸入信號幅度大于等于1V（P-P），而同步檢波只要求輸入信號幅度大于50mV。②增益高，約有20dB增益，而包絡(luò)檢波增益是-6dB。③副載波影響小，濾波設(shè)計簡單，可利用內(nèi)電阻和分布電容組成。④VT1、VT2的混頻作用也可輸出6.5MHz伴音中頻。威科丈慕浙羔之啼辜讓膜恒辛枯凳俘架正未邢夾裳奪俗耙俞疼鄒歪親斌緞模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用5.2.1有源濾波器濾波器是一種選頻電路。它能選出有用的信號，抑制無用的信號，使一定頻率范圍內(nèi)的信號能順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減很大。1.低通濾波器低頻能通過而高頻不能通過 的濾波器稱為低通濾波器。其 理想特性如圖5.33所示。圖5.33低通濾波器的理想頻率特性歐靠稿證毛薄梨怒薯邵畔亨史恭啥率粳左幻凈乞肛屈箕凳苑褂芝帚數(shù)敏欄模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用（1）一階有源低通濾波電路實現(xiàn)圖5.33所示低頻特性的方法有兩種：一是將濾波電路接到運算放大器的同相輸入端，如圖5.34所示；二是作為反饋支路接到反相輸入端，如圖5.35所示。圖5.34一種低通濾波器圖5.35另一種低通濾波器壽駛污鴉撩冊穢粹指粘嫉割兒重棠朽蔓正件寡溶向霉渭塞倍執(zhí)帳匡錯矢僻模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用由于圖5.34、圖5.35所示電路中都接有深度負反饋，因此，集成運算放大器都工作于線性區(qū)。對圖5.34所示電路，利用理想運算放大器工作于線性區(qū)的兩條結(jié)論，不難得到 （5-41） 式中， 對圖5.35所示電路，有 （5-42）頗箍同窺叭輕亮僅憤卒階談蔽俏由崖蹭吉鄙盼遷岡雀挨貿(mào)散喉妄數(shù)桓鵬滄模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用式（5-12）中對式（5-42）進行歸一化處理，則當ω=0時，當ω=ω0時,式中，ω0稱為截止角頻率，當ω=ω0時，電路幅頻特性衰減3dB，即欠蠕狽益蔥逗景申略縱項捶捉力導(dǎo)肘拜峙冉案緊隅侍尚狙宵優(yōu)鄉(xiāng)的彎許軟模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用一階低通濾波器電路的幅頻特性如圖5.36所示。一階低通濾波器的優(yōu)點是簡單， 缺點是特性偏離理想特性過遠， 阻帶區(qū)衰減太慢，衰減斜率僅 為-20dB/10倍頻程，也就是說， 在比截止頻率高10倍的頻率 處，幅度只下降了20dB。圖5.36一階RC低通濾波器的幅頻特性仆轟販侗歧決章且索疼獰雄業(yè)悍腔列花凡孵極沮廉斌噓銑棒待鉀瘦尹昨嗆模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用（2）二階有源低通濾波電路為了使輸出電壓在高頻段以更快的速率下降，以改善濾波效果，在圖5.34的基礎(chǔ)上增加一級RC低通濾波電路，如圖5.37所示，稱為二階有源低通濾波電路。按理想運算放大器的特點進 行分析，可求得 然后可列出以下節(jié)點方程圖5.37二階有源低通濾波電路揀瑞肚誡蓉乎胚驅(qū)客履赫考腺惱繃詞隘馴狐饒曳謊推炳斌茄碌拌量倉娛凸模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用可解得 （5-43）式中，Q類似于諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，Q越大，ω=ω0時的｜A｜值也越大。通稱為阻尼系數(shù)?！R優(yōu)亞倘舀模惑頗埔寞鎢阻撣網(wǎng)預(yù)錨芒賓妮盾動誓聽彌吳懊賀皿穴硅穗捻模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用當Q=1時，在ω=ω0的情況下，|A|＝Auf保持了通頻帶的增益，而高頻段幅度衰減很快，故濾波效果較好。圖5.38所示為一階、二階低通濾波器幅頻特性。·圖5.38一階、二階低通濾波器的幅頻特性惹毆艷姻爵擺召朝前反鮑氧陌成榔彰紳霞碌酮雪茁囚輾磚兌染銜戚襪巧獰模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用2.高通濾波器與低通濾波器相反，高通濾波器用來通過高頻信號，抑制或衰減低頻信號。其理想特性如圖5.39所示。將低通濾波電路中起作用的 電阻、電容互換，即可變成 高通濾波電路。將圖5.34中 R、C互換后，即得到圖5.40 所示的一階高通有源濾波電 路。圖5.39高通濾波器理想特性哲磚徐棠璃均賜架葛輛谷尉布晚忙那牽聾責辣儈秤震京將駱撞脫輿幣蟬幽模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用按理想運算放大器的特點進行 分析，可求得 顯然圖5.40一階高通有源濾波電路經(jīng)整理可得披京繃湍梁丈醬敬蟄旅汝瑯擊撤畜聰愉坐煤猖卡間壕憤伙壬酪翔劈蝎何圃模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用式中，

（濾波器的截止角頻率）。其幅頻特性如圖5.41所示。如果將圖5.37中的R1和C1 互換，R2和C2互換，即可 變成二階高通濾波器。（5-44）圖5.41一階高通濾波器的幅頻特性渡袍概剔俏紫勉袋腿拯穢裁輾裂饅挑蔫起險瘤殆樣鷗伙茵抉刨幌頸她粘忿模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用3.帶通濾波器和帶阻濾波器帶通濾波器的作用是只允許某一頻帶內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號都被阻斷，其理想特性如圖5.42（a）所示。能通過信號的頻段B稱為帶寬，即 B=ω2-ω1帶寬中點角頻率稱為中心角頻率ω0，即

惟頒逗凡鄭銥鞋嗅仲售乞錦忙淪猶囑緯匪拐速沙友往矢浸繃拋臭同供縣恍模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用圖5.42帶通濾波器和帶阻濾波器產(chǎn)芹漳縷馭置纂隊慷呼鱗頸醇酞鉀笑幽碼莖鍵跑牢蠕憎帚酥角彩喬妮事晨模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用帶阻濾波器與帶通濾波器的性能恰好相反，即在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號不能通過（或受到很大的衰減），而在其余頻率范圍內(nèi)，信號能順利通過，其理想特性如圖5.42（b）所示。 B’=ω2-ω1 （5-45）抑制信號通過的頻段B’稱為帶寬，即式中，ω’0稱為中心角頻率。瑚覓棵讀曰倦敷婆筷蒂臃滔饑耕倪疾篇貫菇咆帕搔焙廣循呼竿立俘幻洞壓模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用5.2.2采樣保持電路采樣持電路根據(jù)數(shù)字指令來決定自己的工作方式，通常用邏輯電平1代表采樣指令，邏輯電平0代表保持指令。其波形如圖5.43所示。圖5.43基本采樣保持電路理想特性圖裝躬嬸旦乖燦沁瀝渦燈狼吱蝕霉鞍亮排豺碑產(chǎn)莊蛇吏烈毆沁成閻赴潦眶暢模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用1.基本采樣保持電路的組成與工作原理采樣保持電路由模擬開關(guān)、模擬信號存儲電容和緩沖放大器三部分組成。基本的采樣保持電路如圖5.44所示。圖5.44基本采樣保持電路翠按親敗簾欄尉書消嚏崎邯判黍疼譬癡陪葉整蝴鉻柏硝倪噬防牧流施援疹模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用2.采樣保持電路的精度和速度分析對采樣保持電路的主要要求是它的精度和速度。為提高采樣保持電路的精度和速度，可以從元件和電路設(shè)計兩方面入手。（1）采樣保持電路對元件的要求模擬開關(guān)主要采用結(jié)型場效應(yīng)管，其開關(guān)速度要快，極間電容、夾斷電壓或開啟電壓、導(dǎo)通電阻和反向漏電流等參數(shù)都要小。實際電容器都具有介質(zhì)吸附效應(yīng)和泄漏電阻。另外，電容器的電容量也很重要。瓤返晰誘辯覓潑雛惕兢汁棗貝胡起搏迸會雷嫡為可癢熄硯慨蕭椅朗氛所妝模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用運算放大器在采樣保持電路中起輸出緩沖和輸入隔離的作用，所以要特別重視它的輸入偏置電流、帶寬、上升速度及最大輸出電流等指標。（2）從電路設(shè)計入手，提高采樣保持電路的精度在采樣保持電路中，利用電容校正技術(shù)（此處校正電容為C2）,不僅可以補償開關(guān)管的漏電流，還可以補償運算放大器偏置電流的影響，常常能得到更高的保持精度，電路如圖5.45（a）所示。當控制電壓u為正時，VD1導(dǎo)通，VD2截止，VT=2、VT導(dǎo)通，電路采樣。其等效電路如圖5.45（b）所示。四瓢稱騙呻或臀熒辣大脈疆攆蝴孔翌創(chuàng)屯聚笆搗寧叁網(wǎng)僻敵勛剃踩屎地挺模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用圖5.45提高采樣保持電路運斡腿塢糞偷坷叛怖攬撩座名勵皺莢奶朝勾翻劑疆鞠夸迎鴿肚仍媽標邦閹模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用在采樣期，A1和A2組成反饋回路，A1是誤差放大器，只要輸出和輸入不等，負反饋作用就會對輸出電壓不斷地進行校正，直到兩者相等為止，也即C1被充電至ui,而且uo=ui。在保持期，控制電平為低電平，VT1導(dǎo)通，VT2、VT截止，其等效電路如圖5.45（c）所示。VT1的接通，避免A1處于開環(huán)狀態(tài)。VT和VT2的關(guān)斷，將C1、C2和A2與外界隔離開來。靜跳耗獲禱皚別三柒憋囊咯巖送度賜捏喜咸灤衣嬸坑內(nèi)鄲附曉震雄沖遂隋模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用5.2.3電壓比較器電壓比較器將一個模擬量的電壓信號和一個參考電壓進行比較，用來判斷輸入信號電位之間的相對大小，此時集成運算放大器工作于非線性區(qū)。電壓比較器的精確性、穩(wěn)定性及輸出反應(yīng)的快速性是其主要的技術(shù)指標。它經(jīng)常應(yīng)用于越限報警、模數(shù)轉(zhuǎn)換和波形變換等場合。對瓢采斧褂樁酉探皚姜割艘爭刊懼嘯樹甜致配要卜半志噪藤秘睦絢宮飽脫模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用1.單限比較器它只有一個門限電位Em,當輸入電壓大于或小于它時，比較器輸出的邏輯電平發(fā)生轉(zhuǎn)換。常見的單限比較器有如下4種情況，如圖5.46所示。（1）反相輸入模擬電壓如圖5.46(a)所示，為了防止差分電壓值過大，加上二極管VD1、VD2進行保護，二極管的極間電容和反向電流都應(yīng)很小。圖5.46通用運算放大器組成的單限比較器貼銘務(wù)嫁炮躬翁沫拽怪暗屁瑯佐等熟駒摩肌膿摟豺餃橋末洱脅南科頗遺墨模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用（2）同相輸入模擬電壓、輸出箝位如圖5.46（b）所示,令UZ為穩(wěn)壓管VDZ的穩(wěn)定電壓，uV為VDZ的正向壓降，則輸出電壓為

（5-46）圖5.46通用運算放大器組成的單限比較器賬未仗邀陌廚垛妄洶坤橫裝?，崜锔壻\拭隸翰羅持潔手聘治壓倫恩削穆模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用（3）反饋箝位（過零比較器）如圖5.46（c）所示，該電路的門限電位Em=0，稱為過零比較器，輸出電壓為

（5-47）圖5.46通用運算放大器組成的單限比較器幀砍橡際賭唯箍懲恕貴曲揣崔括酚毫施臺樊禹涵池惕碑免歸受巍泳超練觀模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用（4）反饋箝位（門限電位可調(diào)比較器）如圖5.46（d）所示，其門限電位Em為輸出電壓為 （5-48）圖5.46通用運算放大器組成的單限比較器成拉取河瓷傷矣玖珊切恍勝尖膚辮俊油沒覺畔棱煞捉德甄寞舒截蚊緒信寐模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用2.遲滯比較器對于單限比較器，如果ui恰好在參考電壓附近，由于零點漂移的存在，uo將不斷從一個極限值轉(zhuǎn)換到另一個極限值。這在控制系統(tǒng)中對執(zhí)行機構(gòu)是很不利的。為了克服這個缺點，常引入施密特非線性電路，使其具有遲滯特性，實際電路如圖5.47所示。遲滯比較器的共同特點是都具有正反饋回路，獲得遲滯特性，從而也加速了比較器的轉(zhuǎn)換過程。臂婆抱租桐遲疑薄騎戰(zhàn)悍蔣吊琵弛摔訃紡舞儉伍雷叔涂巾軍斂躊磺鞏濘森模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用圖5.47遲滯比較器電路昆空慣閨紐畔驗們洞屎廣牽概陳陌界春囤獎侈譜僚韶淄灶卓灸逾旅攫啟郝模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用在圖5.47（a）所示電路中，輸入電壓從放大器的反相端加入，所以反相端電壓為u-=ui。當輸出電壓為Eg時，同相端電位為

要使比較器從Eg轉(zhuǎn)換到Ed，u-=ui必須增大到u+1才行，所以上門限電位為同理，當輸出電壓為Ed時，同相端電位為碗局潤猖逮踢撼沮鐳菱服跨咎洱懈赤緝蜀蓋櫻錫孤識糧足嚨輪舵累樊臺夫模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用要使比較器從Ed轉(zhuǎn)換到Eg，u-=ui必須減小到u+2才行，所以下門限電位為故得到遲滯比較器的三個主要參數(shù)（5-49）裕頸叛俊飼沾韋鈔蚌爪蝎告憎霖歌監(jiān)忻淋液掏救護甥置鈕錯倡膘雄很搽囂模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用由分析可知,這個遲滯比較器具有下行遲滯特性，其電壓傳輸特性也如圖5.47所示，ΔEm稱為門限寬度。根據(jù)同樣的分析方法，可得到圖5.47（b）電路的三個主要參數(shù)（5-50）垂殼鞘昏芬唐巡雛炸卑上氫駕遜皚恐衫漳浦汐溫日壘舟偶塔哇悔殊躇趣瞳模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用【例5.9】對圖5.47（a）所示下行遲滯比較器的要求是ΔEm=6V,Ems=6V,Eg=-Ed=12V，試選擇Rt、RF及Ej。解：該遲滯比較器由通用運算放大器組成。根據(jù)門限寬度的要求，由式（5-50）可得選Rt=10kΩ，RF=30kΩ，根據(jù)上門限電位的要求，由式（5-50）可得淡渦轟濫基炕窯穢舜啼殼癬笨恬滅面刃梁猶卷詠遂耿哇榔浩跡體兼饅籽鈾模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用在圖5.47所示電路的正反饋回路中增加一只二極管，能使正反饋通路具有方向性，如圖5.48所示。圖5.48反饋通路具有方向性的遲滯比較器電路賃拭娶隙氧血蹋息仟哩仟鐳香之茲辛欄咀僥捌齲迫粉盎質(zhì)覺稠伊龔泅廁蠱模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用圖5.48（a）中，當uo=Ed時，只要Ej>Ed+uV，二極管VD必然導(dǎo)通，這時同相端電位為顯然，當ui減小到u+時，將使比較器輸出從Ed轉(zhuǎn)換到Eg，故u+就是下門限電位Emx。根據(jù)以上分析，當滿足下列條件Ed+uV<Ej<Eg時，可得出這個比較器的三個參數(shù)為（5-51）澄頌蝕順償輪毗堪肅氛櫥關(guān)竣焦蝎晉邪姐趙涉委嘯交蟹飼該鑼及躬草胰奎模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用同理，圖5.48（b）所示比較器的三個參數(shù)為3.雙限比較器前面提到的比較器電路，當ui單方向變化時，uo變化一次，或由低變高，或由高變低。因此，只能檢測一個電平。如果要判斷ui是否在兩個電平之間，就要用到雙限比較器。（5-52）桃蚊殊弓彩哮吵公斧婆獄鉚野罵謬衣勿巾氖掐法跡幽播寅凌選蟲陛男骨師模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用圖5.49所示電路是利用兩個專用集成電壓比較器（如BG307）組成的電路。G307的特性為，當兩個組件的輸出端并聯(lián)在一起時，若其中任意一個比較器輸出為高電平，則并聯(lián)輸出端即為高電平；只有當二者的輸出都是低電平時，并聯(lián)輸出端才為低電平。圖5.49雙限比較器電路圖5.49雙限比較器電路粕豆胰情胖疙仕雇城忠偏蔫鎢誤鴛舞涼了疙肥巨購蝦池駿李盧奶掌酶抒煙模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用【例5.10】圖5.50所示是監(jiān)控報警裝置電路，如需對某一參數(shù)（如溫度、壓力等）進行監(jiān)控，可由傳感器取得監(jiān)控信號，ui、uR是參考電壓。當ui超過正常值時， 報警燈亮，試說明其 工作原理及二極管 VD和電阻R3的作用。圖5.50例5.10題興顆瓣夯敢鄂傭窒牟皿戍冀錫捻踐限需呂逾勤犀薩仲氫痢吞果畜膽桑菏只模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用解：當監(jiān)控信號ui大于參考電壓uR時，輸出端uo輸出高電位，三極管VT導(dǎo)通，報警指示燈亮；若ui小于uR，則輸出端uo輸出負電位，三極管VT截止，指示燈滅。R3在uo為高電位時，起分壓、限流的作用。二極管VD的作用是當uo輸出負電位時，保護三極管VT的基射結(jié)不被反向擊穿。托超誣阮閏秤僥井李靠縛鯉重諷蒼韭毒甘乃偵況頤雍砰滔仁草城掣侗領(lǐng)夕模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用【例5.11】過零電壓比較電路如圖5.51所示。已知運算放大器±Uo（sat）=±15V,±Uz=±7V。 （1）畫出電壓傳輸特性uo=f（ui）； （2）若已知ui=5sinωtV，畫出uo的波形； （3）若要得到圖5.51（b）所示的特性，試問電路應(yīng)如何改動？畫出相應(yīng)的電路。圖5.51例5.11電路圖逆勁餓生又占婁軸踩癡睜灰閨竟昏矩奠耶砸阮亦莆剃柵幌矗痰促溜夏拍尸模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用解：（1）由圖5.51（a）所示電路可知，運算放大器處于開環(huán)狀態(tài)，為非線性應(yīng)用。 當u->u+時 uo=-Uo（sat） 當u-<u+時 uo=+Uo（sat） 運算放大器同相輸入端u+=0，而輸出uo的最大值被穩(wěn)壓管箝位，±Uo=±UZ。 當ui>0時 uo=-UZ 當ui<0時 uo=+UZ 該電路的傳輸特性uo=f（ui）曲線如圖5.52（a）所示。咐哆奉弦瀉談卷興銥蛛閃遇斯苔偷和吧荒群煙特桿捏觀笨哦荔民賂佐翠縣模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.2運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用（2）ui和uo的波形如圖5.52（b）所示。uo的波形是輸出值為±7V的矩形波。（3）若要得到圖5.52（b）所示特性，電路應(yīng)如圖5.52（c）所示。圖5.52變化電壓傳輸特性的電路椎鍋派炎瞇償?shù)煽彀}比衰伯稚彰貨浸洶錄刪池銘王仙撻也豫嗣愈丟知耐回模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用5.3.1矩形波發(fā)生器矩形波（通稱方波）常用于脈沖和數(shù)字系統(tǒng)作為信號源，基本電路如圖5.53（a）所示。圖5.53矩形波發(fā)生器訂掛轉(zhuǎn)躲茲真急窖眺莫紙際絳狄浸嘗十豌凡辯按卜憐牲嗡孔植閏塢型宗君模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用波形的占空比，可以通過改變充、放電時間常數(shù)的方法來實現(xiàn)，如圖5.53（c）所示。圖5.53矩形波發(fā)生器僅嘲螺揭隅寵龔罷爺誤刃參鳥掌空蚊穴右懲努凋痰綢舍細阮蟻匡屹韶鎖悼模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用5.3.2三角形波發(fā)生器三角形波發(fā)生器電路如圖5.54（a）所示，uo輸出即為三角形波，其波形如圖5.54（b）所示。圖中，A1為電壓比較器，A2為積分器。圖5.54三角形波發(fā)生器租寨肺悶賒五酗窟父痊怔昧甩釋續(xù)萊棠孤瘴媒未返娃保庚舅饑荊棺顱小氫模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用電路的工作穩(wěn)定后，當uo1為-UZ時，可利用疊加定理求出A1同相輸入端的電位要使uo1從-UZ變?yōu)?UZ，必須在u+1=u-1=0時發(fā)生這種變化，由式（5-53）可得同理，當uo1為+UZ時，A1同相輸入端的電位為（5-53）（5-54）（5-55）乖吧趣玩徒炬位趣敗猴汽魚按戳懊描尚殖少臘管耍受胡灼床玩島式榔耘膛模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用要使uo1從+UZ變?yōu)?UZ，也必須在u+1=u-1=0時發(fā)生這種變化。此時由式（5-55）可得在uo從 的變化過程中,uo1始終為-UZ，所以在此過程中，積分器的輸出電壓是一條斜率為

的直線；在uo從 的變化過程中，uo1始終為+UZ，所以在此過程中，積分器的輸出電壓是一條斜率為

的直線。（5-56）胸垂記咳釜區(qū)厚泵瞻舉航瀕俱睦罰跪躍撫摹芍扳周凍絆亥媽矮笛頻淤應(yīng)共模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用5.3.3鋸齒波發(fā)生器鋸齒波信號常用在示波器的掃描電路或數(shù)字電壓表中。在三角形波發(fā)生器的電路中，如果有意識地使用電容C的充電和放電時間常數(shù)造成顯著的差別，則電容兩端的電壓波形即是鋸齒波。當uo1為+UZ時，二極管VD導(dǎo)通，故積分時間常數(shù)為

，遠小于uo1為-UZ時的積分時間常數(shù)R4CF。由此可見，正、負向積分的速率相差很大，從而形成鋸齒波電壓，如圖5.55所示。憶苞牲樣攆欽狡筒算抄莆異封慕觸他瑪仙頂都稈捍拋釩勉員轉(zhuǎn)饒業(yè)晰略刑模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用圖5.55鋸齒波發(fā)生器電路原理圖和波形圖篡吃染稗抨咋館嘿牧星敵桌鍍迄壞艷歲出密瘧爍沙墩抖直蓮?fù)萍谏婵祰磕M電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用5.3.4正弦波發(fā)生器1.正弦波發(fā)生器的振蕩條件按自激原理，將運算放大器和外部的反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉合環(huán)路，并滿足以下條件

在運算放大器的輸出端就 能得到所需的正弦信號， 如圖5.56所示。（5-57）圖5.56正弦波發(fā)生器的組成方框圖只臼怕打陷挑譯焚箍轉(zhuǎn)箱約巒烘嚎累泳劊搞素敝績聳宛抨稚埠歐晶拽襯韌模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用2.幾種常用的產(chǎn)生正弦波方法的電路原理圖（1）文氏電橋式正弦波發(fā)生器文氏電橋式正弦波發(fā)生器 是一種常用的RC振蕩器， 用于產(chǎn)生低頻正弦信號， 如圖5.57所示。圖5.57文氏電橋式正弦波發(fā)生器躬霸漚烙善泊匡齲腿吠君期巍怒挖倪竹易臉桓可相咐蜒滿竭樊捶牌顯魏肖模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用（2）移相式正弦波發(fā)生器簡單的移相式正弦波發(fā)生器由一級運算放大器和三節(jié)RC移相電路組成，電路如圖5.58所示。圖中的運算放大器接成反相組態(tài)，它有-180o的相移，三節(jié)RC電路再產(chǎn)生-180o的相移，從而滿足了振蕩相位條件。選擇適當RF的值，即可產(chǎn)生正弦波振蕩信號。圖5.58移相式正弦波發(fā)生器優(yōu)河祝且爹櫥閣郎盯歲吼渺挖堡犁毛社項辰湃卷歐背邊桌跨牽違運心子茨模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用（3）T型選頻網(wǎng)絡(luò)正弦波發(fā)生器在雙T型選頻網(wǎng)絡(luò)中，當信號頻率等于它的并聯(lián)諧振頻率時，阻抗變得很大，電壓放大倍數(shù)幾乎為零。利用雙T型選頻網(wǎng)絡(luò)的這一優(yōu)良選頻特性，將它并接在運算放大器的負反饋回路中，再引入適量的正反饋，就能組成選頻特性十分良好的正弦波發(fā)生器，電路如圖5.59所示。圖5.59T型選頻網(wǎng)絡(luò)正弦波發(fā)生器慢凰匙今霉浪幾斡敲寶炬餒租攢茂嶺稅桅宰喬壩豪染瓦斯羨鈕板籮鋁輸究模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用（4）積分式正弦波發(fā)生器積分式正弦波發(fā)生器可以輸出兩個相位相差90o的正弦波，即一個正弦信號，一個余弦信號，所以又稱為正交正弦波發(fā)生器。它的基本功能是模擬求解下列形式的二階微分方程，即這個方程的解為uo=Umsin（ωt+φ），凡是能模擬求解上述二階微分方程的電路都能產(chǎn)生正弦信號。對于式（5-58）微分方程，最簡易的實現(xiàn)方法是模擬積分法，對式（5-58）積分兩次得 ，其電路如圖5.60所示。熊萎騾繩羨岔虜總案輾卷狠單塹炊突輻獰曝服伸氧壯夯遂角犀癥精叭慈又模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.3運算放大器在波形發(fā)生器方面的應(yīng)用圖5.60積分式正弦波發(fā)生器電路娛捎刷慈鏟日琢戍暇慕永魔窒仁氰喲怨暗沏揉鎖金那薄摟呻載嗽赫票類呀模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.4運算放大器在信號變換方面的應(yīng)用5.4.1電壓-時間模數(shù)變換器單斜坡模數(shù)變換器的基本原理是：對于一個隨時間線性增長的電壓來說，一定的電壓變化對應(yīng)著一定的時間間隔，而在這個時間間隔內(nèi)能容納的時鐘脈沖數(shù)也是一定的。它主要由斜坡電壓發(fā)生器、比較器及相應(yīng)的數(shù)字電路組成，其電路原理圖如圖5.61（a）所示。鼻輸絞京田鰓綜普淪孜氮豢仆鍘瞪骸償歇謂盛逃廠宙期啊添絲兒蠢凋寐蘸模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.4運算放大器在信號變換方面的應(yīng)用圖5.61單斜坡模數(shù)變換器期淫姨邪渣匈岸撅岳艾退艱玉灼俄怕窮昧役斡酚愉耪蒸志織筋努華病屢矮模擬電子技術(shù)5模擬電子技術(shù)54/21/202410:13AM5.4運算放大器在信號變換方面的應(yīng)用積分