第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路本章提要本章提要 将将整整个个电电子子电电路路中中的的元元器器件件及及相相互互之之间间的的联联接接同同时时制制造造在在一一块块硅硅基基片片上上，构构成成一一特特定定功功能能的的电电子子电电路路，称称为为集集成成电电路路。相相对对于于分分立立电电路路，集集成成电电路路具具有有体体积积更更小小，重重量量更更轻轻，功功耗耗更更低低，可可靠性更高的特点。本章主要讨论以下几个问题：靠性更高的特点。本章主要讨论以下几个问题： 3 3集成运放在信号运算、信号处理及信号产生方面的应用。集成运放在信号运算、信号处理及信号产生方面的应用。1 1集成运放的组成及主要参数；集成运放的组成及主要参数；2 2理想集成运放两种工作方式的主要特点和分析方法；理想集成运放两种工作方式的主要特点和分析方法； 本本章章通通过过了了解解集集成成运运放放的的主主要要技技术术参参数数，重重点点理理解解理理想想运运放放“虚虚短短”、“虚虚断断”的的含含义义；正正确确理理解解集集成成运运放放两两种种工工作作状状态态的的特特点点和和分分析析方方法法，能能够够分分析析各各种种集集成成运运放放组组成成的的运运算算电电路路的的工工作作情情况况及及输输入入输输出出关关系系；并并对对各各种种信信号号发发生生电电路路、比比较较电电路的原理和应用有一定的了解和认识。路的原理和应用有一定的了解和认识。 8/13/20241一、集成运算放大器电路简介一、集成运算放大器电路简介集集成成运运算算放放大大器器(简简称称集集成成运运放放)是是应应用用极极为为广广泛泛的的一一种种，本本章章所介绍的即是集成运算放大器及其基本应用。所介绍的即是集成运算放大器及其基本应用。第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路2.12.1集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想 运算放大器运算放大器运算放大器运算放大器集成电路集成电路小规模、中规模、大规模和超大规模小规模、中规模、大规模和超大规模模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路集成运算放大器集成运算放大器集成功率放大器集成功率放大器集成模集成模/数、数数、数/模转换器模转换器集成稳压电源集成稳压电源专用模拟集成电路专用模拟集成电路运运算算放放大大器器是是具具有有高高开开环环放放大大倍倍数数、高高输输入入电电阻阻、低低输输出出电电阻阻并具有深度负反馈的多级直接耦合放大器。并具有深度负反馈的多级直接耦合放大器。广泛应用于测试技术、自动控制系统、信号处理等各个领域。广泛应用于测试技术、自动控制系统、信号处理等各个领域。 8/13/20242集集成成运运算算放放大大器器基基本本内内部部组组成成可可分分为为输输入入级级、中中间间级级、输输出出级级和和偏偏置置电电路四个基本组成部分，各部分单元电路均采用直接耦合方式。路四个基本组成部分，各部分单元电路均采用直接耦合方式。 第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路2.12.1集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想 运算放大器运算放大器运算放大器运算放大器1输入级输入级采用差分放大电路构成。对称性好、输入电阻高、可以有效采用差分放大电路构成。对称性好、输入电阻高、可以有效减小零点漂移、抑制干扰信号等，可以有效放大有用信号。减小零点漂移、抑制干扰信号等，可以有效放大有用信号。 8/13/202432中间级中间级第二章第二章第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路集成运算放大电路集成运算放大电路2.12.1集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想 运算放大器运算放大器运算放大器运算放大器为为整整个个电电路路提提供供足足够够大大的的电电压压放放大大倍倍数数。一一般般采采用用共共射射级级放放大大电电路路，集集电电极极电电阻阻用用晶晶体体管管恒恒流流源源代代替替，恒恒流流源源的的动动态电阻很大，可以获得较高的电压放大倍数。态电阻很大，可以获得较高的电压放大倍数。3输出级输出级 输输出出级级与与负负载载连连接接，主主要要作作用用是是提提供供足足够够的的输输出出功功率率（即即足足够够大大的的电电流流和和电电压压）以以满满足足负负载载的的需需要要。要要求求其其输输出出电电阻阻低低，带带负负载载能能力力强强。一一般般由由射射级级输输出出器器或或互互补补对对称称电电路路构成。构成。4偏置电路偏置电路为为整整个个电电路路提提供供稳稳定定的的和和合合适适的的偏偏置置电电流流。偏偏置置电电路路是是由由各各种种恒恒流流源源电电路路组组成成。还还有有过过载载保保护护电电路路，可可以以防防止止输输出出电流过大时将运放烧坏。电流过大时将运放烧坏。8/13/20244集成运放的图形符号集成运放的图形符号反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端uouu+ud+Ao+ 输入方式输入方式: 反相输入反相输入 同相输入同相输入 差分输入差分输入F00781723456100 dB238 715 46uu+uo+UCCUEEF007 的外部接线和管脚图的外部接线和管脚图返返 回回下一节下一节上一页上一页第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路2.12.1集成运算放大器结构特点和理想运算放集成运算放大器结构特点和理想运算放集成运算放大器结构特点和理想运算放集成运算放大器结构特点和理想运算放大器大器大器大器8/13/202451. 开环电压放大倍数（开环电压增益）开环电压放大倍数（开环电压增益）Au0在在输输出出端端开开路路，无无外外接接反反馈馈电电路路时时，两两个个输输入入端端加加电电压压输输入入信信号号，此此时时测测出出的的差差模模电电压压放放大大倍倍数数，称称为为开开环环差差模模电电压压放放大大倍倍数数，简简称称开开环环电电压压放大倍数，一般用分贝表示。放大倍数，一般用分贝表示。 Au0越高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。越高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。2. 最大输出电压最大输出电压UOPP能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压，能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压，3. 开环差模输入电阻开环差模输入电阻rid 它它指指的的是是集集成成运运放放加加入入差差模模信信号号时时的的开开环环等等效效输输入入电电阻阻，表表征征了了输输入入级级从从信信号号源源取取用用电电流流的的大大小小，其其值值越越大大越越好好。理理想想运运算算放放大大器器的的rid 常常认认为为是无穷大的。是无穷大的。二、集成运算放大器的主要参数二、集成运算放大器的主要参数 2.12.1集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想 运算放大器运算放大器运算放大器运算放大器8/13/202464. 开环输出电阻开环输出电阻ro 它它指指的的是是没没有有外外接接反反馈馈电电路路时时，输输出出级级的的输输出出电电阻阻。表表征征了了集集成成运运放放带带负负载载的的能能力力，其其阻阻值值越越小小越越好好。理理想想运运算算放放大大器器的的ro 常认为是零。常认为是零。5. 输入失调电压输入失调电压ui0理理想想的的集集成成运运放放，当当输输入入信信号号为为零零时时，一一般般输输出出电电压压也也为为零零，但但是是实实际际的的集集成成运运放放中中，当当输输入入电电压压为为零零时时，输输出出电电压压不不等等于于零零，为为使使输输出出电电压压为为零零，须须在在输输入入端端加加补补偿偿电电压压，该该补补偿偿电电压压就就称称为为输输入入失失调调电电压压。它它表表征征了了输输入入级级差差分分对对管管UBE(或或UGS)不对称的程度，一般在毫伏级。不对称的程度，一般在毫伏级。6. 共模抑制比共模抑制比KCMR表表示示集集成成运运放放的的差差模模放放大大倍倍数数和和共共模模电电压压放放大大倍倍数数之之比比的的绝绝对值，即：对值，即： KCMRR 越大，说明运算放大器抑制共模信号的性能越好。越大，说明运算放大器抑制共模信号的性能越好。 2.12.1集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想 运算放大器运算放大器运算放大器运算放大器8/13/202477. 7. 最大共模输入电压最大共模输入电压U Uicmaxicmax表示集成运放输入端所能承受的最大共模电压。表示集成运放输入端所能承受的最大共模电压。8. 8. 最大差模输入电压最大差模输入电压U Uidmaxidmax表示集成运放输入端所能承受的最大差模电压。表示集成运放输入端所能承受的最大差模电压。9.9.输入偏置电流输入偏置电流I Iibib表示集成运算放大器输出电压为零时，两个输入端静态电流（表示集成运算放大器输出电压为零时，两个输入端静态电流（ I IBNBN和和I IBPBP ）的平均值。）的平均值。10.10.输入失调电流输入失调电流I I0 011.11.输入失调电压温漂和输入失调电流温漂输入失调电压温漂和输入失调电流温漂12.-3dB12.-3dB带宽带宽f fH H13.13.转换速率转换速率SRSR8/13/20248 理想运放的主要条件：理想运放的主要条件：(1) 开环放大倍数：开环放大倍数：Ao=(2) 开环输入电阻：开环输入电阻：ri=(3) 开环输出电阻：开环输出电阻：ro=0(4) 共模抑制比：共模抑制比：KCMRR=uouu+ud+ 理想运放的图形符号理想运放的图形符号返返 回回上一节上一节上一页上一页三、理想集成运放技术指标及符号三、理想集成运放技术指标及符号 2.12.1集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想 运算放大器运算放大器运算放大器运算放大器四、集成运放的电压传输特性四、集成运放的电压传输特性电电压压传传输输特特性性表表示示输输出出电电压压随随输输入电压变化的规律。入电压变化的规律。+UO(sat)UO(sat)理想特性理想特性实际特性实际特性Ouou+ u-电压传输特性有两个工作区：电压传输特性有两个工作区： 线性工作区和非线性工作区。线性工作区和非线性工作区。8/13/20249返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页1集成运放线性工作的特点集成运放线性工作的特点2.12.1集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想 运算放大器运算放大器运算放大器运算放大器 如如果果集集成成运运放放工工作作在在线线性性区区，分分析析由由它它组组成成的的电电路路时时，有有两两条重要而普遍适用的结论：条重要而普遍适用的结论：(1)“虚短虚短” 集成运放两个输入端的电压近似相等，即集成运放两个输入端的电压近似相等，即u+ u- 。如如果果集集成成运运放放反反相相端端有有信信号号输输入入时时，同同相相输输入入端端接接“地地”，由由“虚虚短短”现现象象可可知知，反反相相输输入入端端的的电电位位接接近近“地地”电电位位，即即反反相相输输入入端端是是一一个个不不接接“地地”的的“地地”电电位位，通通常常称称为为“虚地虚地” 。8/13/202410(2)“虚断虚断”2.12.1集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想集成运算放大器结构特点和理想 运算放大器运算放大器运算放大器运算放大器流进集成运放两个输入端的电流近似为零，即流进集成运放两个输入端的电流近似为零，即 i+i-0 。集集成成运运放放开开环环差差模模输输入入电电阻阻很很高高(理理想想时时)，输输入入回回路路相相当当于于断断路路，故故从从两两个个输输入入端端流流入入的的电电流流可可忽忽略略不不计计，如如同同这这两两端被断开一样，但实际并不是真的断开，因此称为端被断开一样，但实际并不是真的断开，因此称为“虚断虚断”。理理想想的的集集成成运运放放无无论论工工作作在在线线性性区区还还是是非非线线性性区区，“虚虚断断”现象总是存在的。现象总是存在的。(1)(2)两两个个输输入入端端电电压压u+与与 u-不不一一定定相相等等，即即“虚虚短短” 不不一一定定成成立。立。(3)输输入入电电流流仍仍等等于于零零。尽尽管管两两个个输输入入端端电电压压不不等等，但但因因为为理理想想运运放放的的rid=，仍仍可可认认为为此此时时的的输输入入电电流流等等于于零零，即即“虚虚断断”现象仍然存在。现象仍然存在。2. 集成运放非线性工作（饱和状态）的特点集成运放非线性工作（饱和状态）的特点 当当 u+ u时：时：uo = + UO(sat)当当 u+u时：时：uo =UO(sat) 8/13/202411uo+一一 、反相输入组态（反相比例运算电路）、反相输入组态（反相比例运算电路）R1uiRfRpuu+u= u += 0虚地虚地i1ifi1 = ifuiR1=uoRfuo =f1ui闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 Auf第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路2.2 2.2 集成运算放大器的三种输入组态集成运算放大器的三种输入组态集成运算放大器的三种输入组态集成运算放大器的三种输入组态(1) (1) 反相比例运算电路反相比例运算电路当当 Rf = R1 时：时： uo = ui反相器反相器平衡电阻平衡电阻平衡电阻平衡电阻: Rp = R1 / Rf平平衡衡电电阻阻的的作作用用：保保证证集集成成运运放放同同相相输输入入端端和和反反相相输输入入端端的的外外接接电电阻阻相相等等，消消除除静静态态基基极极电流对输出电压的影响。电流对输出电压的影响。8/13/202412第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路 2.2 2.2 集成运算放大器的三种输入组态集成运算放大器的三种输入组态集成运算放大器的三种输入组态集成运算放大器的三种输入组态二、同相输入组态（同相比例运算电路）二、同相输入组态（同相比例运算电路）uo+R1RpuiRfuu+i1ifu= u + = uiif = i1u uo Rf= -= -uR1uo=RfR1 ) ui(1 +平衡电阻平衡电阻: Rp = R1 / Rfuo+ui上一页上一页闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 Auf当 电压跟随器电压跟随器 再令再令 8/13/202413第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路2.32.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例一、一、 加法运算电路加法运算电路1.反相加法运算电路反相加法运算电路 上一节上一节上一页上一页uo+R12RfRpR11ui1ui2R13ui3当 8/13/202414第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路 2.32.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例返返 回回上一页上一页2.同相加法运算电路同相加法运算电路 为使使电路路能能够补偿输入入偏偏置置电流流、失失调电流及其漂移的影响。流及其漂移的影响。 应用用叠叠加加原原理理，u+可可由由ui1和和ui2单独作用求出：独作用求出： ui1单独作用独作用时，令令ui2 =0，ui2单独作用独作用时，令令ui1=0两个两个电压源共同作用：源共同作用：根据根据 “虚短虚短”现象，象，若若选取取 8/13/202415第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路 2.32.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例二、二、 减法运算电路减法运算电路R3uo+R1RfR2ui1ui2下一节下一节1应用集成运放用集成运放“虚短虚短”和和“虚断虚断”特点求解特点求解 由由“虚短虚短”的特点，的特点，当当R1=R2和和RF=R3时当当RF=R1时8/13/202416第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路 2.32.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例2应用叠加原理求解应用叠加原理求解 R3uo+R1RfR2ui1ui2当当ui1单独作用时单独作用时:+R3uo+R1RfR2ui1R3uo+R1RfR2ui2当当ui2 单独作用时单独作用时:uu+8/13/202417当当时：时：平衡电阻平衡电阻: R2 / R3= R1 / RfR3uo+R1RfR2ui1ui2第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路 2.32.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例8/13/202418例例4-3 下下图图示示电电路路是是具具有有四四个个输输入入电电压压的的双双端端输输入入和和差差运运算算电电路路。应用叠加原理求解的输出电压和输入电压之间的关系式。应用叠加原理求解的输出电压和输入电压之间的关系式。解：若令解：若令则该电路路为同相加法运算同相加法运算电路路。 第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路 2.32.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例若令若令则电路路为反相加法运算反相加法运算电路。路。若令若令8/13/202419uo =ui dt1R1C第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路 2.32.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例三、积分运算电路三、积分运算电路uo+CuiR1uu+R2i1if+ uCu = u+ = 0uC = uuo =uoif = i1 i1 =uiR1if = CduCdt =Cduodt积分时间常数积分时间常数平衡电阻平衡电阻: :0uit0uotUi t1R1CUO（sat）R2 = R1下一节下一节(b) 波形波形(a) 电路电路Ui8/13/202420uo+CuiRfuu+R2(a) 电路电路五、微分运算电路五、微分运算电路i1if+ uCu= u+ = 0uC = uiif = i1i1 = CduCdtif =uoRfuo =Rf Cduidt微分时间常数微分时间常数平衡电阻：平衡电阻：R2 = Rf0uit0uot(b) 波形波形上一节上一节上一页上一页Ui第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路 2.32.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例8/13/202421基本微分基本微分电路存在如下的缺点：路存在如下的缺点：输出端可能出出端可能出现输出噪声淹没微分信号的出噪声淹没微分信号的现象；象；电路路中中反反馈网网络构构成成的的 RFC 滞滞后后环环节节，与与集集成成运运放放的的滞滞后后环环节合在一起，使电路稳定储备减小，电路容易引起自激振荡；节合在一起，使电路稳定储备减小，电路容易引起自激振荡；突突变变的的输输入入电电压压可可能能造造成成uo超超过过集集成成运运放放允允许许的的最最大大输输出出电电压，产生堵塞现象，造成自锁状态，使电路不能正常工作。压，产生堵塞现象，造成自锁状态，使电路不能正常工作。右右图是是一一种种改改进型型的的微微分分运运算算电路路。图中中输入入回回路路小小电阻阻R1限限制制了了噪噪声声干干扰和和突突变的的输入入信信号号。且且由由于于R1的的引引入入，加加强强了了电路路中中负反反馈的的作作用用。反反馈支支路路引引入入小小电容容CF和和RF并并联形形式式来来进行行相相位位补偿。适适当当选取取电路路参参数数能能使使电路路稳定工作。定工作。 第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路 2.32.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例8/13/202422例例4-7 试求求图示示电路的路的uo与与ui的关系式。的关系式。 此此电路路是是一一个个反反相相比比例例运运算算和和微微分分运运算算相相结合合的的电路路，因因此此称称为比比例例微微分分调节器器（简称称PD调节器器），用用于于控控制制系系统中中，使使调节过程起到加速作用。程起到加速作用。 解解 由图可列出由图可列出第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路2.32.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例8/13/202423第二章第二章第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路集成运算放大电路集成运算放大电路2.42.4集成运算放大器在算术运算电路应用中需注意的问题集成运算放大器在算术运算电路应用中需注意的问题集成运算放大器在算术运算电路应用中需注意的问题集成运算放大器在算术运算电路应用中需注意的问题一、选择和熟悉集成电路（查询手册、辨认端子、实际测量）二、改善集成运算放大器性能的方法1、调零（平衡输出的失调，有同相端、反相端、差分输入的同相端、跟随器调零四种调零方法）2、UIO的补偿3、偏流补偿三、保护措施1、输入保护2、输出保护3、电源端保护8/13/202424一、电压比较电路一、电压比较电路第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路电电压压比比较较电电路路的的基基本本功功能能是是对对输输入入模模拟拟电电压压进进行行比比较较和和鉴鉴别别,根根据据输输入入模模拟拟电电压压是是大大于于还还是是小小于于给给定定的的参参考考电电压压来来决决定定电电路路的的输输出出状状态态,也也可可以以由由比比较较电电路路的的输输出出状状态态来来判判断断输输入电压的大小，故称为电压比较器。入电压的大小，故称为电压比较器。 构构成成比比较较器器的的集集成成运运放放一一般般接接成成开开环环或或正正反反馈馈状状态态，使使其其工作于非线性区。工作于非线性区。 分类：基本比较电路和施密特比较电路分类：基本比较电路和施密特比较电路反反相相输入入基基本本比比较电路路。反反相相输入入端端输入入模模拟电压ui，同同相相输入入端端接接参参考考电压UREF。 也也可可根根据据需需要要把把参参考考电压UREF加加在在反反相相输入入端端，而而输入入信信号号电压ui加加在在同同相相输入入端端，构构成成同同相相输入入基基本本比比较电路路。 8/13/2024251过零比较电路过零比较电路 第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路比比较器器输出出电压翻翻转时刻刻对应的的输入入电压称称为阈值电压或或门限限电压。8/13/202426例例4-9 电路路如如图所所示示，输入入电压为正正弦弦波波，电路路的的时间常常数数 T，T是正弦波的周期，且是正弦波的周期，且uo(0)=0，试画出，试画出uo1和和uo2的波形。的波形。解：同相解：同相输入入过零比零比较器器第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路8/13/2024272. 任意电平比较器任意电平比较器当当UREF0时，则为任意电平比较电路。时，则为任意电平比较电路。第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路为稳定定输出出电压，可在，可在输出端加出端加稳压管管。8/13/2024283. 基准电压比较器基准电压比较器 第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路令令得得8/13/202429二、施密特比较器二、施密特比较器 单单限限比比较较器器电电路路简简单单、灵灵敏敏度度高高，但但抗抗干干扰扰能能力力差差的的。为为提提高高比比较较器器抗抗干干扰扰能能力力，可可在在开开环环比比较较器器基基础础上上增增加加由由电电阻阻构构成成的的正反馈环节，称为施密特比较电路，又称施密特触发电路。正反馈环节，称为施密特比较电路，又称施密特触发电路。 第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路比较器有两个不同的门限电平。比较器有两个不同的门限电平。 8/13/202430 第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路 称称为回差回差电压称上称上门限限电压称下称下门限限电压回回差差电压的的大大小小取取决决于于UZ、RF和和R2，与与UREF无关。无关。改改变UREF将将同同时改改变UT1和和UT2，回回差差电压不不变。传输特性平行右移或左移。特性平行右移或左移。施密特比较器具有较强的抗干扰能力施密特比较器具有较强的抗干扰能力。8/13/202431例例4-11 稳压管管稳定定电压UZ=6V，R2 =10k， RF=15k， UREF=0， ui= 5sint(V)，试试求求两两个个门门限限电电压压，并并画出画出uo的波形。的波形。解：解：第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路8/13/202432第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路信号处理电路8/13/202433一、方波产生电路一、方波产生电路 组成成：滞滞回回比比较器器和和RC充充放放电回回路路组成的自激振成的自激振荡电路路。 第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路1. 工作原理工作原理 滞回比较器的两个门限电压：滞回比较器的两个门限电压： 初始状初始状态为uo通通过RF2向向C充充电电，uc上上升升，当当uc上上升升到到稍稍大大于于UT1时时，在在正正反反馈作用下，馈作用下，uo由由+UZ迅速转换为迅速转换为-UZ，C充电电压充电电压uc达到最大值。达到最大值。C通过通过RF2放放电, uc下降下降, uc下降到小于下降到小于UT1时时, uo由由-UT1转换为转换为+UT1。8/13/202434第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路2振荡周期和频率振荡周期和频率 8/13/202435二、矩形波发生器二、矩形波发生器 占空比：正脉冲持占空比：正脉冲持续时间与波形的周期之比与波形的周期之比占占空空比比可可根根据据需需要要进行行调节。可可用用电容容充充电时间与与放放电时间不不等来等来实现，电路的输出电压形式为矩形波。电路的输出电压形式为矩形波。充充电时间常数：常数： 放放电时间常数：常数： 第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路8/13/202436*三三角波发生电路 在方波发生电路中，电容的电压是按照指数规律变化的，近似为三角形。当从电容上输出电压时，其波形与三角波形有一定的差别。若用恒流源代替电路中的电阻RF1 ，使电容C恒流充、放电，就可以形成较为理想的三角波发生器。第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路8/13/2024371工作原理 三角波产生电路，是由一个同相输入的滞回比较器N1和反相积分器N2组成的。滞回比较器N1的同相输入端电压u+与uo1和uo有关，根据叠加原理，可得：假设初始时刻t0时，滞回比较器N1的输出为低电平，即且假设初始时刻积分电容上的电压为零，即uC0。则N1同相输入端的电压为：第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路 或ZoURRRuRRRu322323+=+8/13/202438u+ =0，同时u+将跳变成一个正值。此后，积分电路的输出电压将随着时间往负方向线性增长， u+随之下降，当下降到u+- u-=0时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，使u+ =-Uz ，同时， u+也跳变成一个负值。2振荡周期和频率当积分电路对输入电压-Uz进行积分时，在半个振荡周期的时间TH内，输出电压， uo将从-Uz上升至+Uz，根据积分电路的输出、输入关系获得： 由于积分电路的正反向积分时间常数相等，所以第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路8/13/2024393三角波的幅值 分析三角波从-Uz到+Uz的过程，当uo1发生跳变时，三角波的输出电压达到最大值+Uz ，使uo1发生跳变的条件是： u+= u-=0和uo1= -Uz代入三角波输出的幅度为： 得到第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路8/13/202440*四、锯齿波产生电路 改变三角波产生电路的正反向积分时间常数，在输出端就可以得到锯齿波信号。 该电路的结构和工作原理与三角波产生电路完全相同，输出幅度也相同 第二章第二章 集成运算放大电路集成运算放大电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路信号产生电路8/13/202441