运算放大器详解

没加参考电压的 上行迟滞比较器
加上参考电压后的 上行迟滞比较器
§3
窗口比较器
电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成
设R1 =R2，则：
(VCC − 2VD ) R2 1 VL = = (VCC − 2VD ) R1 + R2 2 VH = VL + 2VD
高电平， 导通； 当 vI＞ VH时 ， vO1为 高电平 ， D3 导通 ； vO2 为 低 电平, 截止， 电平 D4截止，vO= vO1。 当vI＜ VL时，vO2为高 电平， 导通； 电平，D4导通；vO1为低 电平， 截止， 电平，D3截止，vO= vO2 当VH ＞vI＞ VL时， vO1为低电平，vO2为低电 为低电平， 截止， 平 ， D3 、 D4 截止 ， vO 为 为低电平。 为低电平。
比较器的基本特点为： 比较器的基本特点为：
工作在开环或正反馈状态。 工作在开环或正反馈状态。 开关特性，因开环增益很大， 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电 平和低电平两个稳定状态。 平和低电平两个稳定状态。 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。
减小到U 当ui 减小到 L时，输出 跳变到U 由-Uom跳变到 om 。
分别称U 上下门限电压。 宽度。 分别称 H和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差或门限宽度。 为回差或门限宽度
例：下行迟滞比较器的 输入为正弦波时， 输入为正弦波时， 画出输出的波形。 画出输出的波形。
ui
UH UL
3，共模抑制比
差模信号 共模信号
4，饱和电压和电流
实际饱和输出比正、负电源电压小 实际饱和输出比正、负电源电压小1～2V。 2V。 晶体管导通电压） （晶体管导通电压） 实际输出电流有一个最大值限制，超过则 实际输出电流有一个最大值限制， 最大值限制 过流保护，防止烧坏。 过流保护，防止烧坏。
5，转换速率
ui
10V 5V 2V 0
t
R R2 1 UH = Uom+ UR =10 V R +R2 R +R2 1 1
uo
+UOM
R R2 1 UL =− Uom+ UR =2V R +R2 R +R2 1 1
t
0
-UOM
3、上行迟滞比较器
R ui R1 R2
∞
－+ +
uo
UR
R
－+ + R2
∞
uo
ui R1
uo
输出波形： 输出波形：
0 - UOM
实际运放
由于工艺问题，实际运放达不到理想运放的性能。 由于工艺问题，实际运放达不到理想运放的性能。 以下方面是运放的重要指标，据此选择运放。 以下方面是运放的重要指标，据此选择运放。
1，失调电压及其漂移
由于实际运放内部电路元件不完全对称， 由于实际运放内部电路元件不完全对称， 输入端短路时输出电压不为零。 输入端短路时输出电压不为零。 折合为输入端的等效电压， 折合为输入端的等效电压，Uoo 等效电压 Uoo随温度变化，称为失调电压的漂移 随温度变化，称为失调电压的漂移。 随温度变化 漂移
UL
UH
0
-Uom
wk.baidu.comui
例：R1=10kΩ，R2=20k Ω ，UOM=12V， UR=9V Ω ， 为如图所示的波形时， 当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出 uo的波形。 的波形。 ui UR R1 R2 R
∞
uo
－+ +
ui 10V 5V 0 t
根据传输特性画输出波形图 门限电压： 门限电压：
§4 方波发生器
一、电路结构
– uc C R1 R2 上下门 + R －+ +
∞
uo
下行的迟滞比较器， 下行的迟滞比较器， 输出经积分电路再 输入到此比较器的 反相输入端。 反相输入端。
R1 UH = U om R1 + R2 限电压： 限电压：
R1 UL = − U om R1 + R2
二、工作原理
反映运放对大信号阶跃输入电压的响应能力。 反映运放对大信号阶跃输入电压的响应能力。
运放的转换速率应大于输入信号的变化率。 运放的转换速率应大于输入信号的变化率。 大于输入信号的变化率
作业
3-3 3-5 3-9 3-12 3-15
2，偏置和失调电流
由于实际运放内部电路元件不完全对称， 由于实际运放内部电路元件不完全对称， 两个输入端具有很小 不等的直流电流 很小、 的直流电流。 两个输入端具有很小、不等的直流电流。 两个输入电流的平均值 两个输入电流的平均值 称为 偏置电流 IB 称为 输入失调电流 IIO 差 偏置电流、失调电流也随温度变化。 偏置电流、失调电流也随温度变化。
ui
R
－+ +
R1 U+ R2
∞
uo
参考电压由 输出电压决定
R1 U+ = − Uom =UL R1 + R2
R 1 UH = Uom R + R2 1
R1 UL = − Uom R1 + R2
Uom
ui
R
－+ +
R1 R2
∞
uo
传输特性： 传输特性： uo UH
UL
0
-Uom
u
增加到U 当ui 增加到 H时，输出 跳变到-U 由Uom跳变到 om；
ui t uo t
-Uom
ui
+
∞
+
uo
+Uom
施密特触发器－ §2 施密特触发器－迟滞比较器
特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。 特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。 1. 没加参考电压的下 行迟滞比较器
分析
1. 因为有正反馈，所以 因为有正反馈， 输出饱和。 输出饱和。 2. 当uo正饱和时 o =+UOM) 正饱和时(u R 1 U+ = Uom = UH R + R2 1 3. 当uo负饱和时 o =–UOM) 负饱和时(u
处于非线性状态运放的特点： 处于非线性状态运放的特点： 1. 虚短路不成立。 虚短路不成立。 2. 输入电阻仍可以认为很大。 输入电阻仍可以认为很大。 3. 输出电阻仍可以认为是 。 输出电阻仍可以认为是0。
比较器的功能是比较两个电压的大小。 比较器的功能是比较两个电压的大小。 常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、 常用的幅度比较电路有电压幅度比较器 、 窗 口比较器和具有滞回特性的施密特触发器。 口比较器和具有滞回特性的施密特触发器。这些 比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值， 比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有 的具有两个阈值。
§1 简单电压比较器
一、若ui从同相端输入 ui UR
+ –
∞
+
uo
+Uom
uo 0
-Uom UR
ui
UR：参考电压 ui ：被比较信号
传输特性
特点：运放处于开环状态。 特点：运放处于开环状态。 当ui > UR时 , uo = +Uom 当ui < UR时 , uo = -Uom
二、 若ui从反相端输入
运放的非线性应用电路－ 运放的非线性应用电路－ 比较器
非线性应用： 非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状 是非线性函数。 态，输出与输入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。 确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。 确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。
若有负反馈，则运放工作在线性区； 若有负反馈，则运放工作在线性区； 若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。 若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。
– uc C R1 R2 1. 设 uo = + UOM 则：u+=UH 此时，输出给C 此时，输出给 充电
-UOM 0
+
R －+ +
∞
uc
U+H
uo
uo
UOM
0
t
t
Uc上升到UH时，uo下翻。 uo 立即由＋UOM 变成－UOM 上升到 立即由＋ 变成－
2. 当uo = -UOM 时， – uc C R1 R2 + R －+ +
t
ui
R
－+ +
R1 R2
∞
uo
ui
Uom
t
-Uom
2. 加上参考电压后的下行迟滞比较器 ui 加上参考电压后的上下限： 加上参考电压后的上下限： UR R －+ + R2
∞
uo
R1 R2 UH = Uom + UR R1 + R2 R1 + R2
uo
Uom
R1
R1 R2 UL = − Uom + UR R1 + R2 R1 + R2
∞
u+=UL
此时， 经输出端放电。 此时，C 经输出端放电。 uc UH
uo UL
t
uc降到 L时，uo上翻。 降到U 上翻。 重新回到＋ 以后， 当uo 重新回到＋UOM 以后，电路又进入另一个 周期性的变化。 周期性的变化。
–
uc C R1
uc
+
R －+ + R2
∞
UH 0 UL uo UOM t T t
uo
+Uom
UR
+
∞
+
ui
uo
-Uom
0
UR
ui
当ui < UR时 , uo = +Uom 当ui >UR时 , uo = -Uom
三、过零比较器: (UR =0时) 过零比较器 时 ui
+
uo
∞
+
+UOM
uo
0 -UOM uo +UOM
ui
+
∞
+
ui
uo
0 -UOM
ui
例：利用电压比较器将正 弦波变为方波。 弦波变为方波。