比较器

R
f
C
dui (t dt
)
•反映了输入输出的微分关系1。6
五、 对数电路 •图中二极管可用三
极管发射接代替。
对数运算电路见图12.08。
图 07.09 对数运算电路
Uo Ud
iR id
id
Isexp
Ud UT
Uo
U T ln
id Is
U T ln
Ui RI s
17
六、 指数运算•图电中路二极管可用三
•其电路图和传
输特性曲线如
(a)
图所示。
(b)
(a)电路图
(b)传输特性曲线
图07.01 过零电压比较器
20
•将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个 电压值VREF 上 , 就得到单门限比较器。
•电路图和传输特性曲线如图所示。
(a)电路图
(b)传输特性曲线
图07.02 固定电压比较器
Biblioteka Baidu21
(2)比较器的基本特点
结论：(1).闭环增益AUf只取决于Rf和R1 ；
(2).负号表示Ui与Uo反相；
7
（二）、同相比例运算电路
1.电路
If
I1 R1
R2 Ui
Rf
∞ Uo
3.构成要求
R2=R1//Rf （R +=R -）
2.分析
(4)、∵I-=0，∴If =I1
(1)、∵I+=0 ∴ U U i
(2)、 U U U i
•根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性
4
二、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：
1、u+=u-(虚短)
Ui=U+=U-= Uo / AU
两输入端电压近似相等；
2、 i+=i-=0 (虚断)
同相和反向输入端电流近似为零；
Ui= Uo / AU 0 ; Ui= Ii Ri 0 ; Ii 0 ;
Uo2
(1
Rf R1
)
R3 R2
R3
U2
Rf R1
U1
若取电阻 : R1 R2; R3 Rf ;
上式可简化为： U o
Rf R1
(U2
U1)
14
三、 积分电路
•积分运算电路的分析方法与加法电路类似，反相积
分运算电路如图所示：
1.利用运放虚地的概念：
i(t)= ui (t)/R i(t)= if (t)
C放电时，放电电流 经Rf、二极管D2、电位 器的下半部。
图14.09 占空比可调方波发生电路
28
占空比为：T1 1 T 1 2
上端其电中阻，，rRdw1'
是电位器中点到 是二极管导通
电阻。
1 Rw' rd1 Rf C
其中，rdd22 是二极管导通电
阻。即改变 Rw 的中点位置，
占空比就可改变。
2 Rw R'w rd2 Rf C
图14.08 方波发生器波形图
29
14.2.2 三角波发生器
三角波发生器的电路如图14.10所示。它是由滞 回比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输出 反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的 VREF 。
图14.10 三角波发生器
1.当vo1=+VZ时,则电容C 充电, 同时vo按线性逐 渐下降，当使三角波 发生电路A1的Vp略低 于VN 时，vo1 从+VZ 跳变为-VZ。波形图 参阅图14.11。
(1)工作原理
电源刚接通时, 设
vC 0, vo VZ,
所以VP
R2VZ R1 R2
电容C充电，vC 升高。参阅
图07.08。
图07.07 方波发生器
26
当vc VN VP 时， vo VZ ，所以
VP
R2VZ R1 R2
电容C放电，vC 下降。
当 vc VN VP ，vo VZ 时，返回初态。
(3)、
I1
U R1
Ui R1
( 5)、AUf
Uo Ui
1 Rf R1
Uo
(1
Rf R1
)U i
结论：闭环增益AUf只取决于Rf和R1 ；
而与运放本身无关。 8
同相比例运算电路（特例）
电路：
Rf =0
R1 =
R2 Ui
∞ Uo
当 Rf =0 ; R1 = 时：上式中的电压增益为：
AUf
Uo Ui
第一节 理想运放模型及闭环分析
•由前面介绍可知：集成运放原理及内部结构，而应用时常采 用闭环应用——线性应用，集成运放可用理想模型来代替。
理想模型：
1.按精度分类： 非理想模型：
运放模型分类
运放宏模型： 直流模型：
2.按功能分类：
交流小信号模型： 大信号模型：
噪声模型：
1
集成运算放大器的线性应用
1、集成运算放大器的转移特性: 正饱和
2.电容两端的电压：
图12.05 积分运算电路
uc
(t)
uo
(t)
1 C
if (t)dt
1 RC
ui (t)dt
15
四、 微分电路
•微分运算电路如图所示:
ic
(t
)
C
dui (t dt
)
;
ic (t) if (t)
if
(t
)
C
dui (t) dt
图 07.07 微分电路
显然 :
uo (t) if (t)R f icR
图14.11 三角波发生器的波形
31
1.只考虑U1作用时：
Uo1
Rf R1
U1
2.只考虑U2作用时：同相端 输入电压为：
Up
R3 R2
R3
U
2
图07.02 减法电路
Uo2 Uo1 Uo2
Uo2 (1 Rf
R1
(1 Rf ) R1 R2
) R3 U R2 R3
R23RR3RU1f 1U23 1
3.总输出电压为：
Uo2
Uo1
极管发射接代替。
指数运算电路如图07.10所示。
Uo if R f id R f
R f
Is
exp
Ui UT
图 07.10 指数运算电路
R
f
Is
ln1
Ui UT
•指数运算电路相当反对数运算电路。
18
第二节、电压比较器
比较器是将一个模拟
电压信号与一个基准电压 一、 单门限比较器 相比较的电路。
常用的幅度比较电路 二、 迟滞比较器
Ui2 )
图07.01 反相求和运算电路
当R1 R2 Rf时，输出等于两输入反相之和。
Uo
(Ui1 Ui2 ) 10
（二） 同相加法电路
•在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支 路，就构成了同相输入求和电路，如图所示。
图07.02 同相加法电路
•因 运 放 具 有 虚 断 的 特性； •对 运 放 同 相 输 入 端 的电位可用叠加原理 。 求得：
I3、输出端呈电压源特性： U-
I+
U+
∞
Uo + A-U(U+-U- )
5
第二节 基本运算电路
一、比例运算电路 反相比例运算
二、加、减法运算电路 反相加法运算
同相比例运算
同相加法运算 减法运算
三、积分微分电路
四、对数指数电路
基本反相积分
对数电路
基本反相微分
指数电路
6
（一）、反相比例运算电路
1.电路
11
UP
U
Rs Rs Rf
Uo;
因: I1 I2 In
U1 U P U2 U P Un U P 0
R1
R2
Rn
U1 U2 R1 R2
Un Rn
( 1 1 R1 R2
1 Rn
)UP
1 Rs K Rs Rf
Uo
设 : R1 R2
Rn; K
R n
Uo
K (1
有电压幅度比较器、窗口 比较器，具有迟滞特性的
三、 单片集成电压比较器
比较器。这些比较器的阈 *四、 窗口比较器
值是固定的，有的只有一 个阈值，有的具有两个阈 *五、 比较器的应用
值。
19
一、 单门限比较器
只有一个门限的 比较器
(1)过零比较器和单门限电压比较器
•过零电压比较 器是典型的幅 度比较电路。
线性应用运放电路的一般分析方法
•求输出电压的方法可分步骤进行： 1、利用i+=0，由电路求出同相输入端电压u+ ； 2、利用u+=u-，确定反相输入端电压u-=u+ ； 3、利用已知电压u-，由A电路求出电流i1 ； 4、利用i-=0，求出电流 if =i1 ； 5、由电路F的特性和u-确定输出电压：uo=u--F(if ) ；
Rf Rs
)(U1 R1
U2 R2
Un ) Rn
1 (1 n
Rf Rs
) (U1 U2
Un)
结论：(1).同相加法器的输出电压与输入电压U1 Un之和成正比。
(2).缺点：调节某一支路的Rn会影响比例放大倍数 。
12
(3).优点：输入阻抗高。
二、 减法电路
P
•减法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：
• 工作在开环或正反馈状态。 • 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。 • 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线
性关系。
22
二、迟滞比较器
•由输出引一电阻分压支路到同相端，电路如图所示。
•当输入电压Ui从零逐渐增大：
1.当Ui
≤U时；
Uo
U
om
U 称为上限阈值(触发)电平。
门限宽度 U ：
U U 1 U 2
R2 R f R2
U
om
U
om
图07.03滞回比较电路 的传输特性
24
第四节、 波形发生器
一、 方波发生电路 二、 三角波发生电路 三、脉冲波 锯齿波发生电路
25
一、 方波发生电路
方波发生电路是由滞回比较电路和RC定时电路 构成的，电路如图14.07所示。
1
即：U o Ui
•是一个理想的电压跟随器。
9
（一）、 反相加法电路
Rp
•在反相比例电路的基础上加一输入支路，构成反相加法电路。
•两输入电压产生的电流都流向Rf 。所以输出是两输入信号的比
例和。
Uo (Ii1 Ii2 )Rf
(U i1 R1
U i2 R2
) Rf
(
Rf R1
U i1
Rf R2
U 1
R f U REF R f R2
R2 R f R2
U
om
2.当U i
≥ U 时：U o
U
om
•此时触发电平变为U2 ， U2 称为 下限阈值(触发)电平。
U2
R f U REF R f R2
R2 R f R2
U
om
图07.03(a)滞回比较 器电路图
23
•当 Ui逐渐减小，且Ui = U2 以前， 始终等于Uom- ，因此出现 如图所示的迟滞特性曲线。
If
Rf
3.构成要求
R1 Ui
I1
∞ Uo
Rp=R1//Rf （R +=R -）
2.分析
Rp
(1)、∵I+=0 ∴U+＝0V
(5)、
Uo U Rf I f
Rf R1
Ui
(2)、U-=U+=0V(虚地) (3)、I1=Ui /R1
AUf
Uo Ui
Rf R1
Ui
(4)、∵I-=0，∴If =I1= Ui /R1
6*、检验输出电压是否在线性范围内。
3
一、理想运放模型： •理想运放具有如下性能：
1、开环电压增益——AUd ; 2、输入电阻——Rid ; 3、输出电阻——Ro=0; 4、频带宽度——BW ; 5、共模抑制比——CMRR ;
6、失调、漂移和内部噪声为零 ;
运放的主要特点 对功能电路非常重要
30
３2４.．．在输振vo出荡1=峰-周V值期Z后：，电容C开
当v始Co1使1从T放0/A2V-V电R1VoZ的4 md，Z跳tVvPo变略2按VRR为o大线m12 +于V性VZ零上Z 时，升，，
荡如T。此 v4周oRV的4而oC上mV复V升oZm始时，间4RR产R12R和4R生V2 1下CZ振降 时间相等，斜率绝对值 也相等，故vo为三角波。
uo
u-
∞
uo u+
线性工作范围 u- - u+
0
•输入差模电压的线性工作范围很小（一般仅 十几毫伏），所以常将特性理想化
负饱和
2、运放线性工作的保障: •两输入端的电压必须非常接近，才能保障运放工作
在线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。
•运放应用电路中，负反馈是判断是否线性应用的主
要电路标志。
2
方波周期Ｔ用过渡过
程公式可以方便地求出
T
2Rf C
ln(1
2R2 R1
)
图14.08 方波发生器波形图
27
(2)占空比可调的矩形波电路
显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容 器C的充电和放电时 间常数。占空比可调 的矩形波电路见图14.09。
C充电时，充电电流
经电位器的上半部、二 极管D1、Rf；