多級放大器及運算放大器

多級放大器及運算放大器第1頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一要求：1.了解多級放大的概念，了解差動放大電路的工作原理和性能特點。2.了解集成運放的基本組成及主要參數(shù)的意義。3.理解運算放大器的電壓傳輸特性，理解理想運算放大器并掌握其基本分析方法。4.理解用集成運放組成的比例、加減、微分和積分運算電路的工作原理，了解有源濾波器的工作原理。5.理解電壓比較器的工作原理和應用。第2頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.1

多級放大器及其級間耦合方式多級放大電路的框圖多級放大器輸入級接信號源，器輸入電阻要大，以減小信號源的電流負擔，放大倍數(shù)應保證不失真。中間級主要解決放大倍數(shù)的問題，也要注意不產(chǎn)生失真。輸出級的任務是在前置級輸出足夠大信號的推動下，供給負載一定的功率，不僅要注意失真的問題，還要使電路的管耗小、效率高。第3頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.1

多級放大器及其級間耦合方式耦合方式：信號源與放大電路之間、兩級放大電路之間、放大器與負載之間的連接方式。常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。動態(tài):傳送信號減少壓降損失靜態(tài)：保證各級有合適的Q點波形不失真對耦合電路的要求耦合方式第4頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.1.1

阻容耦合第一級第二級負載信號源兩級之間通過耦合電容

C2與下級輸入電阻連接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2第5頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一1.

靜態(tài)分析

由于電容有隔直作用，所以每級放大電路的直流通路互不相通，每級的靜態(tài)工作點互相獨立，互不影響，可以各級單獨計算。兩級放大電路均為共發(fā)射極分壓式偏置電路。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2第6頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一2.

動態(tài)分析微變等效電路第一級第二級rbeRB2RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB1第7頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一阻容耦合放大電路的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號。由于集成芯片中不能制作大容量電容，所以阻容耦合放大電路不能集成化，而只用于分立原件電路。阻容耦合的特點第8頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一例2:

如圖所示的兩級電壓放大電路，已知β1=β2=50,T1和T2均為3DG8D。(1)計算前、后級放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V);(2)求放大電路的輸入電阻和輸出電阻；

(3)

求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k第9頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一【解】

(1)兩級放大電路的靜態(tài)值可分別計算。

第一級是射極輸出器:RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k第10頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一【解】第二級是分壓式偏置電路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k第11頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一【解】第二級是分壓式偏置電路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k第12頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)

計算

r

i和r

0由微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻

ri等于第一級的輸入電阻ri1。第一級是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負載有關，而射極輸出器的負載即是第二級輸入電阻

ri2。微變等效電路第13頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一(2)

計算

r

i和r

0rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第14頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)計算

r

i和r

0第15頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一(3)求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級放大電路為射極輸出器rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第16頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一(3)求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第二級放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第17頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一應用舉例鎳鎘電池恒流充電電路原理:三極管工作于恒流狀態(tài)，基極電位恒為6V；調整轉換開關Ｓ使充電電流限制在50mA和100mA;性能:正常充電時間7小時左右;充電電流為恒定值；充電電流大小由電池額定容量確定。LED電池R3u2TrD~220VR2S50mA100mADZ6V6V+R5R4R1C+–T第18頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一

LED發(fā)光二極管承受正向電壓導通發(fā)光,發(fā)光強度與通過的電流大小有關。LED與R5串聯(lián)后，接于R4兩端，R4兩端電壓的大小，反映充電電流的大小，LED發(fā)光的亮、暗指示S的位置,R5是LED的限流電阻,使通過LED的電流限制在一定數(shù)值。LED電池R3u2TrD~220VR2S50mA100mADZ6V6V+R5R4R1C+–T第19頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.1.2

直接耦合直接耦合：將前級的輸出端直接接后級的輸入端。可用來放大緩慢變化的信號或直流量變化的信號。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE2第20頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一2.零點漂移零點漂移：指輸入信號電壓為零時，輸出電壓發(fā)生緩慢地、無規(guī)則地變化的現(xiàn)象。uot0產(chǎn)生的原因：晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓波動、電路元件參數(shù)的變化。直接耦合存在的兩個問題：1.前后級靜態(tài)工作點相互影響第21頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一由于前、后級電路直接相連，各級靜態(tài)工作點相互影響且逐級提高，輸入信號為零時輸出信號不為零。而且當調整電路的某一參數(shù)時，可能帶來多級電路靜態(tài)工作點的變化，這就給電路的設計和調試帶來一定的困難。由于電路中沒有耦合電容，直接耦合放大電路具有很好的低頻特性，能夠放大變化緩慢的信號，而且便于集成化。目前集成放大電路幾乎均為直接耦合放大電路。直接耦合的特點第22頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一直接耦合電路可以放大信號頻率趨于零的小信號，如前級因受環(huán)境影響工作點有微小的變化，后級可以將這一變化的信號加以放大形成更大的輸出，這種現(xiàn)象為零點漂移。直接耦合的特點第23頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一若由于溫度的升高IC1增加1%，試計算輸出電壓Uo變化了多少？已知：UZ=4V，UBE=0.6V，RC1=3k，RC2=500，1=2=50。溫度升高前，IC1=2.3mA，Uo=7.75V。IC1=2.31.01=2.323mAUC1=UZ+UBE2=4+0.6=4.6V例：uZ–++UCCuoRC2T2ui=0RC1R1T1R2––++RDZ第24頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一已知：UZ=4V，

UBE=0.6V，

RC1=3k，

RC2=500，1=2=50。溫度升高前，IC1=2.3mA，Uo=7.75V。IC2=2?

IC2=500.147=7.35mAUo=8.325－7.75=0.575V

提高了7.42%

可見，當輸入信號為零時，由于溫度的變化，輸出電壓發(fā)生了變化即有零點漂移現(xiàn)象。例：uZ–++UCCuoRC2T2ui=0RC1R1T1R2––++RDZ第25頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一零點漂移的危害：直接影響對輸入信號測量的準確程度和分辨能力。嚴重時，可能淹沒有效信號電壓，無法分辨是有效信號電壓還是漂移電壓。一般用輸出漂移電壓折合到輸入端的等效漂移電壓作為衡量零點漂移的指標。輸入端等效漂移電壓輸出端漂移電壓電壓放大倍數(shù)只有輸入端的等效漂移電壓比輸入信號小許多時，放大后的有用信號才能被很好地區(qū)分出來。第26頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一由于不采用電容，所以直接耦合放大電路具有良好的低頻特性。通頻帶f|Au

|0.707|Auo|0fH|Auo|幅頻特性抑制零點漂移是制作高質量直接耦合放大電路的一個重要的問題。適合于集成化的要求，在集成運放的內部，級間都是直接耦合。第27頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.1.3

變壓器耦合變壓器耦合：級與級之間通過變壓器連接起來的方式。各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立，便于設計與調試；但高低頻信號傳遞效果均不好，不可以放大變化緩慢的信號，且笨重、不能集成化。第28頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.1.4

差動放大電路差動放大電路的工作情況電路結構對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對應電阻元件的參數(shù)值都相等。差動放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結構。差動放大原理電路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2兩個輸入、兩個輸出兩管靜態(tài)工作點相同第29頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一1.零點漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0靜態(tài)時，ui1

=

ui2

=0當溫度升高時ICVC（兩管變化量相等）對稱差動放大電路對兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2第30頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一2.有信號輸入時的工作情況兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對共模信號沒有放大能力。1)

共模信號

ui1=ui2

大小相等、極性相同差動電路抑制共模信號能力的大小，反映了它對零點漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–共模信號需要抑制第31頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22.有信號輸入時的工作情況兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，2)差模信號

ui1=–ui2

大小相等、極性相反差模信號是有用信號uo=(VC1－VC1

)－(VC2+

VC１)=－2VC1即對差模信號有放大能力。+–+–+–+–+–+–第32頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一3)比較輸入

ui1、ui2大小和極性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號差模信號放大器只放大兩個輸入信號的差值信號—差動放大電路。這種輸入常作為比較放大來應用，在自動控制系統(tǒng)中是常見的。第33頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一

1)差模電壓增益（差模放大倍數(shù)）3.主要參數(shù)

2)共模電壓增益（共模放大倍數(shù)）

3)總輸出電壓uo=Acuic+Aduid第34頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一（CommonModeRejectionRatio)全面衡量差動放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMRR越大，說明差放分辨差模信號的能力越強，而抑制共模信號的能力越強。4)共模抑制比共模抑制比第35頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一若電路完全對稱，理想情況下共模放大倍數(shù)Ac=0

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若電路不完全對稱，則Ac0，實際輸出電壓

uo

=Acuic+

Ad

uid即共模信號對輸出有影響。第36頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.1.5

差動放大電路的輸入輸出方式四種輸入輸出方式第37頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.1.6

多級放大器的分析靜態(tài)工作點分析對阻容耦合和變壓器耦合電路，由于各級工作點之間是相互隔離的，因此可以運用單級放大器工作點的方法計算。對直接耦合電路，因其工作點相互牽制，要通過聯(lián)立方程來計算靜態(tài)工作點。2.動態(tài)分析(1)電壓放大倍數(shù)Au。

多級放大電路總的電壓放大倍數(shù)等于各級放大倍數(shù)的連乘積，即注意：計算n級中每一級的電壓放大倍數(shù)時，必須考慮前后級之間的相互影響，一般是將后級輸入電阻作為前級負載。第38頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.1.6

多級放大器的分析(2)輸入電阻ri和輸出電阻ro。一般說來，

多級放大器的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻；

輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。第39頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.1.7典型差動放大電路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2EE+–RE的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點，限制每個管子的漂移。EE：用于補償RE上的壓降，以獲得合適的工作點。第40頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.2

集成運算放大器特點：體積小，重量輕，耗電省(低功耗)，可靠性高集成電路(IntegratedCircuits,IC)：是在半導體制造工藝的基礎上，把整個電路中的元器件(例如三極管、電阻)及其連接導線，制作在一塊硅片上，構成特定功能的電子電路。分類：(1)按產(chǎn)品情況分：集成運算放大器，集成功率放大器，集成穩(wěn)壓器，時基電路等。(2)按單片上集成的元器件數(shù)目分：小規(guī)模SSI，中規(guī)模MSI，大規(guī)模LSI，超大規(guī)模VLSI。(3)按信號分：模擬集成電路，數(shù)字集成電路。第41頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.2.1

集成運算放大器集成運算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應用最廣泛的一種模擬集成電路。特點：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸Auo高:80dB~140dBrid高:105~1011ro低:幾十~幾百KCMRR高:70dB~130dB集成運放的符號：uo++Auou+u–。。

。+UCC–UEE–第42頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一+UCC–UEEuou–u+11.2.2電路的簡單說明輸入級中間級輸出級同相輸入端輸出端反相輸入端輸入級：輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干擾信號，都采用帶恒流源的差放

。中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構成。輸出級：與負載相接，要求輸出電阻低，帶負載能力強，一般由互補對稱電路或射極輸出器構成。第43頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.2.3主要參數(shù)1.最大允許輸出電壓UOmax

額定電壓和額定負載下，不出現(xiàn)明顯非線性失真的最大輸出電壓峰值。2.開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo

運放沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。

Auo愈高，所構成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。6.最大共模輸入電壓UICM

運放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。愈小愈好3.輸入失調電壓UIO4.輸入失調電流IIO5.輸入偏置電流IIB第44頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.2.3主要參數(shù)7.最大差模輸入電壓Uidm

運放兩個輸入端之間能承受的最大差值電壓。8.共模抑制比KCMRR

9.差模輸入電阻rid、輸出電阻ro10.轉換速率SR第45頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.2.4理想運算放大器的線性分析特點1.理想運算放大器Auo

，rid，ro0，KCMRR2.電壓傳輸特性uo=f(ui)線性區(qū)：uo

=Auo（u+–u–）非線性區(qū)：u+>u–

時，uo=+UoM

u+<u–

時，uo=–UoM

+UoM

u+–u–

uo-UoM線性區(qū)理想特性實際特性uo++u+u–+UCC–UEE–飽和區(qū)第46頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一3.理想運放工作在線性區(qū)的特點∵uo

=Auo(u+–

u–

)∴①差模輸入電壓約等于0

即u+=u–

稱“虛短”②輸入電流約等于0

即i+=i–0稱“虛斷”

電壓傳輸特性

Auo越大，運放的線性范圍越小，必須加負反饋才能使其工作于線性區(qū)。++∞uou–u+i+i––

u+–u–

uo線性區(qū)-UoM+UoM第47頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一4.理想運放工作在非線性區(qū)的特點①輸出只有兩種可能+UoM或–UoM②i+=i–0

，仍存在“虛斷”現(xiàn)象電壓傳輸特性

u+–u–

uo-UoM+UoM飽和區(qū)當u+>u–

時，uo=+UoM

u+<u–

時，uo=–UoM

不存在“虛短”現(xiàn)象

第48頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一一般集成運算放大器都具有兩個輸入端，一個輸出端。兩個輸入端中：當同相輸入端u+的輸入信號上升，輸出信號上升；當反相輸入端u-的輸入信號上升，輸出信號下降。uo++u+u–+UCC–UEE–第49頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.3

集成運算放大器

的線性應用分析當集成運放通過外接電路引入負反饋，使其閉環(huán)工作于線性區(qū)時，稱為集成運算放大器的線性應用。第50頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.3.1比例運算1.

反相比例運算（1）電路組成

以后如不加說明，輸入、輸出的另一端均為地()。（2）電壓放大倍數(shù)∵虛短

∴

u–=u+=0，稱反相輸入端“虛地”—反相輸入的重要特點∵虛斷，i+=i–=0

，

ifi1i–i+uoRFuiR2R1++––++–∴i1if

∵要求靜態(tài)時u+、u-對地電阻相同，∴平衡電阻R2=R1//RF第51頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一⑤當R1＝RF時，

Auf

＝－1，輸出電壓和輸入電壓大小相等、相位相反，因此又稱為“反相器”。

結論：①Auf為負值，即uo與ui極性相反?！遳i加在反相輸入端。②Auf

只與外部電阻R1、RF

有關，與運放本身參數(shù)無關。③|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。④∵

u-=u+=0，∴反相輸入端“虛地”。第52頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一例：電路如下圖所示，已知R1=10k

，RF=50k。求：1.Auf

、R2；

2.若R1不變，要求Auf為–10，則RF

、R2應為多少？解：1.Auf=–RF

R1

=–5010=–5R2=

R1

RF

=1050(10+50)=8.3k2.∵

Auf

=–RFR1

，R1

=–RF

10=–10

∴RF=Auf

R1=1010=100k

R2=10100(10+100)=9.1kuoRFuiR2R1++––++–第53頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一2.同相比例運算∵虛斷，∴

u+=ui

（1）電路組成（2）電壓放大倍數(shù)uoRFuiR2R1++––++–∵虛短，∴

u–=ui

，反相輸入端不“虛地”

∵要求靜態(tài)時u+、u-對地電阻相同，∴平衡電阻R2=R1//RFu+u–第54頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一結論：①Auf為正值，即

uo與ui極性相同?！遳i

加在同相輸入端。②Auf只與外部電阻R1、RF有關，與運放本身參數(shù)無關。③Auf≥1，不能小于1。④u-=u+

≠0，反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。第55頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一當R1=或RF

=0時，uo=ui，

Auf=1，稱電壓跟隨器。uoRFuiR2R1++––++–由運放構成的電壓跟隨器輸入電阻高、輸出電阻低，其跟隨性能比射極輸出器更好。uoui++––++–左圖是一電壓跟隨器，電源經(jīng)兩個電阻分壓后加在電壓跟隨器的輸入端，當負載RL變化時，其兩端電壓uo不會隨之變化。uo+–++–15kRL15k+15V7.5k例：第56頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一負載電流的大小與負載無關。例2：負載浮地的電壓——電流的轉換電路1.

能測量較小的電壓；2.

輸入電阻高，對被測電路影響小。流過電流表的電流IGUxR2R1+–++–RLuiR2R1+–++–iLi1第57頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.3.2加法運算電路

1.反相加法運算電路∵虛短u-=u+=0

平衡電阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–∵虛斷，i–=0

∴ii1+ii1=if

)(2i2iF1i1iFouRRuRRu+-=第58頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一2.同相加法運算電路方法1:根據(jù)疊加原理：

ui1單獨作用(ui2＝0)時，同理，ui2單獨作用時ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–第59頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一方法2：平衡電阻：

Ri1//Ri2

=R1

//RFu+ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–思考u+=?也可寫出u-和u+的表達式，利用u-=u+的性質求解。第60頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一1.輸入電阻低；2.共模電壓低；3.當改變某一路輸入電阻時，對其它路無影響；同相加法運算電路的特點：1.輸入電阻高；2.共模電壓高；3.當改變某一路輸入電阻時，對其它路有影響；反相加法運算電路的特點：ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–)(2i2iF1i1iFouRRuRRu+-=第61頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.3.3減法運算電路由虛斷可得：由虛短可得：分析方法1：ui2uoRFui1R3R2++–R1+–++––如果取R1

=R2

，R3

=RF

如R1

=R2

=R3

=RF

R2//R3

=R1

//RF輸出與兩個輸入信號的差值成正比。常用做測量放大電路第62頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一分析方法2：利用疊加原理減法運算電路可看作是反相比例運算電路與同相比例運算電路的疊加。u+ui2uoRFui1R3R2++–R1+–++––第63頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.3.4積分運算電路由虛短及虛斷性質可得

i1=ifif=?ifi1uoCFuiR2R1++––++–uc+–當電容CF的初始電壓為uc(t0)時，則有第64頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一若輸入信號電壓為恒定直流量，即ui=Ui時，則uitO積分飽和線性積分時間線性積分時間-UOMuotO+UOMui=Ui>0

ui=Ui<0

采用集成運算放大器組成的積分電路，由于充電電流基本上是恒定的，故uo是時間t的一次函數(shù)，從而提高了它的線性度。輸出電壓隨時間線性變化tCRUF1i-=第65頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一

將比例運算和積分運算結合在一起，就組成比例—積分運算電路。uoCFuiR2R1++––++–RFifi1電路的輸出電壓上式表明：輸出電壓是對輸入電壓的比例—積分這種運算器又稱PI調節(jié)器,常用于控制系統(tǒng)中,以保證自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。改變RF和CF，可調整比例系數(shù)和積分時間常數(shù),以滿足控制系統(tǒng)的要求。第66頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.3.5微分運算電路uot0t0uiifi1由虛短及虛斷性質可得

i1=ifuoC1uiR2RF++––++–第67頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一比例—微分運算電路上式表明：輸出電壓是對輸入電壓的比例—微分控制系統(tǒng)中，PD調節(jié)器在調節(jié)過程中起加速作用，即使系統(tǒng)有較快的響應速度和工作穩(wěn)定性?！狿D調節(jié)器uoC1uiR2RF++––++–R1ifiRiC第68頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.3.6有源濾波器濾波器是一種選頻電路。它能選出有用的信號，而抑制無用的信號，使一定頻率范圍內的信號能順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減很大。無源濾波器：由電阻、電容和電感組成的濾波器。有源濾波器：含有運算放大器的濾波器。缺點：低頻時體積大，很難做到小型化。優(yōu)點：體積小、效率高、頻率特性好。

按頻率范圍的不同，濾波器可分低通、高通、帶通和帶阻等。第69頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一1.有源低通濾波器uiuoRFuCCR++–R1+–++––設輸入為正弦波信號,則有故：第70頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一若頻率為變量，則電路的傳遞函數(shù)其模為幅頻特性0|Auf0||T(j)|o第71頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一當

>0時，|T(j)|

衰減很快顯然，電路能使低于0的信號順利通過，衰減很小，而使高于0的信號不易通過，衰減很大，稱一階有源低通濾波器。為了改善濾波效果，使

>

0時信號衰減得更快些，常將兩節(jié)RC濾波環(huán)節(jié)串接起來，組成二階有源低通濾波器。uoRFCR++–R1+–ui+–RC一階二階幅頻特性0|Auf0||T(j)|o第72頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一2.有源高通濾波器uiuoRFCR++–R1+–+–設輸入為正弦波信號，則有故：第73頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一可見，電路使頻率大于0

的信號通過，而小于0

的信號被阻止，稱為有源高通濾波器。若頻率為變量，則電路的傳遞函數(shù)其模為幅頻特性0|Auf0||T(j)|o第74頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.4

集成運算放大器

的非線性應用分析當集成運放處于開環(huán)或引入正反饋使其工作于非線性區(qū)時，稱為集成運算放大器的非線性應用。第75頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一模擬開關模擬輸入信號1.電路11.4.1采樣保持電路

Suc+–ui+–uo+–++–

采樣保持電路，多用于模一數(shù)轉換電路（A/D）之前。由于A/D轉換需要一定的時間，所以在進行A/D轉換前必須對模擬量進行瞬間采樣，并把采樣值保存一段時間，以滿足A/D轉換電路的需要。用于數(shù)字電路、計算機控制及程序控制等裝置中。采樣存儲電容控制信號電壓跟隨器第76頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一2.工作原理11.4.1采樣保持電路

Suc+–ui+–uo+–++–1.電路采樣階段：

uG為高電平，S閉合(場效應管導通)，

ui對存儲電容C充電，uo=uc

=ui

。保持階段：

uG為0，

S斷開(場效應管截止)，輸出保持該階段開始瞬間的值不變。采樣脈沖uitouGto采樣速度愈高，愈接近模擬信號的變化情況。第77頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.4.2

電壓比較器功能：電壓比較器用來比較輸入信號與參考電壓的大小。當兩者幅度相等時輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來判斷輸入信號的大小和極性。用途：數(shù)模轉換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等技術領域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合。

運放工作在開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。第78頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一理想運放工作在非線性區(qū)的特點：①輸出只有兩種可能+Uo

(sat)

或–Uo(sat)

當u+>u－

時，uo=+Uo

(sat)

u+<u－

時，uo=–

Uo(sat)

不存在“虛短”現(xiàn)象

②i+=i－0仍存在“虛斷”現(xiàn)象電壓傳輸特性

u+–u–

uo-Uo(sat)+Uo(sat)飽和區(qū)第79頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一電壓傳輸特性

–Uo(sat)

+Uo(sat)運放處于開環(huán)狀態(tài)1.基本電壓比較器閾值電壓：輸出躍變所對應的輸入電壓。uiuooURURuouiR2++–R1+–++––當u+>u–

時，uo=+Uo

(sat)

u+<u–

時，uo=–Uo

(sat)

即ui<UR時，uo=+Uo

(sat)

ui

>UR

時，uo=–

Uo

(sat)UR：參考電壓（閾值電壓或門限電壓）翻轉條件?？梢姡趗i=UR處輸出電壓uo發(fā)生躍變。第80頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一uitoURouot+Uo

(sat)

–Uo

(sat)t1t2單限電壓比較器：

當ui

單方向變化時，uo

只變化一次。URuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuooUR第81頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一ui>UR，uo=+Uo

(sat)ui

<UR，uo=–Uo

(sat)URuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2++–R1+–++––

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuooUR輸入信號接在反相端輸入信號接在同相端電壓傳輸特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuooUR第82頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一URuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2++–R1+–++––ouot

+Uo(sat)

–Uo(sat)uitoURt1t2ot

+Uo(sat)

–Uo(sat)uo輸入信號接在反相端輸入信號接在同相端第83頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一輸出帶限幅的電壓比較器設穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略穩(wěn)壓管的正向導通壓降則ui

<

UR，uo

=UZ

ui>UR，uo=–UZUZ–UZuo'RDZURuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuooURui<UR時，uo'

=+Uo

(sat)

ui

>UR

時，uo'

=–

Uo

(sat)

第84頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一過零電壓比較器tuituo+Uo(sat)-Uo(sat)利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲║RuouiR2++–R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuooUR=0第85頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一2.滯回比較器上門限電壓下門限電壓

電路中引入正反饋1.提高了比較器的響應速度2.輸出電壓的躍變不是發(fā)生在同一門限電壓上RF當uo=+Uo(sat)，則當uo

=–Uo(sat)，則門限電壓受輸出電壓的控制R2uoui++–R1+–+–－－第86頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一上門限電壓U'+

：ui逐漸增加時的門限電壓下門限電壓U"+：ui

逐漸減小時的門限電壓uiuo0

-Uo(sat)+Uo(sat)電壓傳輸特性uit0uo0t+Uo(sat)-Uo(sat)兩次跳變之間具有遲滯特性—滯回比較器RFR2uoui++–R1+–+–第87頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)疊加原理，有改變參考電壓UR，可使傳輸特性沿橫軸移動。可見：傳輸特性不再對稱于縱軸，+UR–RFR2uoui++–R1+–+–uiuo0

-Uo(sat)+Uo(sat)電壓傳輸特性當參考電壓UR不等于零時第88頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一定義：回差電壓與過零比較器相比具有以下優(yōu)點：1.改善了輸出波形在躍變時的陡度。2.回差提高了電路的抗干擾能力，U越大，抗干擾能力越強。結論：1.調節(jié)RF

或R2

可以改變回差電壓的大小。2.改變UR可以改變上、下門限電壓，但不影回差電壓U。電壓比較器在數(shù)據(jù)檢測、自動控制、超限控制報警和波形發(fā)生等電路中得到廣泛應用。第89頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一解：對圖（1）

上門限電壓

下門限電壓例：Uo(sat)

=±6V，UR

=5V，RF

=20k，

R2=10k，求上、下門限電壓。（1）RFR2uoui++–R1+–+–+UR–RFR2uoui++–R1+–+–（2）第90頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一解：對圖（2）

例：Uo(sat)

=±6V，UR

=5V，RF

=20k，

R2=10k，求上、下門限電壓。（1）RFR2uoui++–R1+–+–+UR–RFR2uoui++–R1+–+–（2）第91頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一（1）RFR2uoui++–R1+–+–+UR–RFR2uoui++–R1+–+–（2）uiuo0-6-226圖(1)的電壓傳輸特性圖(2)的電壓傳輸特性uoui0

-661.335.33第92頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.5

運放在波形產(chǎn)生方面的應用波形發(fā)生器的作用：產(chǎn)生一定頻率、幅值的波形（如正弦波、方波、三角波、鋸齒波等）。特點：不用外接輸入信號，即有輸出信號。第93頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一11.5.1矩形波發(fā)生器1.電路結構

由滯回比較器、

RC充放電電路組成，電容電壓uc

即是比較器的輸入電壓，2.工作原理設電源接通時，

uo

=+Uo(sat)

，uc(0)=0。電阻R2兩端的電壓UR即是比較器的參考電壓。

uo

通過RF對電容C充電，uc

按指數(shù)規(guī)律增長。RFCuc+–R1R2uo++–+–充電UR+–第94頁，共105頁，2023年，2月20日，星期一當uo

=+Uo(sat)時，電容充電，uc上升，電容放電，

uc下降，當uc=UR

時，uo

跳變成