2009-7-26 电工电子学 B
集成运算放大器南京工业大学信息科学与工程学院电子系第五章
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第五章 集成运算放大器
1、集成运算放大器概述
2、放大电路中的负反馈
4、集成运放在信号处理方面的运用
3、集成运放在信号运算方面的运用返回前一页 后一页
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1、了解集成运放的基本概念、电压传输特性和主要参数。
2、理解反馈的概念，了解反馈的类型；了解负反馈对放大电路性能的影响。
3、掌握理想运算放大器的基本分析方法，理解集成运放组成的比例、加、减、微分和积分电路的工作原理。
4、了解单门限电压比较器的工作原理。
基本要求,后一页返回前一页
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重点：
了解集成运放的电压传输特性和主要参数。
理解反馈的概念，了解负反馈对放大电路性能的影响。
掌握理想运算放大器的基本分析方法。
了解单门限电压比较器的工作原理。
难点,
反馈的极性和类型判断，理想运放虚短、虚断的概念。
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第一节 集成运算放大器概述一,集成运放的基本组成集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的直 接耦合放大器。
四个组成部分：输入级、中间级、输出级和偏置电路
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输入级,具有较高的输入电阻，能见效零点漂移和抑制干扰信号，采用差动放大电路。
中间级,提供足够大的电压放大倍数。常采用一级或多级共射放大电路。
输出级,要向负载提供一定的功率，要求输出阻抗 Ro小，带负载能力强。常采用射极输出器或互补射极输出器组成。
偏置电路,提供合适的工作电流。
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二、集成运放的输入级 —差动放大电路集成运放电路主要采用直接耦合方式，因此需要解决零点漂移的问题。
差动放大电路作为多级放大电路的输入级,能够抑制零点漂移 。
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电路结构
T1和 T2特性相同，电路结构对称，
两个输入、两个输出
uo
ui1
+UCC
RC
T1
RC
T2
ui2
+ +
+
–
–
–
uo1
–
uo2
–
+ +
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双端输入,ui = ui1 - ui2
单端输入,ui = ui1,ui2 =0
双端输出,uo = uo1 - uo2
单端输出,uo = uo1,uo2 =0
1、输入和输出方式
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2、输入信号差模信号,ui1 =- ui2
uid = ui1 - ui2
ui1 = 1/2uid
ui2 = -1/2uid
共模信号,ui1 = ui2 =uic
uic = 1/2( ui1 + ui2 )
比较输入,ui1 = 1/2uid+uic
ui2 = -1/2uid+uic
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３,抑制零点漂移的原理
uo= (uC1 －?uC1 ) － (uC2－?uC2 ) = 0
静态时,ui1= ui2 = 0
当温度升高时?ICuc? （两管变化量相等）
uo
ui1
+UCC
RCR
B2
T1
RB1
RC
T2
ui2
RB2
RB1
+ +
+
–
–
–
uo = uo1 - uo2
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差模信号,ui1 =－ ui2
uo
ui1
+UCC
RCR
B2
T1
RB1
RC
T2
ui2
RB2
RB1
+ +
+
–
–
–
+
－ +
－
4、共模抑制比
Ad=uo/uid=2uo1/2ui1=A1
双入双出
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共模信号,ui1 = ui2
+
－ －
+
uo
ui1
+UCC
RCR
B2
T1
RB1
RC
T2
ui2
RB2
RB1
+ +
+
–
–
–
uo = uo1-uo2=0
uo1 = uo2
Ac=uo/uic=0
双入双出
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（ Common - Mode Rejection Ratio)
C
d
C M R R A
A
K? ) (20)( 分贝
C
d
C M R R A
A
lgdBK?
衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。
差模放大倍数共模放大倍数
KCMRR越大，说明差模放大倍数越大，抑制共模信号的能力越强。
前一页 后一页返回共模抑制比
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－ UＣＣ
+UCC
u+
uo
u–
反相输入端同相输入端
T3
T4
T5T
1 T2
IS
输入级中间级输出级与 uo反相与 uo同相三、集成运放的工作原理电路结构
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四、集成运放的特性
1）开环差模电压增益 Ao
是决定运放运算精度的主要因素。
2）最大输出电压 UOmax
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
3)输入失调电压 UIO
4)输入失调电流 IIO
5)输入偏置电流 IIB 愈小愈好
1．集成运放的主要参数
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２、集成运放的电压传输特性
uo= f (ui)
+Uo
-Uo
ui = u+－ u-
uo
线性区饱和区线性区：
uo = Ao（ u+－ u－ ）
饱和区：
u+> u－ 时,uo = +Uo
u+< u－ 时,uo = － Uo
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∵ uo = Ao（ u+－ u－ ）
+Uo(sat)
-Uo(sat)
ui= u+－ u－
uo
线性区电压传输特性
+
+
∞ u
o
u- 。
u+ i+
i-
３、集成运放的理想特性
Auo,KCMRR，
rid,ro?0
② 输入电流约等于 0
即 i+= i－? 0 称“虚断”
∴ ① 差模输入电压约等于 0
即 u+= u－ 称“虚短”
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第二节 放大电路中的负反馈一,反馈的基本概念二,放大电路中负反馈的类型三,负反馈对放大电路性能的改善
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一、反馈的基本概念反馈,将放大电路输出端的信号 (电压或电流 )
的一部分或全部引回到输入端。
+UCC
REiU? oU?
+ +
– –
+UCC
RE
iU? oU?
++
– –
将输出电流反馈到输入将输出电压反馈到输入
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反馈放大电路的三个环节：
基本放大电路
d
o
X
XAo
o
f
X
X
F?
比较环节
fid XXX
反馈电路 F
fX?
iX?
反馈电路
–
+?
输出信号输入信号反馈信号反馈系数净输入信号
dX? oX
基本放大电路 Ao
放大倍数
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直流反馈,反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。
负反馈,反馈信号削弱净输入信号，
使放大倍数降低。
交流反馈,反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。
正反馈,反馈信号增强净输入信号，
使放大倍数提高。
二、放大电路中负反馈的类型
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１、放大电路中负反馈的类型
1) 根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。
电流负反馈 具有 稳定输出电流,增大输出电阻的作用。
电压负反馈 具有 稳定输出电压,减小输出电阻的作用。
如果反馈信号取自输出电压，叫 电压反馈 。
如果反馈信号取自输出电流，叫 电流反馈 。
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2) 根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。
反馈信号与输入信号串联，称为 串联反馈 。
反馈信号与输入信号并联，称为 并联反馈 。
串联反馈使电路的输入电阻增大，
并联反馈使电路的输入电阻减小。
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ii
if
ib
ib= ii - if
输入信号反馈信号净输入信号并联反馈
ube= ui - uf
输入信号净输入信号串联反馈
ufui
ube+ +
+
–
–
–
反馈信号反馈信号与输入信号并联，即反馈电流信号与输入信号电流比较,称为并联反馈。
反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较的，称为串联反馈。
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3)交流反馈与直流反馈在反馈网络中串接隔直电容，可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。
在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，
可以使其只对直流起作用。
反馈只对交流信号起作用，称为交流反馈。反馈只对直流起作用，称为直流反馈。
有的反馈对交直流均起作用。
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RE直流反馈 RE交直流反馈
+UCC
REiU? oU?
+ +
– –
+UCC
RE
iU? oU?
++
– –
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负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈负反馈的分类
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３、负反馈放大电路的分析分析步骤：
3) 判别是否负反馈？
1) 找出反馈网络（一般是电阻、电容）。
2) 判别是交流反馈还是直流反馈？
4) 是负反馈！判断是何种类型的负反馈？
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例 1：
1) 判反馈元件 （电阻和电容）
(1）连接在输入与输出之间的元件。
(2）为输入回路与输出回路所共有的元件。
发射极电阻 RE为输入回路与输出回路所共有，所以 RE是反馈元件。
+UCC
REiU? oU?
+ +
– –
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例 1,2）判断是交流反馈还是直流反馈交、直流分量的信号均可通过 RE，所以
RE引入的是交、直流反馈。
如果有发射极旁路电容,RE中仅有直流分量的信号通过,这时 RE引入的则是直流反馈。
Ｃ E
+UCC
REiU? oU?
+ +
– –
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例 1,3)判断反馈类型 重点讨论交流反馈
eI?
fU?
beU?
fibe UUU
净输入信号：
ui与 uf串联，以电压形式比较 ——串联反馈
ui正半周时,uf也是正半周，即两者同相
fibe UUU
减小
---负反馈
EcEef RIRIU
uf 正比于输出电流 ——电流反馈
——电流串联负反馈跳转 2
+UCC
REiU? oU?
+ +
– –
+
–
+ –
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判断负反馈的方法：
瞬时极性法：
1）假设输入级基极瞬时极性为正，根据 集电极瞬时极性与基极相反,发射极瞬时极性与基极相同 的原则，标出相关各点的瞬时极性。
+ +－
+
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2）判断正、负反馈及串、并联反馈
+
－
+
－
输入与反馈极性相同为负反馈输入与反馈极性相反为正反馈输入与反馈极性相反为负反馈输入与反馈极性相同为正反馈反馈到基极为并联反馈反馈到发射极为串联反馈返回后一页前一页
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RL
io
iE
从集电极引出为电压反馈从发射极引出为电流反馈共发射极电路
3）判断电压、电流反馈
uoRL
+
–
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判断反馈类型的口诀：
共发射极电路：
集出为压，射出为流，
基入为并，射入为串。
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例 1：判断图示电路中 RE1,RE2 的负反馈作用。
RCR
B1
RB2 RE1
RE2 C
E
C2
C1
+UCC
uoui
RE2对交流不起作用,RE1对交、直流均起作用电流串联反馈
+
+
– –
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例 2：判断 Rf是否负反馈，若是，判断反馈的类型。
+
–
C1
RB1 RC1 RB21
RB22
RC2
RE2R
E1 CE
C3
C2
+UCC
uou
i
+
–
T1 T2
Rf
电压串联负反馈（交流反馈）
－
－
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+
–
C1
RB1 RC1 RB21
RB22
RC2
RE2RE1
C3C2
+UCC
uou
i
+
–
T2Rf
若 Rf与 T２ 发射极相接如图所示，
引入的是何种类型的 反馈？
T1?
－
－
－－
正反馈返回后一页前一页
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例 3：判断图示电路 Rf的反馈类型。
uo
ui R
E2
Rf
RE1
RC1 RC2
+UCC
电流并联负反馈（交、直流反馈）
－
－
+－
– –
+
+
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三、负反馈对放大电路性能的影响基本放大电路 AdX
oX?
反馈电路 F
fX?
iX? +–
d
o
X
X
A
o
f
X
X
F?
fid XXX
反馈电路的基本方程反馈系数 净输入信号基本放大器的放大倍数返回后一页前一页
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1,提高放大倍数的稳定性闭环放大倍数fA
开环放大倍数A
d
o
X
X
A?
o
f
X
X
F?
fid XXX
AF
A
X
X
A
i
o
f 1?
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负反馈使放大倍数下降。
AF
AA
f 1 A
Ad
AFA
Ad
f
f
1
1
引入负反馈使放大倍数的稳定性提高 。
df XX,同相，所以 AF是正实数负反馈时，
放大倍数下降 1+|AF|倍，其稳定性提高 1+|AF|倍 。
AF
AA
f 1
中，
d
f
o
f
d
o
X
X
X
X
X
X
AF?
则有,AA
f?
返回后一页前一页
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若 1AF 称为 深度负反馈,此时：
在深度负反馈的条件下，放大倍数只与反馈网络有关。
——反馈深度
AF
AA
f 1 AF?1
F
A f
1
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2,减小非线性的失真
Aui
uf
ud
加反馈前加反馈后
uo
ui
小大小大小大负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，
因此只能减小失真，但不能完全消除失真。
uoA
F
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3,扩展宽通频带引入负反馈使电路的通频带宽度增加：
oof BFAB )1(
f
Au 无负反馈有负反馈跳转 返回后一页前一页
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4,对输入电阻的影响在同样的 Ib下,Ui= Ube + Uf > Ube,?rif 提高。
iif rFAr )1( 0
1）串联负反馈
b
be
b
i
i I
U
I
Ur无负反馈时：
有负反馈时：
b
i
if I
Ur?
ui ube
ib
+ +
–
–
uf+
–
使电路的输入电阻提高返回后一页前一页
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FA
rr i
fi
01?
if
b
be
i I
Ur?无负反馈时：
有负反馈时：
i
be
if I
Ur?
在同样的 Ube下,Ii= Ib + If > Ib,?rif 降低 。
2）并联负反馈 使电路的输入电阻降低
ii ib
ube+
–
返回后一页前一页
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oof rFAr )1( 0
FA
rr o
of
01?
电压负反馈具有稳定输出电压的作用，
即有恒压输出特性，故输出电阻降低。
电流负反馈具有稳定输出电流的作用，
即有恒流输出特性，故输出电阻提高。
1）电压负反馈使电路的输出电阻降低
2）电流负反馈使电路的输出电阻提高
5,对输出电阻的影响返回后一页前一页
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第三节 集成运放器在信号运算方面的运用一、比例运算二、加法运算三、减法运算四、积分运算五、微分运算后一页返回前一页一、比例运算
1、反相比例运算
（ 1）电路组成以后如不加说明，
输入、输出的另一端均为地（?） 。
（ 2）电压放大倍数
∵ 虚断 0
ii
1
1 R
uui i
F
F R
uui 0
∵ 虚短 ∴ u- = u+ = 0
称“虚地” —反相输入的重要特点
fii 1
uo+ +
∞.
ui R
2
RF
u+
u_ 。。
R1,
。 。
+ +
– –
i1
if
i-
i+
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一、比例运算
∵ 要求静态时 u+,u-
对地电阻相同,∴ 平衡电阻 R2 = R1 // RF
∵ 虚短 ∴ u- = u+ = 0
称“虚地” —反相输入运算的重要特点
1R
R
u
u
A F
i
o
uf
i
F
o u
R
R
u
1
uo
+
+
∞.u
i
R2
RF
u+
u_ 。。
R1
.
。 。
+ +
– –
1、反相比例运算电压并联负反馈 输入电阻低，共模电压? 0
－－
后一页返回前一页
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⑤ 电压并联负反馈，输入电阻低,
结论：
① Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。 ∵ ui 加在反相输入端。
② Auf 只与外部电阻 R1,RF 有关，与运放本身参数无关。
③ | Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。
④ ∵ u- = u+ = 0,∴ 反相输入端“虚地”。
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例：电路如下图所示，已知 R1= 10 k?,RF = 50 k? 。
求,1,Auf ；
2、若 R1不变，要求 Au f为 – 10，则 RF 应为 多少？
RF
+
+
∞,.u
i u
oR
2 u+
u_ 。。
R1
解,1,Au f = – RF? R1
= –50? 10 = –5
2,∵ Au f = – RF? R1 = – RF? 10 = – 10
∴ RF = Auf? R1 = 10? 10 = 100
返回
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o
F
u
RR
Ru
1
1
∵ 虚短 ∴ uu
∵ 虚断 0?
i iuu
i
F u
R
Ru )1(
1
0
1
1
R
R
u
u
A F
i
o
uf
+
+
∞,.
uo
R2
RF
u+
u_ 。
ui。
R1
iF
i1
输入电阻高
2、同相比例运算电路
（ 1）电路组成 （ 2）电压放大倍数电压串联负反馈
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⑤ 电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，共模输入电压可能较高。
结论：
① Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。 ∵ ui 加在同相输入端。
② Auf只与外部电阻 R1,RF 有关，与运放本身参数无关。
③ Auf ≥ 1,不能小于 1 。
④ u- = u+ ≠ 0,反相输入端不存在“虚地”
现象。
后一页返回前一页
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当 R1=? 或 RF = 0 时，
ui
uo
+
+
∞,
u+
u_ 。
。
U
RL
R1
R2
+
+
∞,.
uoR2
RF
u+
u_ 。u
i。
R1
uo = ui,Au f = 1，
称 电压跟随器 。
此电路是电压串联负反馈，输入电阻高，输出电阻低，在电路中的作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能更好。
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二、加法运算
∵ 虚短 u- = u+= 0
F
o
i
i
i
i
R
u
R
u
R
u
2
2
1
1
0i∵ 虚断
+
+
∞,.
.
ui2
ui1
uoR
2
RF
u+
u_ 。。
Ri1
Ri2
。 i1
i2
iF
i-
F
o
i
i
i
i
R
uu
R
uu
R
uu
2
2
1
1
i1+ i2 = if,即∵
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三、减法运算由虚断可得：
2
32
3
iuRR
Ru
11 Ri uuu
由虚短可得, uu
分析方法一：
1
1
1
1 RRR
uuu
F
io
i?
+
+
∞,.
.ui2
ui1
uo
R3
RF
u+
u- 。。
R1
。 R2
1
1
2
32
3
1
)1( iFi Fo u
R
Ru
RR
R
R
Ru?
后一页返回前一页
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1
1
2
32
3
1
)1( iFi Fo u
R
Ru
RR
R
R
Ru?
如果取 R1 = R2,R3 = RF
)( 12
1
ii
F
o uuR
Ru则：
如果取 R1 = R2 = R3 = RF
12 iio uuu则：
输出与两个输入信号的 差值 成正比。
+
+
∞,.
.ui2
ui1
uo
R3
RF
u+
u- 。。
R1
。 R2
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分析方法二：利用叠加原理减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加。
1
1
i
F
o uR
Ru
o
oo uuu
uR
Ru F
o )1(
1
2
32
3
1
)1( i F u
RR
R
R
R
+
+
∞,.
.ui2
ui1
uo
R3
RF
u+
u- 。。
R1
。 R2
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四、积分运算 由虚短及虚断性质可得
i1 = if
dt
duC
R
u c
F
i?
1 dt
duC o
F
dtu
CR
u i
F
o
1
1
iF=?
dt
duCi c
Ff?
1
1 R
u
i i?
CF
+
+
∞.
uo
R2 u+
u_ 。
R1u
i。,
i1
if
cu+ –
后一页返回前一页
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若输入信号电压为恒定直流量，
即 ui= Ui时,则
t
CR
UdtU
CR
u
F
i
i
F
o
11
1
0U iiu
uo
t0
-UOM
+UOM
t0
ui
积分饱和线性积分时间输出电压随时间线性变化后一页返回前一页
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当电容 CF的初始电压为 uc(t0) 时，则有
0
1 0
1
tudtu
CR
u c
t
t i
F
o
1 0
1 0
tudtu
CR o
t
t i
F
tt?
0
前一页 后一页采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故 u0是时间 t的一次函数，从而提高了它的线性度。
将比例运算和积分运算结合在一起，就组成比例 —积分运算电路。 这种运算器又称 PI调节器，常用于控制系统中，以保证自控系统的稳定性和控制精度。
返回
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比例 —积分运算电路的输出电压
)( dtiCiR
F
F 11
1
)( dtU
CR
u
R
R
i
F
i
F
11
1
+
+
∞,.ui
uo
R2
RF
u+
u- 。。
R1
CFiF
i1 uc
)( cfFo uiRu
输出电压是对输入电压的比例 —积分上式表明：
改变 RF和 CF,可调整比例系数和积分时间常数，
以满足控制系统的要求。
iF
前一页 后一页
—PI调节器
+ –
返回
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五、微分运算
fii?1
F
oi
R
u
dt
du
C1
dt
duCRu i
Fo 1uo
t0t0
ui
+
+
∞.
uo
R2 u+
u_ 。ui
RF
。,C1i1
if
前一页 后一页由虚短及虚断性质可得返回
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比例 —微分运算输出电压是对输入电压的比例 —微分上式表明：
控制系统中,PD调节器 在调节过程中 起加速作用,即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。
fFo iRu
CRf iii
+
+
∞.
uo
R2 u+
u_ 。
RF
ui。,C
1
i1
if
R1iR
)( 1
1 dt
duC
R
u ii
)(
dt
duCRu
R
Ru i
Fi
F
1
1
0
—PD调节器前一页 后一页返回
2009-7-26 电工电子学 B
第四节 集成运放在信号处理方面的应用一、有源滤波器二、电压比较器前一页 后一页返回
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一、有源滤波器滤波器：
选频电路。它能选出有用频率信号，而抑制无用频率信号。
无源滤波器：
由电阻、电容和电感元件组成的滤波器。
有源滤波器：
由运算放大器组成的滤波器。
缺点,低频时体积大，很难做到小型化。
特点,体积小、效率高、频率特性好。
前一页 后一页返回
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1,有源低通滤波器前一页 后一页
uo
o
F
U
RR
RU
1
1
)( UU
0
10
1
1
:
j
R
R
U
U
F
i?
则
)
1
(
1 c
j
c
jR
U
U i
Rcj
U i
1
称为截止频率
RC
1
0:式中
+
+
∞,.
.ui
C
RF
u+
u- 。
R
。
(a) 电路图
R
返回
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(b) 幅频特性
,0 时当
,0时当
0ufA
02
1
ufA
0?
)(j?T
前一页 后一页
0
1
1
1
j
R
R
U
U
F
i
o
0
1
j1
1
)(j
)(j
)(j
R
R
U
U
T
F
i
o
传递函数：
0
u f 0
j1
A
,时当
2
0
u f 0
)(1
)(j
A
T
u f 0)(j AT
2
)(j u f 0
A
T
0)(jT
返回
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衰减很快时当
)(j
,0
T
显然，电路能使低于?0的信号顺利通过，衰减很小，而使高于?0的信号不易通过，衰减很大，称 一 阶有源低通滤波器。
前一页 后一页传递函数
0
10
1
1
)(j
)(j
)(j
j
R
R
U
U
T
F
i?
(b) 幅频特性
0ufA
02
1
ufA
0?
)(j?T
返回
2009-7-26 电工电子学 B
为了改善滤波效果，使? >?0时信号衰减得更快些，常将两节 R-C滤波环节串接起来，组成 二 阶有源低通滤波器。
二阶前一页 后一页
+
+
∞,.
.ui
uo
C
RF
u+
u- 。
R1
。,R R
C
幅频特性
0ufA
02
1
ufA
0?
)(j?T
一阶返回
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2,有源高通滤波器
+
+
∞,.
.ui
uo
R
RF
u+
u- 。
R1
。 C
iU
cj
R
R
U
1
Rcj
U i
1
1?
UR
RU F )(
1
0 1根据同相比例运算电路得出
0
110
1
1
1
1
1
j
R
R
Rcj
R
R
U
U
FF
i?
)( Rc10
前一页 后一页返回
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0ufA
02
1
ufA
0?
)(j?T
前一页 后一页可见，电路使 频率大于?0 的信号通过,而小于?0 的信号被阻止，称为 有源高通滤波器。
,0 时当
,0时当
0
1
j1
1
)(j
)(j
)(j
R
R
U
U
T
F
i
o
传递函数：
0
u f 0
j1?
A
,时当
20
u f 0
)(1
)(j
A
T
u f 0)(j AT
2
)(j u f 0
A
T
0)(jT
返回
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3,带通滤波器和带阻滤波器
0ufA
02
1
ufA
L?
ufA
H
低通高通
)( 00 高通低通?
带通滤波器
LHBW
通频带可见，带通滤波器使 通频带范围内的信号可以通过,通频带以外的信号 被阻止 。
前一页 后一页返回
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二、电压比较电路电压比较电路用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的 大小和极性。
功能：
用途：
数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合 。
前一页 后一页返回
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电压传输特性
-Uo
+Uo
uu OUou?
uu OUou有运放处于开环状态
1、基本电压比较器可见，在 ui =UR 处输出电压 uo 发生跃变。
门限电平：输出状态转换所对应的输入电压。
Riu U? OUou
即 Riu U? OUou?
ui
uo
o
UR
+
+
∞u
i u
ou
+
u_ 。。
R1
+_U
R
R2
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ui
to
o
uo
t
+UO
–UO
t1 t2
UR
电压传输特性
-Uo
+Uo
ui
uo
o
UR
单限电压比较电路：
当 ui 单方向变化时,uo 只变化一次。
+
+
∞u
i u
ou
+
u_ 。。
R1
+_U
R
R2
前一页 后一页返回
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ui >UR,uo= +UO
ui <UR,uo= –UO
ui
uo
o
–UO
+UO
UR
电压传输特性
uo
uio
– UO
+UO
UR
+
+
∞u
i u
ou
+
u_ 。。
R1
+_U
R
R2
+_
+
+
∞
ui
uo
u+
u_ 。
。
R1UR
R2
前一页 后一页返回
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ui
to
UR
o
uo
t
+UO
–UO
o
uo
t
+UO
–UO
t1 t2
+
+
∞u
i u
ou
+
u_ 。。
R1
+_U
R
R2
+_
+
+
∞
ui
uo
u+
u_ 。
。
R1UR
R2
前一页 后一页返回
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2、有限幅的比较器设稳压管的稳定电压为 UZ，
忽略稳压管的正向导通压降则 ui < UR,uo= UZ
ui > UR,uo=－ UZ
UZ
-UZ
ui
uo
o
–UO
+UO
UR
电压传输特性
+
+
∞u
i uo
u+
u_ 。。
R1
+_U
R
R,
DZ
ou?
R2
前一页 后一页返回
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3、过零电压比较电路
ui
uo
o
–UO
+UO U
R = 0
ui
to
o
uo
t
+UO
–UO
+
+
∞u
i u
ou
+
u_ 。。
R1
优点,结构简单，灵敏度高缺点,抗干扰能力差，当 ui在门限电平附近变动时,输出 u
o 反复跳变。
R2
前一页 后一页返回
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+ +? u
o
ui
t
ui
t
uo
例：利用电压比较电路将正弦波变为方波。
+Uo
–Uo
过零比较电路前一页 后一页返回作业
8-1,8-2,8-3,8-4,8-5、
8-10,8-11,8-12,8-21
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本章结束 !
集成运算放大器南京工业大学信息科学与工程学院电子系第五章
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第五章 集成运算放大器
1、集成运算放大器概述
2、放大电路中的负反馈
4、集成运放在信号处理方面的运用
3、集成运放在信号运算方面的运用返回前一页 后一页
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1、了解集成运放的基本概念、电压传输特性和主要参数。
2、理解反馈的概念，了解反馈的类型；了解负反馈对放大电路性能的影响。
3、掌握理想运算放大器的基本分析方法，理解集成运放组成的比例、加、减、微分和积分电路的工作原理。
4、了解单门限电压比较器的工作原理。
基本要求,后一页返回前一页
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重点：
了解集成运放的电压传输特性和主要参数。
理解反馈的概念，了解负反馈对放大电路性能的影响。
掌握理想运算放大器的基本分析方法。
了解单门限电压比较器的工作原理。
难点,
反馈的极性和类型判断，理想运放虚短、虚断的概念。
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第一节 集成运算放大器概述一,集成运放的基本组成集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的直 接耦合放大器。
四个组成部分：输入级、中间级、输出级和偏置电路
2009-7-26 电工电子学 B
2009-7-26 电工电子学 B
输入级,具有较高的输入电阻，能见效零点漂移和抑制干扰信号，采用差动放大电路。
中间级,提供足够大的电压放大倍数。常采用一级或多级共射放大电路。
输出级,要向负载提供一定的功率，要求输出阻抗 Ro小，带负载能力强。常采用射极输出器或互补射极输出器组成。
偏置电路,提供合适的工作电流。
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二、集成运放的输入级 —差动放大电路集成运放电路主要采用直接耦合方式，因此需要解决零点漂移的问题。
差动放大电路作为多级放大电路的输入级,能够抑制零点漂移 。
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电路结构
T1和 T2特性相同，电路结构对称，
两个输入、两个输出
uo
ui1
+UCC
RC
T1
RC
T2
ui2
+ +
+
–
–
–
uo1
–
uo2
–
+ +
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双端输入,ui = ui1 - ui2
单端输入,ui = ui1,ui2 =0
双端输出,uo = uo1 - uo2
单端输出,uo = uo1,uo2 =0
1、输入和输出方式
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2、输入信号差模信号,ui1 =- ui2
uid = ui1 - ui2
ui1 = 1/2uid
ui2 = -1/2uid
共模信号,ui1 = ui2 =uic
uic = 1/2( ui1 + ui2 )
比较输入,ui1 = 1/2uid+uic
ui2 = -1/2uid+uic
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３,抑制零点漂移的原理
uo= (uC1 －?uC1 ) － (uC2－?uC2 ) = 0
静态时,ui1= ui2 = 0
当温度升高时?ICuc? （两管变化量相等）
uo
ui1
+UCC
RCR
B2
T1
RB1
RC
T2
ui2
RB2
RB1
+ +
+
–
–
–
uo = uo1 - uo2
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差模信号,ui1 =－ ui2
uo
ui1
+UCC
RCR
B2
T1
RB1
RC
T2
ui2
RB2
RB1
+ +
+
–
–
–
+
－ +
－
4、共模抑制比
Ad=uo/uid=2uo1/2ui1=A1
双入双出
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共模信号,ui1 = ui2
+
－ －
+
uo
ui1
+UCC
RCR
B2
T1
RB1
RC
T2
ui2
RB2
RB1
+ +
+
–
–
–
uo = uo1-uo2=0
uo1 = uo2
Ac=uo/uic=0
双入双出
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（ Common - Mode Rejection Ratio)
C
d
C M R R A
A
K? ) (20)( 分贝
C
d
C M R R A
A
lgdBK?
衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。
差模放大倍数共模放大倍数
KCMRR越大，说明差模放大倍数越大，抑制共模信号的能力越强。
前一页 后一页返回共模抑制比
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－ UＣＣ
+UCC
u+
uo
u–
反相输入端同相输入端
T3
T4
T5T
1 T2
IS
输入级中间级输出级与 uo反相与 uo同相三、集成运放的工作原理电路结构
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四、集成运放的特性
1）开环差模电压增益 Ao
是决定运放运算精度的主要因素。
2）最大输出电压 UOmax
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
3)输入失调电压 UIO
4)输入失调电流 IIO
5)输入偏置电流 IIB 愈小愈好
1．集成运放的主要参数
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２、集成运放的电压传输特性
uo= f (ui)
+Uo
-Uo
ui = u+－ u-
uo
线性区饱和区线性区：
uo = Ao（ u+－ u－ ）
饱和区：
u+> u－ 时,uo = +Uo
u+< u－ 时,uo = － Uo
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∵ uo = Ao（ u+－ u－ ）
+Uo(sat)
-Uo(sat)
ui= u+－ u－
uo
线性区电压传输特性
+
+
∞ u
o
u- 。
u+ i+
i-
３、集成运放的理想特性
Auo,KCMRR，
rid,ro?0
② 输入电流约等于 0
即 i+= i－? 0 称“虚断”
∴ ① 差模输入电压约等于 0
即 u+= u－ 称“虚短”
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第二节 放大电路中的负反馈一,反馈的基本概念二,放大电路中负反馈的类型三,负反馈对放大电路性能的改善
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一、反馈的基本概念反馈,将放大电路输出端的信号 (电压或电流 )
的一部分或全部引回到输入端。
+UCC
REiU? oU?
+ +
– –
+UCC
RE
iU? oU?
++
– –
将输出电流反馈到输入将输出电压反馈到输入
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反馈放大电路的三个环节：
基本放大电路
d
o
X
XAo
o
f
X
X
F?
比较环节
fid XXX
反馈电路 F
fX?
iX?
反馈电路
–
+?
输出信号输入信号反馈信号反馈系数净输入信号
dX? oX
基本放大电路 Ao
放大倍数
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直流反馈,反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。
负反馈,反馈信号削弱净输入信号，
使放大倍数降低。
交流反馈,反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。
正反馈,反馈信号增强净输入信号，
使放大倍数提高。
二、放大电路中负反馈的类型
2009-7-26 电工电子学 B
１、放大电路中负反馈的类型
1) 根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。
电流负反馈 具有 稳定输出电流,增大输出电阻的作用。
电压负反馈 具有 稳定输出电压,减小输出电阻的作用。
如果反馈信号取自输出电压，叫 电压反馈 。
如果反馈信号取自输出电流，叫 电流反馈 。
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2) 根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。
反馈信号与输入信号串联，称为 串联反馈 。
反馈信号与输入信号并联，称为 并联反馈 。
串联反馈使电路的输入电阻增大，
并联反馈使电路的输入电阻减小。
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ii
if
ib
ib= ii - if
输入信号反馈信号净输入信号并联反馈
ube= ui - uf
输入信号净输入信号串联反馈
ufui
ube+ +
+
–
–
–
反馈信号反馈信号与输入信号并联，即反馈电流信号与输入信号电流比较,称为并联反馈。
反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较的，称为串联反馈。
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3)交流反馈与直流反馈在反馈网络中串接隔直电容，可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。
在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，
可以使其只对直流起作用。
反馈只对交流信号起作用，称为交流反馈。反馈只对直流起作用，称为直流反馈。
有的反馈对交直流均起作用。
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RE直流反馈 RE交直流反馈
+UCC
REiU? oU?
+ +
– –
+UCC
RE
iU? oU?
++
– –
返回后一页前一页
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负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈负反馈的分类
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３、负反馈放大电路的分析分析步骤：
3) 判别是否负反馈？
1) 找出反馈网络（一般是电阻、电容）。
2) 判别是交流反馈还是直流反馈？
4) 是负反馈！判断是何种类型的负反馈？
返回后一页前一页
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例 1：
1) 判反馈元件 （电阻和电容）
(1）连接在输入与输出之间的元件。
(2）为输入回路与输出回路所共有的元件。
发射极电阻 RE为输入回路与输出回路所共有，所以 RE是反馈元件。
+UCC
REiU? oU?
+ +
– –
返回后一页前一页
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例 1,2）判断是交流反馈还是直流反馈交、直流分量的信号均可通过 RE，所以
RE引入的是交、直流反馈。
如果有发射极旁路电容,RE中仅有直流分量的信号通过,这时 RE引入的则是直流反馈。
Ｃ E
+UCC
REiU? oU?
+ +
– –
返回后一页前一页
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例 1,3)判断反馈类型 重点讨论交流反馈
eI?
fU?
beU?
fibe UUU
净输入信号：
ui与 uf串联，以电压形式比较 ——串联反馈
ui正半周时,uf也是正半周，即两者同相
fibe UUU
减小
---负反馈
EcEef RIRIU
uf 正比于输出电流 ——电流反馈
——电流串联负反馈跳转 2
+UCC
REiU? oU?
+ +
– –
+
–
+ –
返回后一页前一页
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判断负反馈的方法：
瞬时极性法：
1）假设输入级基极瞬时极性为正，根据 集电极瞬时极性与基极相反,发射极瞬时极性与基极相同 的原则，标出相关各点的瞬时极性。
+ +－
+
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2）判断正、负反馈及串、并联反馈
+
－
+
－
输入与反馈极性相同为负反馈输入与反馈极性相反为正反馈输入与反馈极性相反为负反馈输入与反馈极性相同为正反馈反馈到基极为并联反馈反馈到发射极为串联反馈返回后一页前一页
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RL
io
iE
从集电极引出为电压反馈从发射极引出为电流反馈共发射极电路
3）判断电压、电流反馈
uoRL
+
–
返回后一页前一页
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判断反馈类型的口诀：
共发射极电路：
集出为压，射出为流，
基入为并，射入为串。
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例 1：判断图示电路中 RE1,RE2 的负反馈作用。
RCR
B1
RB2 RE1
RE2 C
E
C2
C1
+UCC
uoui
RE2对交流不起作用,RE1对交、直流均起作用电流串联反馈
+
+
– –
返回后一页前一页
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例 2：判断 Rf是否负反馈，若是，判断反馈的类型。
+
–
C1
RB1 RC1 RB21
RB22
RC2
RE2R
E1 CE
C3
C2
+UCC
uou
i
+
–
T1 T2
Rf
电压串联负反馈（交流反馈）
－
－
返回后一页前一页
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+
–
C1
RB1 RC1 RB21
RB22
RC2
RE2RE1
C3C2
+UCC
uou
i
+
–
T2Rf
若 Rf与 T２ 发射极相接如图所示，
引入的是何种类型的 反馈？
T1?
－
－
－－
正反馈返回后一页前一页
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例 3：判断图示电路 Rf的反馈类型。
uo
ui R
E2
Rf
RE1
RC1 RC2
+UCC
电流并联负反馈（交、直流反馈）
－
－
+－
– –
+
+
返回后一页前一页
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三、负反馈对放大电路性能的影响基本放大电路 AdX
oX?
反馈电路 F
fX?
iX? +–
d
o
X
X
A
o
f
X
X
F?
fid XXX
反馈电路的基本方程反馈系数 净输入信号基本放大器的放大倍数返回后一页前一页
2009-7-26 电工电子学 B
1,提高放大倍数的稳定性闭环放大倍数fA
开环放大倍数A
d
o
X
X
A?
o
f
X
X
F?
fid XXX
AF
A
X
X
A
i
o
f 1?
返回后一页前一页
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负反馈使放大倍数下降。
AF
AA
f 1 A
Ad
AFA
Ad
f
f
1
1
引入负反馈使放大倍数的稳定性提高 。
df XX,同相，所以 AF是正实数负反馈时，
放大倍数下降 1+|AF|倍，其稳定性提高 1+|AF|倍 。
AF
AA
f 1
中，
d
f
o
f
d
o
X
X
X
X
X
X
AF?
则有,AA
f?
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2009-7-26 电工电子学 B
若 1AF 称为 深度负反馈,此时：
在深度负反馈的条件下，放大倍数只与反馈网络有关。
——反馈深度
AF
AA
f 1 AF?1
F
A f
1
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2,减小非线性的失真
Aui
uf
ud
加反馈前加反馈后
uo
ui
小大小大小大负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，
因此只能减小失真，但不能完全消除失真。
uoA
F
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3,扩展宽通频带引入负反馈使电路的通频带宽度增加：
oof BFAB )1(
f
Au 无负反馈有负反馈跳转 返回后一页前一页
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4,对输入电阻的影响在同样的 Ib下,Ui= Ube + Uf > Ube,?rif 提高。
iif rFAr )1( 0
1）串联负反馈
b
be
b
i
i I
U
I
Ur无负反馈时：
有负反馈时：
b
i
if I
Ur?
ui ube
ib
+ +
–
–
uf+
–
使电路的输入电阻提高返回后一页前一页
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FA
rr i
fi
01?
if
b
be
i I
Ur?无负反馈时：
有负反馈时：
i
be
if I
Ur?
在同样的 Ube下,Ii= Ib + If > Ib,?rif 降低 。
2）并联负反馈 使电路的输入电阻降低
ii ib
ube+
–
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oof rFAr )1( 0
FA
rr o
of
01?
电压负反馈具有稳定输出电压的作用，
即有恒压输出特性，故输出电阻降低。
电流负反馈具有稳定输出电流的作用，
即有恒流输出特性，故输出电阻提高。
1）电压负反馈使电路的输出电阻降低
2）电流负反馈使电路的输出电阻提高
5,对输出电阻的影响返回后一页前一页
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第三节 集成运放器在信号运算方面的运用一、比例运算二、加法运算三、减法运算四、积分运算五、微分运算后一页返回前一页一、比例运算
1、反相比例运算
（ 1）电路组成以后如不加说明，
输入、输出的另一端均为地（?） 。
（ 2）电压放大倍数
∵ 虚断 0
ii
1
1 R
uui i
F
F R
uui 0
∵ 虚短 ∴ u- = u+ = 0
称“虚地” —反相输入的重要特点
fii 1
uo+ +
∞.
ui R
2
RF
u+
u_ 。。
R1,
。 。
+ +
– –
i1
if
i-
i+
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一、比例运算
∵ 要求静态时 u+,u-
对地电阻相同,∴ 平衡电阻 R2 = R1 // RF
∵ 虚短 ∴ u- = u+ = 0
称“虚地” —反相输入运算的重要特点
1R
R
u
u
A F
i
o
uf
i
F
o u
R
R
u
1
uo
+
+
∞.u
i
R2
RF
u+
u_ 。。
R1
.
。 。
+ +
– –
1、反相比例运算电压并联负反馈 输入电阻低，共模电压? 0
－－
后一页返回前一页
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⑤ 电压并联负反馈，输入电阻低,
结论：
① Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。 ∵ ui 加在反相输入端。
② Auf 只与外部电阻 R1,RF 有关，与运放本身参数无关。
③ | Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。
④ ∵ u- = u+ = 0,∴ 反相输入端“虚地”。
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例：电路如下图所示，已知 R1= 10 k?,RF = 50 k? 。
求,1,Auf ；
2、若 R1不变，要求 Au f为 – 10，则 RF 应为 多少？
RF
+
+
∞,.u
i u
oR
2 u+
u_ 。。
R1
解,1,Au f = – RF? R1
= –50? 10 = –5
2,∵ Au f = – RF? R1 = – RF? 10 = – 10
∴ RF = Auf? R1 = 10? 10 = 100
返回
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o
F
u
RR
Ru
1
1
∵ 虚短 ∴ uu
∵ 虚断 0?
i iuu
i
F u
R
Ru )1(
1
0
1
1
R
R
u
u
A F
i
o
uf
+
+
∞,.
uo
R2
RF
u+
u_ 。
ui。
R1
iF
i1
输入电阻高
2、同相比例运算电路
（ 1）电路组成 （ 2）电压放大倍数电压串联负反馈
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⑤ 电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，共模输入电压可能较高。
结论：
① Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。 ∵ ui 加在同相输入端。
② Auf只与外部电阻 R1,RF 有关，与运放本身参数无关。
③ Auf ≥ 1,不能小于 1 。
④ u- = u+ ≠ 0,反相输入端不存在“虚地”
现象。
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当 R1=? 或 RF = 0 时，
ui
uo
+
+
∞,
u+
u_ 。
。
U
RL
R1
R2
+
+
∞,.
uoR2
RF
u+
u_ 。u
i。
R1
uo = ui,Au f = 1，
称 电压跟随器 。
此电路是电压串联负反馈，输入电阻高，输出电阻低，在电路中的作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能更好。
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二、加法运算
∵ 虚短 u- = u+= 0
F
o
i
i
i
i
R
u
R
u
R
u
2
2
1
1
0i∵ 虚断
+
+
∞,.
.
ui2
ui1
uoR
2
RF
u+
u_ 。。
Ri1
Ri2
。 i1
i2
iF
i-
F
o
i
i
i
i
R
uu
R
uu
R
uu
2
2
1
1
i1+ i2 = if,即∵
后一页返回前一页
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三、减法运算由虚断可得：
2
32
3
iuRR
Ru
11 Ri uuu
由虚短可得, uu
分析方法一：
1
1
1
1 RRR
uuu
F
io
i?
+
+
∞,.
.ui2
ui1
uo
R3
RF
u+
u- 。。
R1
。 R2
1
1
2
32
3
1
)1( iFi Fo u
R
Ru
RR
R
R
Ru?
后一页返回前一页
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1
1
2
32
3
1
)1( iFi Fo u
R
Ru
RR
R
R
Ru?
如果取 R1 = R2,R3 = RF
)( 12
1
ii
F
o uuR
Ru则：
如果取 R1 = R2 = R3 = RF
12 iio uuu则：
输出与两个输入信号的 差值 成正比。
+
+
∞,.
.ui2
ui1
uo
R3
RF
u+
u- 。。
R1
。 R2
后一页返回前一页
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分析方法二：利用叠加原理减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加。
1
1
i
F
o uR
Ru
o
oo uuu
uR
Ru F
o )1(
1
2
32
3
1
)1( i F u
RR
R
R
R
+
+
∞,.
.ui2
ui1
uo
R3
RF
u+
u- 。。
R1
。 R2
后一页返回前一页
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四、积分运算 由虚短及虚断性质可得
i1 = if
dt
duC
R
u c
F
i?
1 dt
duC o
F
dtu
CR
u i
F
o
1
1
iF=?
dt
duCi c
Ff?
1
1 R
u
i i?
CF
+
+
∞.
uo
R2 u+
u_ 。
R1u
i。,
i1
if
cu+ –
后一页返回前一页
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若输入信号电压为恒定直流量，
即 ui= Ui时,则
t
CR
UdtU
CR
u
F
i
i
F
o
11
1
0U iiu
uo
t0
-UOM
+UOM
t0
ui
积分饱和线性积分时间输出电压随时间线性变化后一页返回前一页
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当电容 CF的初始电压为 uc(t0) 时，则有
0
1 0
1
tudtu
CR
u c
t
t i
F
o
1 0
1 0
tudtu
CR o
t
t i
F
tt?
0
前一页 后一页采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故 u0是时间 t的一次函数，从而提高了它的线性度。
将比例运算和积分运算结合在一起，就组成比例 —积分运算电路。 这种运算器又称 PI调节器，常用于控制系统中，以保证自控系统的稳定性和控制精度。
返回
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比例 —积分运算电路的输出电压
)( dtiCiR
F
F 11
1
)( dtU
CR
u
R
R
i
F
i
F
11
1
+
+
∞,.ui
uo
R2
RF
u+
u- 。。
R1
CFiF
i1 uc
)( cfFo uiRu
输出电压是对输入电压的比例 —积分上式表明：
改变 RF和 CF,可调整比例系数和积分时间常数，
以满足控制系统的要求。
iF
前一页 后一页
—PI调节器
+ –
返回
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五、微分运算
fii?1
F
oi
R
u
dt
du
C1
dt
duCRu i
Fo 1uo
t0t0
ui
+
+
∞.
uo
R2 u+
u_ 。ui
RF
。,C1i1
if
前一页 后一页由虚短及虚断性质可得返回
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比例 —微分运算输出电压是对输入电压的比例 —微分上式表明：
控制系统中,PD调节器 在调节过程中 起加速作用,即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。
fFo iRu
CRf iii
+
+
∞.
uo
R2 u+
u_ 。
RF
ui。,C
1
i1
if
R1iR
)( 1
1 dt
duC
R
u ii
)(
dt
duCRu
R
Ru i
Fi
F
1
1
0
—PD调节器前一页 后一页返回
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第四节 集成运放在信号处理方面的应用一、有源滤波器二、电压比较器前一页 后一页返回
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一、有源滤波器滤波器：
选频电路。它能选出有用频率信号，而抑制无用频率信号。
无源滤波器：
由电阻、电容和电感元件组成的滤波器。
有源滤波器：
由运算放大器组成的滤波器。
缺点,低频时体积大，很难做到小型化。
特点,体积小、效率高、频率特性好。
前一页 后一页返回
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1,有源低通滤波器前一页 后一页
uo
o
F
U
RR
RU
1
1
)( UU
0
10
1
1
:
j
R
R
U
U
F
i?
则
)
1
(
1 c
j
c
jR
U
U i
Rcj
U i
1
称为截止频率
RC
1
0:式中
+
+
∞,.
.ui
C
RF
u+
u- 。
R
。
(a) 电路图
R
返回
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(b) 幅频特性
,0 时当
,0时当
0ufA
02
1
ufA
0?
)(j?T
前一页 后一页
0
1
1
1
j
R
R
U
U
F
i
o
0
1
j1
1
)(j
)(j
)(j
R
R
U
U
T
F
i
o
传递函数：
0
u f 0
j1
A
,时当
2
0
u f 0
)(1
)(j
A
T
u f 0)(j AT
2
)(j u f 0
A
T
0)(jT
返回
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衰减很快时当
)(j
,0
T
显然，电路能使低于?0的信号顺利通过，衰减很小，而使高于?0的信号不易通过，衰减很大，称 一 阶有源低通滤波器。
前一页 后一页传递函数
0
10
1
1
)(j
)(j
)(j
j
R
R
U
U
T
F
i?
(b) 幅频特性
0ufA
02
1
ufA
0?
)(j?T
返回
2009-7-26 电工电子学 B
为了改善滤波效果，使? >?0时信号衰减得更快些，常将两节 R-C滤波环节串接起来，组成 二 阶有源低通滤波器。
二阶前一页 后一页
+
+
∞,.
.ui
uo
C
RF
u+
u- 。
R1
。,R R
C
幅频特性
0ufA
02
1
ufA
0?
)(j?T
一阶返回
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2,有源高通滤波器
+
+
∞,.
.ui
uo
R
RF
u+
u- 。
R1
。 C
iU
cj
R
R
U
1
Rcj
U i
1
1?
UR
RU F )(
1
0 1根据同相比例运算电路得出
0
110
1
1
1
1
1
j
R
R
Rcj
R
R
U
U
FF
i?
)( Rc10
前一页 后一页返回
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0ufA
02
1
ufA
0?
)(j?T
前一页 后一页可见，电路使 频率大于?0 的信号通过,而小于?0 的信号被阻止，称为 有源高通滤波器。
,0 时当
,0时当
0
1
j1
1
)(j
)(j
)(j
R
R
U
U
T
F
i
o
传递函数：
0
u f 0
j1?
A
,时当
20
u f 0
)(1
)(j
A
T
u f 0)(j AT
2
)(j u f 0
A
T
0)(jT
返回
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3,带通滤波器和带阻滤波器
0ufA
02
1
ufA
L?
ufA
H
低通高通
)( 00 高通低通?
带通滤波器
LHBW
通频带可见，带通滤波器使 通频带范围内的信号可以通过,通频带以外的信号 被阻止 。
前一页 后一页返回
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二、电压比较电路电压比较电路用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的 大小和极性。
功能：
用途：
数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合 。
前一页 后一页返回
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电压传输特性
-Uo
+Uo
uu OUou?
uu OUou有运放处于开环状态
1、基本电压比较器可见，在 ui =UR 处输出电压 uo 发生跃变。
门限电平：输出状态转换所对应的输入电压。
Riu U? OUou
即 Riu U? OUou?
ui
uo
o
UR
+
+
∞u
i u
ou
+
u_ 。。
R1
+_U
R
R2
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ui
to
o
uo
t
+UO
–UO
t1 t2
UR
电压传输特性
-Uo
+Uo
ui
uo
o
UR
单限电压比较电路：
当 ui 单方向变化时,uo 只变化一次。
+
+
∞u
i u
ou
+
u_ 。。
R1
+_U
R
R2
前一页 后一页返回
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ui >UR,uo= +UO
ui <UR,uo= –UO
ui
uo
o
–UO
+UO
UR
电压传输特性
uo
uio
– UO
+UO
UR
+
+
∞u
i u
ou
+
u_ 。。
R1
+_U
R
R2
+_
+
+
∞
ui
uo
u+
u_ 。
。
R1UR
R2
前一页 后一页返回
2009-7-26 电工电子学 B
ui
to
UR
o
uo
t
+UO
–UO
o
uo
t
+UO
–UO
t1 t2
+
+
∞u
i u
ou
+
u_ 。。
R1
+_U
R
R2
+_
+
+
∞
ui
uo
u+
u_ 。
。
R1UR
R2
前一页 后一页返回
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2、有限幅的比较器设稳压管的稳定电压为 UZ，
忽略稳压管的正向导通压降则 ui < UR,uo= UZ
ui > UR,uo=－ UZ
UZ
-UZ
ui
uo
o
–UO
+UO
UR
电压传输特性
+
+
∞u
i uo
u+
u_ 。。
R1
+_U
R
R,
DZ
ou?
R2
前一页 后一页返回
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3、过零电压比较电路
ui
uo
o
–UO
+UO U
R = 0
ui
to
o
uo
t
+UO
–UO
+
+
∞u
i u
ou
+
u_ 。。
R1
优点,结构简单，灵敏度高缺点,抗干扰能力差，当 ui在门限电平附近变动时,输出 u
o 反复跳变。
R2
前一页 后一页返回
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+ +? u
o
ui
t
ui
t
uo
例：利用电压比较电路将正弦波变为方波。
+Uo
–Uo
过零比较电路前一页 后一页返回作业
8-1,8-2,8-3,8-4,8-5、
8-10,8-11,8-12,8-21
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2009-7-26 电工电子学 B
本章结束 !
