§ 7.3 集成运算放大器的应用
7, 3,1 集成运放等效模型及应用
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
休息 1 休息 2
返回
7, 3, 3 同相输入应用 (Noninuarting)
7, 3, 4 差分输入（ Difference-Mode input）
7, 3,5 实用运算电路分析
7, 3,1 集成运放等效模型及应用
1,理想运放及等效模型。 ( I d e a l O p e r a t i o n a l a n d E q u i v a l e n t M o d e l )
( 1 ) 理想运放主要特点：
??RC M Ricidud S,BW,K,R,R,A
???????? ???????????????? ???????? EOBCOBOBOBOBIBEIOCIOIOIOIO EI,EI,tI,TII,I,EU,EU,tU,TUU
.0A,R,i,e uCOnn ?
( 2 ) 理想运放等效模型：
“零子”：端子间电压为零，流过电流为零的二端电路元件。
“任意子”：端子间电压为任意，流过电流为任意值的二端电路元件。
理想运放等效模型：
常数
任意值
零子电路符号 任意子电路符号
?u
?i0i?
0u? id
u
?u
?u
?I
?I
0u
休息 1 休息 2返回
7, 3,1 集成运放等效模型及应用
Ⅰ,理想运放输出为有限值 0u
由于 ??udA
.0Auuuu
ud
0id ????? ??
特性虚短称为理想运放的 ""uu ??? ??
Ⅱ,由于 ??icid RR,
0RuIII
id
idid ????? ??
."",特性虚断称为理想运放的运放不获取电流 ???? ?? 0II
Ⅲ,输出端为任意子，理想电压源 ( 0R 0 ? )
运放电路简化分析的要点,
? ?
? ?
?
?
?
?
?
???
??
??
??
输出端理想电压源
虚断运放不获取电流
虚短电位同相端电位等于反相端
0II
uu
idu
?u
?u
?I
?I
0u
休息 1 休息 2返回
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
① 电路结构：
信号 ? ?su i 经 ? 1 由反相输入端输入
)s(u0
)s(ui
)( 11 RZ
)( FF RZ
rR
?u
)(sI
)(sIf
1F,?? 为反馈网络，相当于电压并联负反馈。
同相输入端经 rR 接地,
rR,平衡电阻。 rR = 1? // F?
② 电路性能分析：
根据理想运放特性：“零子”,? ? ? ? ? ?Sff1 IsIsI)s(I,0)s(I ?????
)(sI1
? ? ? ?,“虚地.0ususu ??? ???
? ? ? ? ? ? ? ?
f
0
1
i
Z
susu
Z
susu ???? ??有
? ?
? ? 1F1Fi0uf R
R
Z
Z
su
suA ????? 有
? ?
? ?
? ?
? ? 111 111iif RZSI
ZsI
sI
suZ ????
? ? ? ?
f
0
1
i
Z
su
Z
su ??
Rif
休息 1 休息 2返回
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
( 1 ) 比例运算放大器 （反向运放）
11ff RZRZ ??,
iu
f1r RRR //?
1R
fR
0u
电压增益
1
f
uf R
RA ??
输入电阻,1RR if ? ； 输出阻抗,R 0 =0
( 2 ) 求和运放（反相加法器）
? 点为虚地,0uuu ??? ???
1
11
R
uI ??
2
22
R
uI ?
?u
f
0f
3
33
R
uI,
R
uI ??? 1I
2I
3I
fI
1R
2R
3R
1u
2u
3u
?I
f321r RRRRR //////?
0u
fR
f321 IIII,0I ??????
? ?321
1
f
0
321
uuu
R
R
V
RRR
????
?? 时，当
优点,1 ）改变 321 R,R,R 可调相加比例参数。
2 ）由于 ? 点为虚地，输入信号之间满
足线性叠加定理，互不影响。
.
电路仿真
电路仿真
返回
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
（ 3 ）积分运算
C
fZC ? ??
t
0 fC dt)t(iC
1u
Cu
fi
而
1
i
1f R
uii ??
1i)t(ui
1R
? ? ? ? ? ? dttuCR 1dtR tuC1tu t0 i
1
t
0 1
ic ???? ??
0u ?? ?点：虚地又 ?
? ? ? ? ? ??????? t0 i
1c0
.dttuCR 1tutu
0u
1r RR ?
例：理想积分：电容 C 恒流充电 ? 电容上电压成线形变化。
当 ? ? ? ?,tCR EtuEtu
1
0i ????
)t(ui
)t(u0
t
t
?u
E
电路仿真
返回
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
（ 4 ）微分运算
1ZC ?
? ? ? ?
? ? ? ? ? ?,
dt
tdu
CRtIRtu
.
dt
tdu
cti
i
fff0
i
1
????
??,虚地，
)t(ui ?u
0u
fR
C
1i
fI
fr RR ?（ 5 ）对数运算（非线性运算电路）
T 的 CB 短接 ? FR
T
iu
1i
1R
rR
BEu
fi
0u
A
由于 PN 结电压与电流之间的关系,
T
BE
T
BE
U
u
s
U
u
sEf eI1eIii ?
??
?
?
?
??
?
?
?
???
s
f
TBE I
ilnUu ??
虚地：
1
i
1f R
uii ??
? ?
.BulnU
IRlnulnU
IR
ulnUuu
iT
s1iT
s1
i
TBE0
???
???????
式中,.uIRlnB is1 无关的常量与?
电路仿真
电路仿真
休息 1休息 2
返回
iu
0u
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
（ 6 ）指数运算 （非线性运算电路）
T 的 CB 短接 1R?
T
BE
U
u
sE1 eIii ???
由虚地：
?
?
?
?
?
???
?
f
0
1f
iBE
R
u
ii
uu
i2
T
i
uk
1
U
u
SF1f0
ek
eIRiRu
?
??????
式中,.U 1K,IRK
T
2sF1 ???
u+
u- i1iE
电路仿真
休息 1休息 2
返回
7, 3, 3 同相输入应用 (Noninuarting)
① 电路结构：
)s(ui
2Z
1Z
fZ
)s(u0
1I
FI
?I
?I
输入信号 )s(u i 作用在同相输入端。 输出信号
)S(u o 通过反馈网络 FZ, 1Z 到反相输入端。
为一个电压串联负反馈电路。
为使输入端平衡对称,
12 ZZ ? // FZ
② 电路性能分析,
由理想运放“零子”：
??
?
?
??
??
??
VV
0II ? ? ? ? ?? ??? ususu i
又 ou? ? ?s - ?u = - FF ZI 而 ? ?sI 1 ? ? ? ? ?
1
F Z
susI ???
? ? ? ?susu o ??? ??
?
?
???
? ?? ?
1
F Z
uZ 而 ? ? ? ?susu
i?? ? ? ???
?
???
? ??
1
F
i Z
Z1su
电压增益,? ?? ? ??
?
?
???
? ???
1
F
i
o
uf Z
Z1
su
suA 输入阻抗,? ? ? ?0I.
I
suZ i
if ???? ?? ?
?u
u+
u-
休息 1休息 2
返回
0u
iu
FR
2R
⑴比例运算
)s(ui
)s(u0
?u
1I
FI
?I
?I
1R
FR
2R
???
?
???
? ??
1
1 RRA Fvf
输入电阻 ??ifR
如果 ?u 接电阻 3R,
则有 321 //// RRRR F ? （静态平衡）
R3
???
?
???
? ?
????? ?
?
1
F
32
3o
ii
o
uf R
R1
RR
R
u
u
u
u
u
uA 32if RRR ??
⑵跟随器
当 0?ifR 或 ??1R 时,
1RR1A
1
Fuf ???
右图所示电路中 fR 与 2R 接
与不接都是跟随器。 电路仿真
电路仿真
7, 3, 3 同相输入应用 (Noninuarting)
u+
u-
休息 1休息 2
返回
⑶求和运算 （同相相加器 ）
由同相放大器知：
???
??
?
? ?? u
R
R1u F
o
?u
?u
FR
R 根据叠加原理：
2
21
11
21
2 u
RR
Ru
RR
Ru
????? 2211
uKuK ??
1u
2u
2R
1R
其中,
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
21
1
2
21
2
1
RR
R
K
RR
R
K
? ?
? ?
?
?
?
?
?
????
??
?
?
?
?
?
???
?
??
?
?
?
?
?
???
21oF21
21
F
o21
2211
F
0
uuuRR,RR
uu
R
R
1
2
1
u,RR
uKuK
R
R
1u
则如果
如果
0u
7, 3, 3 同相输入应用 (Noninuarting)
电路仿真
休息 1休息 2
返回
7, 3, 3 差分输入（ Difference-Mode input）
u 1 经 R 1 加到反相输入端。
u 2 经 R 2 加到同相输入端。
u o 经 R f 反馈到反相输入端 。
1u
1R
2u
2R 0u
FR
对输入 u 1,电压并联负反馈。
对输入 u 2,电压串联负反馈。
利用叠加原理,
令 1
1
F'
o2 uR
R
u,0u ??? 则
令 2
1
F
32
3''
o1 uR
R1
RR
Ru,0u
???
?
???
? ?
??? 则
2
1
F1
32
31
1
F''o'oo u
R
RR
RR
Ru
R
Ruuu ???
??????? 有
由电路的静态平衡； 3f21.32f1 RR,RRR//RR//R ??? 如果取
? ?12
1
F0 uu
R
Ru ??? 有
1
F
12
o
uf R
R
uu
uA ?
??? （差模闭环增益）
3R
电路仿真
休息 1休息 2
返回
Uref
7, 3,5 实用运算电路分析
具有温度补偿的对数放大电路
?
?
?
?
?
同相放大器
减法电路
为对数放大器
:A
:A
:A,A
4
3
21
ui
uo
u2
u1
u'o如果 T
1, T 2 特性相同，反
相饱合电流也相等，即
I S1 =I S2 =I S
则有：
?
?
?
?
?
?
?
??
??
为外接基准电压其中 r e f
S1
r e f
T2
S1
i
T1
U),
IR
U
l n (Uu
)
IR
u
l n (Uu
∴有
r e f
i
T
S1
r e f
S1
i
T120 U
ulnU)
IR
Ul n ()
IR
ul n (Uuuu ?
?
?
?
?
?
? ?????
由于 变化而变化将随温度因此 Tu,q/kTU 0T ??
而经同相放大后，输出电压 u 0 为 )
U
ul n (
q
kT)
R
R1(u
r e f
i
t
20 ??
可见如果采用正温度系
数的热敏电阻 R t 可达到
温度补偿的作用。
电路仿真
休息 1休息 2
返回
§ 7.4 集成运放在电压比较器中的作用
7, 4,1 简单电压比较器
7, 4,2 电压比较器的应用实例
返回
7, 4, 3 迟滞电压比较器
ui
uo
UREF
EC
-
EE
7, 4,1 简单电压比较器
电压比较器是用于 模拟输入电压与基准电压间进行比较的电路 。
比较的结果在输出端用高电平或低电平表示出来。电压比较器是模
拟信号和数字信号间的桥梁，在数字仪表、自动控制、电平检测、
波形产生诸多方面应用极广。
（ 1 ） 电压比较器基本概念
电压比较器是集成运放的另一类基本应用电路,作用
是对两个输入电压进行比较，比较的结果及输出只有两种
状态，既高电平和低电平。
R EFi Uu ? "1"Uu OHo ??
R EFi Uu ? "0"Uu OLo ??
比较器 ? ?
??
?
转换电路一位模一数
电路模拟与数字电路的接口
D/A
比较器
??
?
成专用电压比较器芯片构
可以由运放构成
休息 1 休息 2
返回
7, 4,1 简单电压比较器
（ 2 ） 鉴别灵敏度
由于实际的运放 iud u,A ???
在 REFU 附近的一个很小范围内存
在一个鉴别不灵敏区。
UOL
UOH
UREF
鉴别
不灵
敏区
U?
uo
ui
在该范围内输出状态即非 U OH 又非 U OL,
故无法实现对输入电平大小进行判别。
一般 ???? UA ud ? 鉴别灵敏度 ?
（ 3 ） 转换速度
输出状态产生转换所需要的时间，通常要求转换时间尽可能短，
以便实现高速比较。
一般转换速度与,SBW
R
有关
??
?
??BW 转换速度 ?
??RS 转换速度 ?
休息 1 休息 2
返回
ui
uo
EC -EE
（ 3） 同相比较器
运算放大器工作在开关状态，基准
电压 U r ef 加在运放反相端,U r ef 值可由电
位器进行调节，输入信号 u i 加在运放的同
相端。
基本电路功能,
r e fi Uu ? "1"EUu cOHo ???
r e fi Uu ? "0"EUu EOLo ????
输出、输入信号波形如下图所示。
Uref
ui
t
Uref
Uref>0
uo
ui
t
Uref< 0
Uref
uo
（ ui - Uref）
uO
UOH
UOL
休息 1 休息 2
电路仿真
返回
ui
uo
-EE
EC
（ 4）反相比较器
右图是一个实际的反相比较 器电路。
输入信号 u i 加在运放的反相端，基准电
压 U r e f 加在运放同相端,U r e f 值可由电
位器进行调节 。
Uref
r e fi Uu ? "0"EUu EOLo ????
r e fi Uu ? "1"EUu cOHo ???
基本电路功能：
uOH
uOL
（ ui-Uref ）
uO
比较器的输出电平也可以根据
要求改变。如下图所示的电路
中，输出端串接限流电阻 R 1,对
地串接两只稳压管。设稳压管
的稳压值分别为 U Z1, U Z2,正向
道通电压 U D =0, 7V,此时比较器
的输出电平为 （ U Z2 +U D ）
或 - （ U Z1 +U D ）。
电路仿真休息 1 休息 2
ui
-EE
EC
uo
EC
返回
u'o uLuo
ui
ui
7, 4,2 电压比较器的应用实例
① 窗口检测电路
u i u A u B LED3 LED2 LED1
<3V L L 亮 暗 暗
3 - 6V L H 暗 亮 暗
>6V H H 暗 暗 亮
② 时标发生器电路
电路由过零电压比较器,
RC 微分电路（ RC << T ）和限
幅二极管 D 组成。当运放同相
端加上周期为 T 的输入信号时,
由 v i 产生的相应输出,u o, u ' o
,u L 如右图所示。其中 u L 是
一系列周期为 T 的正脉冲，可
作为单稳态触发脉冲。
3V uB
6V uA
电路仿真
电路仿真 休息 1 休息 2
ui
uo
u'o
uL
返回
7, 4, 3 迟滞电压比较器
( 1 ) 简单比较器存在的问题：
输出电压高频脉冲边缘不够陡峭, 抗干扰能力差,
iu 在 REFU 附近时，由于干扰，输出波形将不停的跳变,
直到 iu 远离 REFU 时输出才稳定。
0u
t
干扰信号
REFU
iu
0u
电路仿真
休息 1 休息 2
返回
ui
uo
Uref
7, 4, 3 迟滞电压比较器
（ 2 ）迟滞比较器电路结构,2f RR,,引入正反馈，可加速状态转换 。
21
,
ZZ
DD,输出限幅。
使输出：
? ??
?
?
???
??
1D2ZOL
2D1ZOH
UUU
UUU
s
R 为稳压管限流电阻，
REFU 为参考电平。
1, 迟滞比较器的传输特性
O
F2
2REF
F2
F u
RR
RU
RR
Ru
?????
而
??
??
OL
OH
O U
Uu
当 Li uu ?? 时,oHo Uu ??
HOHF2 2REFF2 F uURR
RU
RR
Ru
?? ??????
只有当 Hi uu ?? 后,OLo Uu ??
LOLF2 2R E FF2 F uURR
RU
RR
Ru
?? ??????
)UU(RR Ruuu OLOH
F2
2LH ?
???? ???
uo
ui
UoH
UoL
u+Hu+L
u?
可见这种比较器输出状态的跳变，并不
是发生在同一个输入信号电平上。
工程上把 LH uuu ?? ??? 称为迟滞宽度,
改变正反馈量的大小可以自由调节迟带宽度 。
输出电平由 OHU 跳变到 OLU 发生在 Hi uu ??
时,,而输出电平由 OLU 跳变到 OHU,发生在
Li uu ?? 电平。
ui
t
u+H
u+L
uo
u+
电路仿真
休息 1 休息 2 返回 继续
7, 3,1 集成运放等效模型及应用
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
休息 1 休息 2
返回
7, 3, 3 同相输入应用 (Noninuarting)
7, 3, 4 差分输入（ Difference-Mode input）
7, 3,5 实用运算电路分析
7, 3,1 集成运放等效模型及应用
1,理想运放及等效模型。 ( I d e a l O p e r a t i o n a l a n d E q u i v a l e n t M o d e l )
( 1 ) 理想运放主要特点：
??RC M Ricidud S,BW,K,R,R,A
???????? ???????????????? ???????? EOBCOBOBOBOBIBEIOCIOIOIOIO EI,EI,tI,TII,I,EU,EU,tU,TUU
.0A,R,i,e uCOnn ?
( 2 ) 理想运放等效模型：
“零子”：端子间电压为零，流过电流为零的二端电路元件。
“任意子”：端子间电压为任意，流过电流为任意值的二端电路元件。
理想运放等效模型：
常数
任意值
零子电路符号 任意子电路符号
?u
?i0i?
0u? id
u
?u
?u
?I
?I
0u
休息 1 休息 2返回
7, 3,1 集成运放等效模型及应用
Ⅰ,理想运放输出为有限值 0u
由于 ??udA
.0Auuuu
ud
0id ????? ??
特性虚短称为理想运放的 ""uu ??? ??
Ⅱ,由于 ??icid RR,
0RuIII
id
idid ????? ??
."",特性虚断称为理想运放的运放不获取电流 ???? ?? 0II
Ⅲ,输出端为任意子，理想电压源 ( 0R 0 ? )
运放电路简化分析的要点,
? ?
? ?
?
?
?
?
?
???
??
??
??
输出端理想电压源
虚断运放不获取电流
虚短电位同相端电位等于反相端
0II
uu
idu
?u
?u
?I
?I
0u
休息 1 休息 2返回
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
① 电路结构：
信号 ? ?su i 经 ? 1 由反相输入端输入
)s(u0
)s(ui
)( 11 RZ
)( FF RZ
rR
?u
)(sI
)(sIf
1F,?? 为反馈网络，相当于电压并联负反馈。
同相输入端经 rR 接地,
rR,平衡电阻。 rR = 1? // F?
② 电路性能分析：
根据理想运放特性：“零子”,? ? ? ? ? ?Sff1 IsIsI)s(I,0)s(I ?????
)(sI1
? ? ? ?,“虚地.0ususu ??? ???
? ? ? ? ? ? ? ?
f
0
1
i
Z
susu
Z
susu ???? ??有
? ?
? ? 1F1Fi0uf R
R
Z
Z
su
suA ????? 有
? ?
? ?
? ?
? ? 111 111iif RZSI
ZsI
sI
suZ ????
? ? ? ?
f
0
1
i
Z
su
Z
su ??
Rif
休息 1 休息 2返回
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
( 1 ) 比例运算放大器 （反向运放）
11ff RZRZ ??,
iu
f1r RRR //?
1R
fR
0u
电压增益
1
f
uf R
RA ??
输入电阻,1RR if ? ； 输出阻抗,R 0 =0
( 2 ) 求和运放（反相加法器）
? 点为虚地,0uuu ??? ???
1
11
R
uI ??
2
22
R
uI ?
?u
f
0f
3
33
R
uI,
R
uI ??? 1I
2I
3I
fI
1R
2R
3R
1u
2u
3u
?I
f321r RRRRR //////?
0u
fR
f321 IIII,0I ??????
? ?321
1
f
0
321
uuu
R
R
V
RRR
????
?? 时，当
优点,1 ）改变 321 R,R,R 可调相加比例参数。
2 ）由于 ? 点为虚地，输入信号之间满
足线性叠加定理，互不影响。
.
电路仿真
电路仿真
返回
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
（ 3 ）积分运算
C
fZC ? ??
t
0 fC dt)t(iC
1u
Cu
fi
而
1
i
1f R
uii ??
1i)t(ui
1R
? ? ? ? ? ? dttuCR 1dtR tuC1tu t0 i
1
t
0 1
ic ???? ??
0u ?? ?点：虚地又 ?
? ? ? ? ? ??????? t0 i
1c0
.dttuCR 1tutu
0u
1r RR ?
例：理想积分：电容 C 恒流充电 ? 电容上电压成线形变化。
当 ? ? ? ?,tCR EtuEtu
1
0i ????
)t(ui
)t(u0
t
t
?u
E
电路仿真
返回
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
（ 4 ）微分运算
1ZC ?
? ? ? ?
? ? ? ? ? ?,
dt
tdu
CRtIRtu
.
dt
tdu
cti
i
fff0
i
1
????
??,虚地，
)t(ui ?u
0u
fR
C
1i
fI
fr RR ?（ 5 ）对数运算（非线性运算电路）
T 的 CB 短接 ? FR
T
iu
1i
1R
rR
BEu
fi
0u
A
由于 PN 结电压与电流之间的关系,
T
BE
T
BE
U
u
s
U
u
sEf eI1eIii ?
??
?
?
?
??
?
?
?
???
s
f
TBE I
ilnUu ??
虚地：
1
i
1f R
uii ??
? ?
.BulnU
IRlnulnU
IR
ulnUuu
iT
s1iT
s1
i
TBE0
???
???????
式中,.uIRlnB is1 无关的常量与?
电路仿真
电路仿真
休息 1休息 2
返回
iu
0u
7, 3, 2 反相输入应用（ Inverting）
（ 6 ）指数运算 （非线性运算电路）
T 的 CB 短接 1R?
T
BE
U
u
sE1 eIii ???
由虚地：
?
?
?
?
?
???
?
f
0
1f
iBE
R
u
ii
uu
i2
T
i
uk
1
U
u
SF1f0
ek
eIRiRu
?
??????
式中,.U 1K,IRK
T
2sF1 ???
u+
u- i1iE
电路仿真
休息 1休息 2
返回
7, 3, 3 同相输入应用 (Noninuarting)
① 电路结构：
)s(ui
2Z
1Z
fZ
)s(u0
1I
FI
?I
?I
输入信号 )s(u i 作用在同相输入端。 输出信号
)S(u o 通过反馈网络 FZ, 1Z 到反相输入端。
为一个电压串联负反馈电路。
为使输入端平衡对称,
12 ZZ ? // FZ
② 电路性能分析,
由理想运放“零子”：
??
?
?
??
??
??
VV
0II ? ? ? ? ?? ??? ususu i
又 ou? ? ?s - ?u = - FF ZI 而 ? ?sI 1 ? ? ? ? ?
1
F Z
susI ???
? ? ? ?susu o ??? ??
?
?
???
? ?? ?
1
F Z
uZ 而 ? ? ? ?susu
i?? ? ? ???
?
???
? ??
1
F
i Z
Z1su
电压增益,? ?? ? ??
?
?
???
? ???
1
F
i
o
uf Z
Z1
su
suA 输入阻抗,? ? ? ?0I.
I
suZ i
if ???? ?? ?
?u
u+
u-
休息 1休息 2
返回
0u
iu
FR
2R
⑴比例运算
)s(ui
)s(u0
?u
1I
FI
?I
?I
1R
FR
2R
???
?
???
? ??
1
1 RRA Fvf
输入电阻 ??ifR
如果 ?u 接电阻 3R,
则有 321 //// RRRR F ? （静态平衡）
R3
???
?
???
? ?
????? ?
?
1
F
32
3o
ii
o
uf R
R1
RR
R
u
u
u
u
u
uA 32if RRR ??
⑵跟随器
当 0?ifR 或 ??1R 时,
1RR1A
1
Fuf ???
右图所示电路中 fR 与 2R 接
与不接都是跟随器。 电路仿真
电路仿真
7, 3, 3 同相输入应用 (Noninuarting)
u+
u-
休息 1休息 2
返回
⑶求和运算 （同相相加器 ）
由同相放大器知：
???
??
?
? ?? u
R
R1u F
o
?u
?u
FR
R 根据叠加原理：
2
21
11
21
2 u
RR
Ru
RR
Ru
????? 2211
uKuK ??
1u
2u
2R
1R
其中,
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
21
1
2
21
2
1
RR
R
K
RR
R
K
? ?
? ?
?
?
?
?
?
????
??
?
?
?
?
?
???
?
??
?
?
?
?
?
???
21oF21
21
F
o21
2211
F
0
uuuRR,RR
uu
R
R
1
2
1
u,RR
uKuK
R
R
1u
则如果
如果
0u
7, 3, 3 同相输入应用 (Noninuarting)
电路仿真
休息 1休息 2
返回
7, 3, 3 差分输入（ Difference-Mode input）
u 1 经 R 1 加到反相输入端。
u 2 经 R 2 加到同相输入端。
u o 经 R f 反馈到反相输入端 。
1u
1R
2u
2R 0u
FR
对输入 u 1,电压并联负反馈。
对输入 u 2,电压串联负反馈。
利用叠加原理,
令 1
1
F'
o2 uR
R
u,0u ??? 则
令 2
1
F
32
3''
o1 uR
R1
RR
Ru,0u
???
?
???
? ?
??? 则
2
1
F1
32
31
1
F''o'oo u
R
RR
RR
Ru
R
Ruuu ???
??????? 有
由电路的静态平衡； 3f21.32f1 RR,RRR//RR//R ??? 如果取
? ?12
1
F0 uu
R
Ru ??? 有
1
F
12
o
uf R
R
uu
uA ?
??? （差模闭环增益）
3R
电路仿真
休息 1休息 2
返回
Uref
7, 3,5 实用运算电路分析
具有温度补偿的对数放大电路
?
?
?
?
?
同相放大器
减法电路
为对数放大器
:A
:A
:A,A
4
3
21
ui
uo
u2
u1
u'o如果 T
1, T 2 特性相同，反
相饱合电流也相等，即
I S1 =I S2 =I S
则有：
?
?
?
?
?
?
?
??
??
为外接基准电压其中 r e f
S1
r e f
T2
S1
i
T1
U),
IR
U
l n (Uu
)
IR
u
l n (Uu
∴有
r e f
i
T
S1
r e f
S1
i
T120 U
ulnU)
IR
Ul n ()
IR
ul n (Uuuu ?
?
?
?
?
?
? ?????
由于 变化而变化将随温度因此 Tu,q/kTU 0T ??
而经同相放大后，输出电压 u 0 为 )
U
ul n (
q
kT)
R
R1(u
r e f
i
t
20 ??
可见如果采用正温度系
数的热敏电阻 R t 可达到
温度补偿的作用。
电路仿真
休息 1休息 2
返回
§ 7.4 集成运放在电压比较器中的作用
7, 4,1 简单电压比较器
7, 4,2 电压比较器的应用实例
返回
7, 4, 3 迟滞电压比较器
ui
uo
UREF
EC
-
EE
7, 4,1 简单电压比较器
电压比较器是用于 模拟输入电压与基准电压间进行比较的电路 。
比较的结果在输出端用高电平或低电平表示出来。电压比较器是模
拟信号和数字信号间的桥梁，在数字仪表、自动控制、电平检测、
波形产生诸多方面应用极广。
（ 1 ） 电压比较器基本概念
电压比较器是集成运放的另一类基本应用电路,作用
是对两个输入电压进行比较，比较的结果及输出只有两种
状态，既高电平和低电平。
R EFi Uu ? "1"Uu OHo ??
R EFi Uu ? "0"Uu OLo ??
比较器 ? ?
??
?
转换电路一位模一数
电路模拟与数字电路的接口
D/A
比较器
??
?
成专用电压比较器芯片构
可以由运放构成
休息 1 休息 2
返回
7, 4,1 简单电压比较器
（ 2 ） 鉴别灵敏度
由于实际的运放 iud u,A ???
在 REFU 附近的一个很小范围内存
在一个鉴别不灵敏区。
UOL
UOH
UREF
鉴别
不灵
敏区
U?
uo
ui
在该范围内输出状态即非 U OH 又非 U OL,
故无法实现对输入电平大小进行判别。
一般 ???? UA ud ? 鉴别灵敏度 ?
（ 3 ） 转换速度
输出状态产生转换所需要的时间，通常要求转换时间尽可能短，
以便实现高速比较。
一般转换速度与,SBW
R
有关
??
?
??BW 转换速度 ?
??RS 转换速度 ?
休息 1 休息 2
返回
ui
uo
EC -EE
（ 3） 同相比较器
运算放大器工作在开关状态，基准
电压 U r ef 加在运放反相端,U r ef 值可由电
位器进行调节，输入信号 u i 加在运放的同
相端。
基本电路功能,
r e fi Uu ? "1"EUu cOHo ???
r e fi Uu ? "0"EUu EOLo ????
输出、输入信号波形如下图所示。
Uref
ui
t
Uref
Uref>0
uo
ui
t
Uref< 0
Uref
uo
（ ui - Uref）
uO
UOH
UOL
休息 1 休息 2
电路仿真
返回
ui
uo
-EE
EC
（ 4）反相比较器
右图是一个实际的反相比较 器电路。
输入信号 u i 加在运放的反相端，基准电
压 U r e f 加在运放同相端,U r e f 值可由电
位器进行调节 。
Uref
r e fi Uu ? "0"EUu EOLo ????
r e fi Uu ? "1"EUu cOHo ???
基本电路功能：
uOH
uOL
（ ui-Uref ）
uO
比较器的输出电平也可以根据
要求改变。如下图所示的电路
中，输出端串接限流电阻 R 1,对
地串接两只稳压管。设稳压管
的稳压值分别为 U Z1, U Z2,正向
道通电压 U D =0, 7V,此时比较器
的输出电平为 （ U Z2 +U D ）
或 - （ U Z1 +U D ）。
电路仿真休息 1 休息 2
ui
-EE
EC
uo
EC
返回
u'o uLuo
ui
ui
7, 4,2 电压比较器的应用实例
① 窗口检测电路
u i u A u B LED3 LED2 LED1
<3V L L 亮 暗 暗
3 - 6V L H 暗 亮 暗
>6V H H 暗 暗 亮
② 时标发生器电路
电路由过零电压比较器,
RC 微分电路（ RC << T ）和限
幅二极管 D 组成。当运放同相
端加上周期为 T 的输入信号时,
由 v i 产生的相应输出,u o, u ' o
,u L 如右图所示。其中 u L 是
一系列周期为 T 的正脉冲，可
作为单稳态触发脉冲。
3V uB
6V uA
电路仿真
电路仿真 休息 1 休息 2
ui
uo
u'o
uL
返回
7, 4, 3 迟滞电压比较器
( 1 ) 简单比较器存在的问题：
输出电压高频脉冲边缘不够陡峭, 抗干扰能力差,
iu 在 REFU 附近时，由于干扰，输出波形将不停的跳变,
直到 iu 远离 REFU 时输出才稳定。
0u
t
干扰信号
REFU
iu
0u
电路仿真
休息 1 休息 2
返回
ui
uo
Uref
7, 4, 3 迟滞电压比较器
（ 2 ）迟滞比较器电路结构,2f RR,,引入正反馈，可加速状态转换 。
21
,
ZZ
DD,输出限幅。
使输出：
? ??
?
?
???
??
1D2ZOL
2D1ZOH
UUU
UUU
s
R 为稳压管限流电阻，
REFU 为参考电平。
1, 迟滞比较器的传输特性
O
F2
2REF
F2
F u
RR
RU
RR
Ru
?????
而
??
??
OL
OH
O U
Uu
当 Li uu ?? 时,oHo Uu ??
HOHF2 2REFF2 F uURR
RU
RR
Ru
?? ??????
只有当 Hi uu ?? 后,OLo Uu ??
LOLF2 2R E FF2 F uURR
RU
RR
Ru
?? ??????
)UU(RR Ruuu OLOH
F2
2LH ?
???? ???
uo
ui
UoH
UoL
u+Hu+L
u?
可见这种比较器输出状态的跳变，并不
是发生在同一个输入信号电平上。
工程上把 LH uuu ?? ??? 称为迟滞宽度,
改变正反馈量的大小可以自由调节迟带宽度 。
输出电平由 OHU 跳变到 OLU 发生在 Hi uu ??
时,,而输出电平由 OLU 跳变到 OHU,发生在
Li uu ?? 电平。
ui
t
u+H
u+L
uo
u+
电路仿真
休息 1 休息 2 返回 继续
