1、第5章:集成运放的应用 p运算放大器的基本电路 （operational amplifiers）p信号运算电路（operational amplifiers）p RC有源滤波器（RC active filters）p电压比较器（voltage comparators）p非正弦波发生器（relaxation oscillators）Op.amp.UoPositivefeedbackAmplitudecontrolFrequencyselection正弦波振荡器 正弦波振荡器 Direct Digital Synthesis MROMTA BDACfofcLPF相位累加器波形存储器D/A转换器低通
2、滤波器(n bit)bit)n(m(N bit)5.4-1 单限比较器（simple comparators）p 电压比较器一般由运放构成，输入可为模拟信号或数字信号，输出则为二状态(UOH、UOL)的数字信号，输出状态跃变的输入电压称为阈值电压UT。+-OUTVIVTVoUT UIUoUOHUOL5.4 电压比较器过零比较器（zero-crossing comparator）+-OUTVIVoUT UIUoUoU UOHOHU UOLOLp UT=0V，可将正弦波整成方波；p 输入端加二极管限幅电路，限制运放的差模输入电压；p 输出端加稳压管限幅电路，可以获得 合适的UOH、UOL：(UZ+
3、UD)5.4 电压比较器输入信号和参考电压由同一输入端输入的比较器p 输出端限幅电路采用稳压管垮接在输出端 和反相输入端，构成负反馈回路，反相端 为虚地，保护了输入级；同时，运放 工作在线性区，提高了跃变速度。p 输出状态发生跃变时，流过稳压管电流为0，U-=R2UI/(R1+R2)+R1UR/(R1+R2)=0 UT=-R1UR/R2p 改变参考电压的大小和极性，以及电阻 R1和R2的阻值，就可以改变阈值电压的 大小和极性；若要改变UI过UT时的跃变 方向，则只须改变同相端和反相端。+-OUTVIVoR1R2VRUT UIUoUOHUOL5.4 电压比较器5.4-2 迟滞比较器（regene
4、rative comparator/Schmitt trigger）p 单限比较器灵敏度高，但可干扰能力差，在阈值电压 附近外部干扰严重，迟滞比较器引入正反馈，具有 滞回惯性特性，存在两个阈值电压。+-OUTVIVoR1R2VR计算阈值：IORUURRRURRRU211212存在两个阈值：OLRTURRRURRRU2112121OHRTURRRURRRU21121225.4 电压比较器5.4-2 迟滞比较器（regenerative comparator/Schmitt trigger）+-OUTVIVoR1R2VRUT1 UT2 UIUoUOHUOLp 当UIUT2时：Uo=UOL，UT=U
5、T1 因而，UI减小到UT1时，输出电压才会从UOL跃变为UOH5.4 电压比较器p 当UT1UIUT2时：Uo可能是UOH，也可能是UOL；若UI是从小于UT1的值逐渐增大过来，则UO=UOH 若UI是从大于UT2的值逐渐减小过来，则UO=UOL p 迟滞比较器的三个重要参数：1.UT1：下触发(门限)电平；2.UT2：上触发(门限)电平；3.UH=UT2-UT1：回差。tUItUotUotUo过零同端迟滞5.4-2 迟滞比较器5.4 电压比较器p 迟滞比较器的抗干扰性能UT2UT1UT1 UT2 UIUoUOHUOLUH-3V +3V UIUo+6V-6V例：设计一个电压比较器，使其电压传
6、输特性如右图所示。p 该电压比较器应为迟滞比较器VURRRURRRUOLRT32112121VURRRURRRUOHRT32112122UR=0由于UOL=-6V,UOH=+6VR1=R2取 R1=R2=50k输出选用 6V 稳压管对接。00+-OUTVIVoR1R25.4 电压比较器5.4-3 双限比较器（window comparator）p 单限比较器用于判别大于或小于某一参考电压值，输入电压单一方向变化时，输出只跃变一次；p 双限比较器用于判别输入是否在两个参考电压之间，输入电压单一方向变化时，输出可能跃变两次；p 当 UIURH时：A2输出高电平，A1输出低电平，D2导通，D1截止，
7、Uo=UDZ；p 当 URLUIURH时：A1输出低电平，A2输出低电平，D1截至，D2截止，Uo=0V；UDZUOUI URL URH+-OUT+-OUTD1D20URLURHDZUIUoA1A25.4 电压比较器5.5-1 矩形波发生器（rectangular wave generator）方波发生器（square wave generator）p 矩形波输出电压只有两种状态，电压比较器是其主要组成部分；p 方波发生器由反相输入的迟滞比较器 和 RC反馈延迟环节组成 迟滞比较器的输出电压为：UDZ 阈值电压为：UT=R1UDZ/(R1+R2)设Uo=+UDZ，UT=+UT，电容 C 被充电
8、；当Uc=+UT时，Uo跃变为-UDZ，同时UT变为-UT，电容 C 放电；当Uc=-UT时，Uo跃变为+UDZ，同时UT又变为+UT，电容 C 被充电，周而复始，自激振荡。-UT +UT UIUo+UDZ-UDZ00CR+-OUTVcVoR1R2充电5.5 非正弦波发生器p RC延迟环节的充电、放电时间常数均为：RC，而且充、放电的总幅值也相等，故：T1=T2，输出波形为方波，占空比为：T1/(T1+T2)=1/2。p 在1/2周期内，电容 C 充电的起始值为：-UT，终了 值为：+UT，稳态值为：+UDZUCUOttT1 T2 +UT -UT+UDZ-UDZRCTDZTDZTeUUUU/1
9、)(DZTURRRU211)2121ln(212RRRCTT周期：频率：Tf/1方波发生器（square wave generator）5.5 非正弦波发生器00CR+-OUTVcVoR1R2充电占空比可调矩形波发生电路：p 要改变占空比，即要改变RC延迟环节 的充电、放电的时间常数。p 充电时间常数：R3C，T1=R3C ln(1+2R1/R2)放电时间常数：R4C，T2=R4C ln(1+2R1/R2)占空比：T1/T=R3/(R3+R4)UCUOttT1 T +UT -UT+UDZ-UDZ)2121ln()43(21RRCRRTTT周期：00CR4D2D1R3+-OUTVcVoR1R2p
10、 若R4=100k，R3变化范围为：2080k 则占空比调节范围为：44.017.0433/1RRRTT5.5 非正弦波发生器*5.5-2 三角波发生器（triangular wave generator）p 将上节产生的方波电压作为积分运算电路的输入，即可得到三角波，实际中常采用迟滞比较器和积分电路来实现。p A1组成同相输入的迟滞比较器；A2组成积分电路，时间常数为：RCp 迟滞比较器输出UDZ作为积分器输入，积分器输出作为迟滞比较器输入，有：A1A2DZOAURRRURRRU2122111比较器阈值：DZTURRU12-UT +UT UIUo+UDZ-UDZp 设UO1=-UDZ，UT=
11、+UT，C 被充电，Uo ；当Uo=+UT时，UO1跃变为+UDZ，UT=-UT，C 放电，Uo ；当Uo=-UT时，UO1跃变为-UDZ，UT=+UT，C 被充电，周而复始，自激振荡。+-OUT+-OUTR3R0R1R200CVo5.5 非正弦波发生器*5.5-2 三角波发生器（triangular wave generator）p 积分电路输出电压：)(1)(01tUdtURCtUOOOp C 被充电时，积分电路正向积分，UO1=-UDZ，起始值：-UT，终了值：+UT，时间：T1UOUO1ttT1 T +UT -UT+UDZ-UDZ)(11TDZTUTURCUp C 放电时，积分电路反向
12、积分，UO1=+UDZ，起始值：+UT，终了值：-UT，时间：T1TDZTUTURCU11周期：频率：12412RRCRTTTf/1+-OUT+-OUTR3R0R1R200CVo5.5 非正弦波发生器*5.5-3 锯齿波发生器（sawtooth wave generator）p 当三角波发生器中正向积分时间远远 大于其反向积分时间时，即形成一种 特殊的三角波 锯齿波。p 利用二极管的单向导电特性，使得积分 电路的两个方向通路不同，时间常数不同p 正向积分时间常数：RC；反向积分时间常数：(R/R)C；p 正向积分时间：T2=2RCR2/R1 反向积分时间：T1=2(R/R)CR2/R1+-OUT+-OUTR3R0R1R200CRDVoUOUO1ttT1 T +UT -UT+UDZ-UDZT2周期：频率：)/(22112RRRRCRTTTTf/15.5 非正弦波发生器习题：P213 5-22P213 5-24 5.5 非正弦波发生器
