4.3 集成运算放大器 集成运放的组成 4.3.2集成运放的基本特性 4.3.3放大电路中的负反馈

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1 4.3 集成运算放大器 4.3.1 集成运放的组成 4.3.2集成运放的基本特性 4.3.3放大电路中的负反馈
第4章 4.3 集成运算放大器 集成运放的组成 4.3.2集成运放的基本特性 4.3.3放大电路中的负反馈 4.3.4集成运放在模拟信号运算方面的应用 4.3.5集成运放在幅值比较方面的应用 *4.3.6应用举例 上页 下页 返回

2 4.1 集成运放的组成 4.1.1 概述 4.1.2 集成运放的输入级电路 差分放大电路 4.1.3 集成运放的输出级电路 互补对称电路
第4章 4.1 集成运放的组成 概述 集成运放的输入级电路 差分放大电路 集成运放的输出级电路 互补对称电路 集成运放的工作原理和图形符号 上页 下页 返回

3 4.1.1 概述 u- u0 u+ ui 第4章 集成运放是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。 集成运放的组成框图
概述 集成运放是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。 u- u0 中间级 输出级 置 路 偏 电 u+ ui 输入级 集成运放的组成框图 上页 下页 返回 翻页

4 集成电路的特点 第4章 在集成电路工艺中还难于制造电感元件和大容量电容，因此集成运放主要采用直接耦合。
运算放大器的输入级采用差分放大电路，其特点是输入电阻高、抗干扰能力强、零漂小。 在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。 集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。 翻页 上页 下页 返回

5 4.1.2 集成运放的输入级电路 差分放大电路 前、后级静态工作点的相互影响 u 第4章 序:直接耦合方式及其存在问题 T 翻页 上页 下页
R B1 C1 u i o T 1 2 U CE1 +UCC E2 C2 － + 翻页 上页 下页 返回

6 u 直接耦合放大器的零点漂移 t 差分放大电路能很好地抑制零点漂移。 第4章 o
o 当放大器的输入电压 ui = 0 时，其输出电压uO往往不为常数，称这种现象为放大器的零点漂移。 出现零点漂移的原因： 多级直接耦合放大器的放大倍数很高。输入级由于管子特性、参数随温度变化等因素引起输出电压很大的变化，从而导致整个放大器无法正常工作。 差分放大电路能很好地抑制零点漂移。 翻页 上页 下页 返回

7 u0 典型差分放大电路对零漂的抑制 u01 u02 ui1 ui ui2 设 第4章 1. iC1 iC1 iC3 iB3 恒流源的组成：
+UCC u0 RC RC + R1 － 1. 典型差分放大电路对零漂的抑制 C1 C2 iC1 + + iC1 RB u01 RL u02 RB T1 T2 + － － + ui1 R E － iC3 ui iB3 B3 － + T3 ui2 R UZ R2 DZ －UEE + － － 恒流源的组成： R1、DZ、T3、R2 iC1 设 工作原理： ToC iC3 UR2 UBE3 （ UB3 固定） iC2 iB3 iC3 翻页 上页 下页 返回

8 ui1 = －ui2 2.差分放大电路对差模信号的放大作用 ui ui1 = — ui2 ui ui1 u01 u02 u0
第4章 2.差分放大电路对差模信号的放大作用 +UCC RB RL RC T1 T2 C1 C2 ui2 + － ui ui1 UZ R2 T3 B3 iB3 iC3 DZ u01 u02 E u0 －UEE R1 R 大小相等、极性相反 ui1 = — 2 ui ，ui2 = - — ui1 = －ui2 差模输入： 大小相等、极性相反 翻页 上页 下页 返回

9 差分放大电路的交流通路 ui uO1 uO= －uO2 uO1 ui1 ui2 （ui1 -ui2 ） uO ui ui ui2 ui
第4章 差分放大电路的交流通路 RC T1 T2 C1 C2 ui2 + － ui ui1 u01 u02 E u0 RL 2 差模输入 ui1 ui2 ， ui = － 输出 uO = －uO2 uO1 uO= －uO2 uO1 = Au1 ui1 ui2 Au2 － = Au1 （ui1 -ui2 ） = ui Au1 ui Ad Au1 = uO 双端输出时差模信号电压放大倍数 翻页 上页 下页 返回

10 3.差分放大电路的共模放大倍数 ui2 ui ui1 u01 u02 u0 ui1 =ui2 uiC uO1C－ uO2C 第4章 iB3
+UCC RB RL RC T1 T2 C1 C2 ui2 + － ui ui1 UZ R2 T3 B3 iB3 iC3 DZ u01 u02 E u0 －UEE R1 R 共模输入： ui1 =ui2 输出 uo1C = uo2C 大小相等，极性相同 。 KCMR = —— Ad Ac 共模抑制比 双端输出时Auc = ———— ≈ 0 uiC uO1C－ uO2C 翻页 上页 下页 返回

11 4.差分放大电路的输入－输出方式 ui ui ui 第4章 u0 u0 u0 翻页 上页 下页 返回 + _ +UCC IS + _
RC +UCC RB IS UEE u0 + _ ui RC +UCC RB IS UEE +UCC RC u0 RC _ + + RB RL RB _ + _ ui T1 T2 IS UEE _ 单端输入-单端输出 双端输入-单端输出 单端输入-双端输出 翻页 上页 下页 返回

12 4.1.3 集成运放的输出级电路 特点： 互补对称电路 第4章 iC1 iO ui uO iC2 翻页 上页 下页 返回 +UCC R1
T1和T2两个晶体管特性相同且轮流导通，提高输出功率。 T1 B1 iC1 R3 D1 电路为射级输出器，输出电阻小，带负载能力强。 iO B + + ui D2 RL uO T2 互补对称电路结构对称，采 用正负对称电源，静态时无直流电压输出，负载可直接接到发射极，实现了直接耦合。 － B2 － iC2 R2 －UCC 翻页 上页 下页 返回

13 u u u u 4.1.4 集成运放的符号、管脚 AO － ＋ ＋ 第4章 － i o ＋ 上页 下页 返回 本节结束 信号传输方向
集成运放的符号、管脚 信号传输方向 实际运放开环电压放大倍数 理想运放开环电压放大倍数 反相输入端 AO u － 输出端 － u i ＋ o u ＋ u ＋ 同相 输入端 上页 下页 返回 本节结束

14 4.2 集成运放的基本特性 uo ui uo ui u－ ui uo u 1. 电压传输特性 （u+ ） 第4章 ＋ － u– u+
AO 1. 电压传输特性 uo ui uo= f ( ui ) , 其中 ui = u＋ – u － UOM 线性区 <ui Ui – + < Ui – uo = A0 ui （u+ – u－ ） Ui + ui > Ui + 和 - < 饱和区 –UOM uo = + – UOM 翻页 上页 下页 返回

15 2. 集成运放的理想特性 u u u － ＋ ＋ 理想化的条件： AO 开环电压放大倍数 AO ∞ ; － 差模输入电阻 ri ∞ ; o
第4章 2. 集成运放的理想特性 理想化的条件： 开环电压放大倍数 AO ∞ ; u AO － － ＋ 差模输入电阻 ri u ∞ ; o ＋ 开环输出电阻 rO 0 ; u ＋ 共模抑制比 KCMRR ∞ ; 翻页 上页 下页 返回

16 uo ui uo ui u 集成运放的理想电压传输特性 第4章 ＋ － u– u+ Uo+ UO+ –Uim Uim U0 - UO-
ui uo ui Uo+ UO+ –Uim Uim U0 - UO- 实际运放 理想运放 翻页 上页 下页 返回

17 , u- u+ 4.3 理想运放的分析特点 i- ui ri i-= i+= uO ui ri i-= i+=0 i+ ui uO u-
第4章 4.3 理想运放的分析特点 理想运放工作在线性区的分析依据 “虚断路”原则 （1） i- _ ui ri i-= i+= uO 对于理想运放 ui + ri ,  0 i-= i+=0 + i+ “虚短路”原则 （2） ui uO _ + u- u+ u uo ui = Ao – - + Ao , 理想运放 u- u+ = 翻页 上页 下页 返回

18 u- uO ui u+ ii uO rid 理想运放工作在非线性区的分析依据 输出电压u0只有两种可能： “虚断”的条件原则上仍成立， 即
第4章 理想运放工作在非线性区的分析依据 输出电压u0只有两种可能： ui uO _ + u- u+ 当u+ > u-时，u0=UO+ 当u+ < u-时，u0= UO－ “虚断”的条件原则上仍成立， 即 ii ii ≈ 0 uO + “虚短”原则上不成立，即 rid u+和u-不一定相等！ + 本节结束 上页 下页 返回

19 4.3 集放大电路中的负反馈 4.3.1 反馈的基本概念 4.3.2 负反馈的四种类型 4.3.3 负反馈对放大电路性能的影响 第4章 上页
反馈的基本概念 负反馈的四种类型 负反馈对放大电路性能的影响 上页 下页 返回

20 xi xd xo xf 4.3.1 反馈的基本概念 xi — 输入信号 xd — 净输入信号 A xo — 输出信号 xf — 反馈信号
第4章 4.3.1 反馈的基本概念 xi — 输入信号 xi xd xo A xd — 净输入信号 xf xo — 输出信号  xf — 反馈信号 无反馈 A= xo / xd 开环放大倍数 F 有反馈方框图 F= xf / xo 反馈系数 反馈：将放大电路输出 信号的一部分或全部经 反馈网络引回输入端。 负反馈 xd = xi – xf ( 同相) 闭环放大倍数 xo Af = — xi 翻页 上页 下页 返回

21 第4章 负反馈的四种类型 电压串联负反馈 电压并联负反馈 负反馈的类型 电流串联负反馈 电流并联负反馈 上页 下页 返回 翻页

22 第4章 放大电路的负反馈，按照反馈信号反映的输出量（电压或电流）和反馈电路与输入回路的联接方式（串联或并联），可分为四种基本类型，如下方框图所示。 翻页 上页 下页 返回

23 第4章 翻页 上页 下页 返回

24 第4章 翻页 上页 下页 返回 （一）电压串联负反馈
同相输入方式的比例、加法运算电路都属于电压串联负反馈放大电路。以同相比例运算电路为例，其输出端接有负载电阻RL。 在输入回路中， 而 故 则 翻页 上页 下页 返回

25 第4章 翻页 上页 下页 返回 显然，ri>>rid。 （二）电压并联负反馈
反相输入方式的比例、加法运算电路都属于电压并联负反馈放大电路。以反相比例运算电路为例，其输出端接有负载电阻RL。 即输入电阻ri只取决于 外接电阻R1。 翻页 上页 下页 返回

26 第4章 （三）电流串联负反馈 如图所示电压—电流转换器是具有电流串联负反馈的运放 电路。 翻页 上页 下页 返回

27 第4章 若转换器的负载是一块毫安表，表针偏转角将与输入电压（即待测电压Ux）成正比，整个运放电路就是一个直流电压表。 翻页 上页 下页 返回

28 第4章 翻页 上页 下页 返回 如果转换器的输入电压取自恒压源，如取自稳压管的电压UZ，其输出电路就是一个恒流源，输出电流为 定值
（四）电流并联负反馈 翻页 上页 下页 返回

29 A0 F 电压串联负反馈 ui uf ud= ui – uf < ui，为负反馈。 ud uo uf u - + + u uL _ _
第4章 电压串联负反馈 R f ud uf + _ ui + A0 AO uo - R 1 u o _ + RL uL uf ui – uf + u i R 2 _ F 同相输入电路 在输入端, uf 与 ui 相串联（以电压的形式）为串联反馈； 在输出端，F与A相并联, uf与uo成正比，为电压反馈； ud= ui – uf < ui，为负反馈。 净输入信号 翻页 上页 下页 返回

30 ud= ui – uf id id u u uf 以电压的形式出现。 判断是电压还是电流反馈？ uf - uf ud uf与uo成正比，
第4章 判断是电压还是电流反馈？ f R id = 从输出端分析： uf + _ id uf = u R1 + Rf 因为 ， AO - ud + u o _ + uL R 1 + uf与uo成正比， u i RL _ R 2 为电压反馈 ~ + _ uf + _ ud 判断是串联还是并联反馈？ ~ + _ ui 从输入端分析：uf 与 ui 相串联, ud= ui – uf uf 以电压的形式出现。 为串联反馈 翻页 上页 下页 返回

31 ud= ui – uf ui 判断是正反馈还是负反馈？ uf - ud u ui u + + _ _ uf < 第4章 反馈类型的判别
R 反馈类型的判别 ——瞬时极性法 uf + _ 首先设输入电压的极性 在某一瞬时对地为正； AO - ud + u o R 1 然后找出电路其余各点 的瞬时极性； + + u i RL _ R 2 ~ + _ uf ui _ 最后根据同一瞬时反馈 电压与输入电压相比较的结果加以判断 + _ ud ud= ui – uf < ui 由上述结果可知：引入反馈后使净输人电压减小，为负反馈。 该例为电压串联负反馈电路 翻页 上页 下页 返回

32 A0 F 电压并联负反馈 ui if uo ii id ii id = ii – if < ii ，为负反馈。 u u if Rf -
第4章 电压并联负反馈 if Rf F A0 ui uo + - ii if ii – if id ii AO _ + uL u u R2 o i RL R1 反相输入电路 在输入端, 信号以电流出现, if与ii相并联,为并联反馈； 在输出端， if与uo成正比, 为电压反馈； id = ii – if < ii ，为负反馈。 净输入信号 翻页 上页 下页 返回

33 id = ii – if < ii ，为负反馈。
第4章 if Rf 判断是电压还是电流反馈？ if = u- _ u0 Rf 因为 - u0 Rf ii id = AO u u + u- R2 o 所以为电压反馈。 i + _ 判断是串联还是并联 反馈？ RL uL R1 _ 信号以电流出现, if与ii相并联, 为并联反馈； 反相输入电路 判断是正反馈还是负反馈？ 瞬时极性法 id = ii – if < ii ，为负反馈。 净输入信号 该例为电压并联负反馈电路 翻页 上页 下页 返回

34 A0 F 3. 电流串联负反馈 ui uf ui ud= ui – uf < ui ，为负反馈。 ud io uf ud i0 uL
第4章 3. 电流串联负反馈 uL io F A0 ui ud uf + - ui – uf ＲL uf i0 – AO + – ud Ｒ + + ui Ｒb – 在输出端， uf与 io成正比，为电流反馈； 在输入端,信号以电压形式出现,uf与ui相串联,为串联反馈； ud= ui – uf < ui ，为负反馈。 净输入信号 翻页 上页 下页 返回

35 A0 F 4.电流并联负反馈 io ii id id= ii – if < ii ，为负反馈。 if - ii – if 第4章
+ - ii if ii – if id 在放大器输出端， if与 io成正比，为电流反馈； 在放大器输入端, 信号以电流出现, if与id相并联,为并联反馈； id= ii – if < ii ，为负反馈。 净输入电流 翻页 上页 下页 返回

36 iL i i i i i0 if i0 i i0 id id= ii – if < ii ， ui 运用瞬时极性法判别正、负反馈？
第4章 运用瞬时极性法判别正、负反馈？ iL Rf RL 各点的瞬时极性 - 各电流的实际方向 uL + i i f id 净输入电流 R2 id= ii – if < ii ， 为负反馈。 i i i0 i d AO 电压还是电流反馈？ + ui R1 + u0 R2 + Rf if = i0 - + Rb , ~ + _ ui id ii u0´ if RL uL Rf R2 i f + - i0 判断是串联还是并联反馈？ 该例为电流并联负反馈电路 翻页 上页 下页 返回

37 id = ii – if < ii 负反馈类型的分析方法小结 ui ud= ui – uf ui ui uf < u0´ 第4章
Rf + _ R 1 R2 u0 ui ii if AO Rf + _ R 1 R2 uf u0 ui 负反馈类型的分析方法小结 ——瞬时极性法 正、负反馈的分析 第一步 ：找出电路各点的瞬时极性 第二步 ： 将反馈信号与输入信号相比较 ~ + _ uf ud ui ud= ui – uf < ui 削弱净输入信号 —— 负反馈 id = ii – if < ii 串联还是并联反馈 从输入回路分析 ~ + _ ui id ii u0´ if 反馈信号与输入信号相串联加到输入端 （以电压形式出现） 串联负反馈 反馈信号与输入信号相并联加到输入端 并联负反馈 （以电流形式出现） 翻页 上页 下页 返回

38 if if if i0 uf u0 uf uf i0 ui - uf 第4章 if ii u0 ui - 电压还是电流反馈 或 或 翻页
Rf AO i0 ＲL ui uf Rf Ｒ ii AO u0 + + Ｒ’ R 1 ui _ + F - R2 - 电压还是电流反馈 从输出回路分析 反馈信号（ ）与输出电压 u0 或 uf if 电压负反馈 直接成比例关系 if = Rf - u0 反馈信号（ ）与输出电流 i0 或 uf if 电流负反馈 直接成比例关系 uf = i0 Rf 翻页 上页 下页 返回

39 u ud uo u01 u + A1 A2 + RL + RF 第4章 [例题4.3.1]反馈类型的判别 ——瞬时极性法 f
AO i ud A1 AO u01 uo A2 + RL + u f RF 在输入端：ud =ui- uf< ui 为负为反馈 翻页 上页 下页 返回

40 u ud uo u01 u uf以电压形式出现且与ui相串联接在输入端，故为串联反馈 + A1 A2 + + RF 第4章
串联、并联反馈判别 ——在输入回路中分析 + u AO i ud A1 AO u01 uo A2 + + u f RF uf以电压形式出现且与ui相串联接在输入端，故为串联反馈 翻页 上页 下页 返回

41 u ud uo u01 u + A1 A2 + RF + Rf引入电压串联负反馈 第4章 电压、电流反馈判别 ——在输出回路中分析 f
AO i ud A1 AO u01 uo A2 + u f RF + 反馈电路直接从输出端引出， uf与uo成正比为电压反馈 Rf引入电压串联负反馈 翻页 上页 下页 返回

42 uo u01 u i id io if 所以，RF引入了电流并联负反馈 + A1 A2 RL + RF 第4章 [例题4.3.2]
试判别图示电路中反馈的类型和极性 + AO AO uo id A1 A2 u01 u i io RL i + RF if 利用瞬时极性法判别正、负反馈 为负反馈 所以，RF引入了电流并联负反馈 在输入回路中分析串联、并联反馈 并联反馈 在输出回路中分析电压、电流反馈 电流反馈 翻页 上页 下页 返回

43 . . A xo xi xd xf 4.3.3 负反馈对放大器性能的影响  F 提高放大倍数的稳定性 dAf Af = dA A 1
第4章 负反馈对放大器性能的影响 提高放大倍数的稳定性 A F xo xi xd xf  设开环放大倍数的相对变化率为dA/A dAf Af = dA A 1 . 1+AF 闭环放大倍数的相对变化率为 dAf/Af Af= A 1+AF ，对A求导得 dAf dA = 1 1+AF － AF (1+AF )2 = 1 (1+AF)2 ， dAf = dA (1+AF )2 dAf Af = dA / A (1+AF )2 1+AF = dA A . 1 1+AF 翻页 上页 下页 返回

44 xi xd xo A xf  F 2. 扩展通频带 第4章 加入负反馈使放大器 的通频带展宽 BWf  1 AF  BW A Af
无负反馈 A0 0.707A0 对于集成运放 BW 有负反馈 Af 则有： 0.707Af BWf fLf = fL =0 f fLf fL fH fHf 翻页 上页 下页 返回

45 A A F uo ui ui ud uo uf 负反馈改善了波形失真 3. 减小非线性失真 第4章 无负反馈 加入 负反馈 翻页 上页 下页
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46 4. 对输入电阻输出电阻的影响 第4章 输入电阻 串联负反馈提高输入电阻 rif>ri 并联负反馈降低输入电阻 rif<ri
电压负反馈稳定输出电压，所以 电压负反馈降低输出电阻，rof<ro 电流负反馈稳定输出电流，所以 电流负反馈增加输出电阻，rof>ro 本节结束 上页 下页 返回

47 4.4 集成运放在模拟信号运算方面的应用 4.4.1 比例运算电路 4.4.2 加、减运算电路 4.4.3 积分、微分运算电路 第4章 上页
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48 u u 4.4.1 比例运算电路 if i1 i－ i＋ Rf R1 R2 o 第4章 Rf引入深度负反馈 1、反相输入比例运算电路
并联电压负反馈 i1 R1－输入电阻 u i－ i Rf－反馈电阻 R1 R2－平衡电阻 u i＋ R2 o R2= R1// R1 翻页 上页 下页 返回

49 u u ui u ui u u0 ui i-= 0 i1 = if i1 = —– if = – — u- u+ u0 u if i1 i-
第4章 if 反相输入运算关系 Rf “虚断路” i-= 0 i1 i- u i1 = if i R1 “虚地” u- = u+ =0 u ui i1 = —– R1 ， u if = – — o Rf R2 o ui —– R1 u = – — o Rf Af = — = – — u0 u i Rf R1 ——反相比例 u0 Af = — = – 1 ui 当Rf=R1=R时 ——反相器 翻页 上页 下页 返回

50 u 反相比例器的特点 if i1 i- Rf R1 R2 反相比例器引入并联电压负反馈 输入电阻低 输出电阻低 o 第4章 i 翻页 上页
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51 Auf =  = 1+  u u = ——– u u ui u- u = u u = ——– uo id id ＝ 0
第4章 if Rf 2、同相输入比例运算电路 id id ＝ 0 i1 u_ u u = ——– o - R1 Rf + R1 u+ u u = ui i u- u = + R2 o 同相比例运算电路 u u = ——– o i R1 Rf + = 1+ ui Rf R1 uo 故有： Auf =  uo ui = 1+  Rf R1 ——同相输入比例器 翻页 上页 下页 返回

52 u 同相输入比例器的特点 if i1 Rf R1 R i o 第4章 2 输入电阻高 输出电阻低 翻页 上页 下页 返回
同相比例运算电路 i 同相输入比例器属于电压串联负反馈电路。 输入电阻高 在理想运放的情况下，输入电阻：ri＝∞ 输出电阻低 在理想运放的情况下，ro＝0 翻页 上页 下页 返回

53 uo ui uo = ui u = 1+ ui uo if i1 Rf R1 Rf R1 R R2 电压跟随器 o i 第4章 2
同相比例运算电路 i 电压跟随器 当R1=∞或 Rf=0时 同相跟随器 ui R2 uo = 1+ ui Rf R1 uo uo = ui 翻页 上页 下页 返回

54 ui1 ui2 ui3 4.4.2 加、减 运算电路 u i2 i3 Rb R1 // R2 // R3 // Rf 1、加法运算电路
第4章 4.4.2 加、减 运算电路 1、加法运算电路 反相加法运算电路 ui1 i1 if Ｒ 1 Ｒ f ui2 i2 Ｒ 2 i3 3 Ｒ ui3 Ｒ u b o Rb = R1 // R2 // R3 // Rf 翻页 上页 下页 返回

55 u = – (  +  +  ) ui1 ui3 ui2 ui1 ui3 ui2 ui1 u- ui2 u- ui3 u- u- i-
第4章 ui1 f u o b ui3 ui2 i1 i2 i3 if 1 Ｒ 3 2 运算关系 因 i- = 0 ， i- 故 i1+i2+i3=if u_ 即 ui1 u- —— R1 ui2 u- —— R2 + ui3 u- —— R3 + u0 —— Rf u- = u_ 又 —— “虛地” u = – (    ) ui2 o ui1 ui3 Rf R1 R2 R3 上页 下页 返回 翻页

56 u ui1 ui2 ui1－u+ ui2－u+ u+ ui2 ui1 u+   ui1 ui2 u+   +  
第4章 f 21 1 u o ui1 ui2 Ｒ 22 同相加法运算电路 ui1－u+ R21 + ui2－u+ R22 = u+ R ui2 ui1 u+ = R21 R22 + R 1   ui1 ui2 u+ = R   +  R21 R22  Rf uO = 1+  R1 u+ uO = 1+ R  +  Rf R1 R21 ui1 R22 ui2  其中 R = R21 R22 R 下页 翻页 上页 返回

57 u0 u_ ui1 ui1 ui1 u_ u+ ui2 u+ ui2 = 1+    ui2 o i- i1 i- u_ u+
第4章 2、减法运算电路 差动比例运算电路 i1 = if ui1 _ u0 R1+ Rf u0 R3 Rf R1 R2 i- u_ u+ if i1 因 i- = 0 ， u_ = ui1 _ i1 R1 ui1 = _ .R1 u0 R1+ Rf ui1 u_ = u+ ui2 u+ = ui2 R3 R2+ R3 = 1+    ui2 u o Rf R1 R2 + R3 R3 -  ui1 翻页 上页 下页 返回

58 u u0 = ui2－ui1 ui2 ui1 = 1+    ui2 o Rf R1 R2 R3 Rf R3 R1 R2 + R3
第4章 = 1+    ui2 u o Rf R1 R2 + R3 R3 -  ui1 当R1=Rf=R2=R3时 Rf u0 = ui2－ui1 R1 ui2 —减法运算电路 R2 ui1 u o R3 翻页 上页 下页 返回

59 u u u u ui2 R R R R R R R R = —– • —– – —– i1 i2 N1 N2 o o 第4章
两级反相输入减法运算电路 R f1 R 12 R R f2 u 11 u i1 i2 N1 R u N2 R 13 o 21 R 22 u o = —– • —– – —– i1 ui2 11 R 13 12 f1 f2 翻页 上页 下页 返回

60 ∫ u u u u uidt i1 = —— , if = － C —— if i1 duC iC = du0 i1=if ， dt
第4章 4.4.3 积分、微分 运算电路 if C 积分运算电路 i1 R 1 u duC dt C —– iC = i u o R2 依据 u-=u+ … 虚地 u R1 i1 = —— , i if = － C —— dt du0 i1=if ， = – ——– u o C  R1 １ uidt ∫ 得: 翻页 上页 下页 返回

61 ∫ u u uidt u if i1 = – —— １ R R2 C C 输入为阶跃电压时积分器的输入输出波形 i o R1 U
第4章 if C 输入为阶跃电压时积分器的输入输出波形 i1 R 1 u i o t ui U u o R2 o t uo uidt = – —— u o C R1 １ ∫ t U R1C = – —— t 翻页 上页 下页 返回

62 ui u uO uo u dui 输入与输出 的关系式为 if i1 dt Ｒf Ｒ2 微分运算电路 C o = – Rf C –— 第4章
若输入为方波 Ｒf if 则输出波形为 i1 C ui u uO i uo Ｒ2 输入与输出 的关系式为 dui dt u o = – Rf C –— 翻页 上页 下页 返回

63 u u = – [(  +  ) + RfC1–— + ——∫ui dt ] u ， ui if ic i1 dui dt ui dui
第4章 应用举例：PID调节器 if Ｒf Cf 依据虚断和虚短原则 ic C1 u i i1 = iC =C1 dui dt ui R1 ， Ｒ i1 u if = i1+ic 1 o 1 Cf uo = - (if Rf + ∫ifdt) Ｒ 2 dui u = – [(  +  ) + RfC1–— + ——∫ui dt ] o Rf R1 C1 Cf ui dt R1Cf 1 本节结束 上页 下页 返回

64 第4章 4.5 集成运放在幅值比较方面的应用 开环工作的比较器 *4.5.2 滞回比较器 上页 下页 返回

65 ui uo uR uR uO ui uo ui -UOL uo ui 4.5.1 开环工作的比较器 UOH R1 R2 UR UZ R1 R
第4章 开环工作的比较器 ui uo 反相输入比较器 UOH R1 R2 uo ui uR UR -UOL ui uo 同相输入比较器 UZ R1 R2 R Dz uO ui uR UR UD 翻页 上页 下页 返回

66 第4章 反相输入过零比较器 ui R1 ui R2 uO t uo uo UOH UOH ui t -UOL UOL 翻页 上页 下页 返回

67 ui uO uo ui = 0 ui - u- ui ui= UZ Dz R1 R2 UR R3 UZ = 0，则有： R1 – —UR
第4章 UZ Dz R1 ui 输入求和型任意电平比较器 R2 UR uO R3 因为 u+ = 0 ui - UR uo u- = —— R2+ UR R1+R2 UZ 设 u- = 0，则有： ui R2+ UR R1=0 – —UR R1 R2 ui 转折电压： R1 –UZ ui= – —UR R2 翻页 上页 下页 返回

68 ui uO *4.5.2 滞回比较器 uo ui -UZ R1 R3 R2 UZ Rf UZ UTL UTH 第4章 Dz 过零滞回比较器
UTH 过零滞回比较器 -UZ 翻页 上页 下页 返回

69 ui uO ui ui -UZ R1 R3 R2 UZ uo Rf Dz -UZ 第4章 滞回比较器应用 UZ UTL UTH t t 翻页
UTH t UTL ui uo UZ t -UZ 翻页 上页 下页 返回

70 ui uO uR uO ui -UZ R1 R3 R2 UZ UZ UTL U'R UTH U'R = ———UR R2 + Rf 第4章
反相输入滞回比较器 R3 uO R2 uR Dz UZ Rf uO UZ ui UTL U'R UTH U'R = ———UR R2 + Rf -UZ 本节结束 上页 下页 返回

71 应用集成运放构成的温度监测控制电路结构框架如下：
第4章 *4.6 应用举例 应用集成运放构成的温度监测控制电路结构框架如下： 温度 传感器 电压变换和定标 滞回 比较器 控制执行电路 温度传感器将温度变化转化为电压，将此电压与限定温度范围内的电压上限和下限值比较，以控制加热器加热或停止加热，使被控温度保持在一定的范围内。 上页 下页 返回 翻页

72 监测温度下限值为0℃ ，要求对应显示的输出电压为0V；上限值为100℃ ，要求对应显示的输出电压为10V。
第4章 以自动控制温度在0100内变化为例。 监测温度下限值为0℃ ，要求对应显示的输出电压为0V；上限值为100℃ ，要求对应显示的输出电压为10V。 电路由温度传感器、跟随器、加法电路、滞回比较器、反相器、光电耦合器、继电器和加热器等组成 上页 下页 返回 翻页

73 第4章 + _ （隔离，以避 免后级的影响） 温度传感器 上页 下页 返回 翻页 RT置于温度监测处。 当温度从0℃ 100℃
510 UT RT -UCC(-15V) R2 10 k R3 10 k UO1 + _ A0 A1 MF57型 热敏电阻 RT置于温度监测处。 当温度从0℃ 100℃ RT由7355Ω 153Ω， 相应的UT从－0.97V －11.54V。 　　UO1=UT A1 跟随器 （隔离，以避 免后级的影响） 温度传感器 上页 下页 返回 翻页

74 第4章 + _ + _ （隔离） 反相加法器 上页 下页 返回 翻页 A3 A2
温度为下限值时，UO1=UO1L＝－0.97V,令UO2=UO2L=0,则应满足： ＋UCC(15V) RP1 温度为上限值时， UO1=UO1H＝－11.54V 令UO2=UO2H=10V,则应 满足：电压放大倍数 220 k R8 10 k 10 k RP2 R6 4.7 k + _ A0 A3 R4 UO1 + _ A0 A2 A3 UO3 A2 UO2 R7 10 k = 10 k V R5 按温度标定后电压表可 直接指示被监测温度 跟随器 （隔离） 反相加法器 上页 下页 返回 翻页

75 第4章 滞回比较器 上页 下页 返回 翻页 设RP=RP3′//RP3″,则： UR A4 调节RP3可改变UR，从而调节
＋UCC (15V) RP3 RP3' RP3″ UR 设RP=RP3′//RP3″,则： R12 R10 U+4 A4 UO3 UO4 U-4 R9 调节RP3可改变UR，从而调节 U+4,达到调节控温范围的目 的。R9－R12的阻值由控温要 求确定。 R11 滞回比较器 上页 下页 返回 翻页

76 第4章 ~ 反相器 上页 下页 返回 翻页 A5 加热器 耦合器
＋UCC(15V) E R16 FU K R14 10 k D ~ FU R13 UO4 A5 T1 10 k UO5 加热器 R17 T2 光电 耦合器 R15 反相器 当UO5为低电平时，T1和T2导通，继电器线圈通电，其触点闭合，加热器通电加热，使被监控点的温度上升；反之，则温度下降。 上页 下页 返回 翻页

77 整个电路的工作原理： 该电路的功能：自动监控测温度。 第4章
被控点的温度较低时，RT大，UT、UO1小，UO2、UO3小，使得U-4<U+4, A4输出正饱和电压（此时U+4=U+4H),UO5输出低电平，加热器加热，被控点升温。 当温度升高至上限值，使得U-4>U+4H, A4输出负饱和电压（此时U+4=U+4L), UO5输出高电平，加热器停止加热，温度下降。降至下限值则重新加热。 该电路的功能：自动监控测温度。 上页 下页 返回 翻页

78 通过电位器RP3的调节，使控制温度范围可调。
第4章 注意： 电位器RP1、RP2的作用决定了输出电压按温度标定的比例关系，即如何使得电压表直接指示温度值。 ▲ 通过电位器RP3的调节，使控制温度范围可调。 ▲ 上页 下页 本章结束 返回