关于运放.docx

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关于运放

1、运放的选择

选择运放要看它的最大电压和最小电压、静态电流、运放要为负载提供的电流，以及它使用的所有其它电流。

放大器选择有五个关键要素：

带宽、电源、一个封装中多只器件的要求、应用和成本。

将这些因素缩减为三点：

电压、电流和带宽。

2、运放的应用

当运放引入负反馈构成运算放大器，运放工作在线性应用状态；

当运放引入正反馈或开环时，运放工作在非线性应用状态。

3、常见的滤波器（滤波器作用:

是从输入信号在中选出有用的频率信号使其顺利通过,而对无信号或干扰信号加以抑制，起衰减作用。

（即被滤掉））

①无源低通滤波器（缺点电压放大倍数低；带负载能力差。

）

②有源滤波电路

为解决无源滤波电路带负载能力太差的问题，可在无源滤波电路和负载之间加一个电压跟随器，如图所示，就构成了有源滤波器。

由于电压跟随器的输入阻抗很高、输出阻抗很低，因此，其带负载能力很强。

（有源滤波器只适用于信号处理，不适用于高电压大电流的负载。

）

如果希望电路不仅有滤波功能，而且能起放大作用，则只要将电路中的电压跟随器改为同相比例放大电路即可，如图所示。

③同相输入低通滤波器

④简单二阶电路（一阶电路很简单，但幅频特性的衰减率只有-20dB/十倍频，效果不好，若要求响应曲线以-40dB或-60dB/十倍频的斜率变化，则需采用二阶、三阶或更高阶的滤波器。

实际上，高于二阶的滤波器都可以由一阶和二阶的有源滤波器构成，所以我们重点研究二阶有源滤波器。

只要将RC网络由一节改为二节，即构成简单的二阶LPF。

⑤压控电压源二阶低通滤波器（上述二阶电路虽然衰减斜率达-40dB/十倍频，但在f0附近的特性不理想，可加正反馈加以改善，由此得到压控电压源二阶低通滤波器，）如图所示：

⑥二阶无限增益多路反馈低通滤波器（Rf、C2构成两个反馈支路，反馈强弱与信号频率有关，运放可看成是理想运放，增益为无穷大，因此叫无限增益多路反馈滤波器。

）

⑦高通滤波器高通滤波器与低通滤波器具有对偶性，只要将低通滤波器中滤波环节的电容替换成电阻，电阻替换成电容，就可得到各种高通滤波器。

如果在一级RC高通电路的输出端再加上一个电压跟随器，使之与负载很好地隔离开来，就构成了一个简单的一阶有源高通滤波电路，如图二所示。

由于电压跟随器的输入阻抗很高、输出阻抗很低，因此，其带负载能力很强。

例如：

图一为无源高通滤波器图三（a）为压控电压源二阶高通滤波器，图三（b）为无限增益多路反馈高通滤波器。

图一：

图二：

图三：

⑧带通滤波器（只允许某一频带范围内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断。

将低通滤波器和高通滤波器串联，就可以得到带通滤波器。

条件是低通的fH高于高通的fL。

把二阶LPF二节滤波网络中的一节改成高通接法，即把电阻和电容的位置互换，然后在M点接一电阻到输出端，即组成二阶BPL，如图所示：

）

9带阻滤波器（阻断某一频带范围内的信号通过，而允许将此频带以外的信号通过。

把LPF和HPF并联，在fL>fH的条件下可组成BEF。

但有源滤波器的并联比较困难，电路元件也比较多，因此常用无源的LPF和HPF并联组成无源的BEF，再将它与集成运放组成有源带阻滤波器。

典型的二阶电路如下：

）

⑩全通滤波器（全通滤波器的幅频特性是平行于频率轴的直线，所以它对频率没有选择性，人们主要利用其相位频率特性，作为相位校正电路或相位均衡电路。

）一个一阶全通滤波器的电路图如下：

4、电压比较器

这里将要介绍的电压比较器。

在非线性应用时，运放工作在开环或正反馈状态。

由于运放的放大倍数很高，又没有负反馈的制约，因此一般都不能稳定工作在线性区，而是主要工作在非线性区。

显然，“虚短”、“虚地”等概念一般不再适用，仅在判断临界条件下才能用。

当uP＞uN时，运放输出为高电平UOH；当uP＜uN时，运放输出为低电平UOL。

在上述两种电平的转换过程中，运放将从某一非线性区跃过线性区到达另一非线性区。

应当指出，由于运放的输入电阻高，偏置电流小，所以在非线性应用中仍可近似认为其输入端不取电流。

电压比较器作用：

是用来比较输入电压与参数电压。

电压比较器简称比较器，它是一种对两个输入电压的大小进行比较的电路，比较的结果（即两个输入电压的大小）是通过输出的高电平UOH或低电平UOL来判断的。

例如，对一个输入信号uI和另一个参考电压UREF进行比较，在uI＞UREF和uI＜UREF的两种不同情况下，电压比较器输出两个不同的电平，即高电平UOH和低电平UOL；而当uI的变化经过UREF时，比较器的输出将从一个电平跳到另一个电平。

简单电压比较器的基本电路如图（a）所示，它属于反相输入电压比较器。

显然，uN=uI，uP=UREF（参考电压）。

通常把比较器的输出电压从一个电平跳变到另一个电平时对应的输入电压称为阀值电压或门限电压，简称为阀值，用符号UTH表示。

对于图（a）所示的电路，UTH=UREF。

若把图（a）中的UREF和uI的接入端互换，即uI接同相输入端，UREF接反相输入端，则得到同相输入电压比较器。

不难理解，同相输入电压比较器的阀值仍为UREF，而其传输特性如图（b）中虚线所示，即uI＞UREF时uO=UOH，uI＜UREF时uO=UOL。

如果参考电压为零，则输入信号每次过零时，输出电压就要产生一次跳变，从一个电平跳变到另一个电平，这种比较器称为过零比较器。

利用过零比较器可以把正弦波变为方波（高、低电平各占周期时间一半的矩形波称为方波），其输出幅度与电源电压和运放的最大输出电压有关。

具有限幅措施的过零比较器

（a）中：

uI>0u0’=-UoppDz1击穿Dz2正向导通。

∴u0=-（Uz+UD）

uI<0u0’=+UoppDz1正向导通Dz2击穿。

∴u0=+（Uz+UD）

（b）中：

当输入端分别加上正的或负的输入电压时，Dz1或Dz2将被反相击穿，于是在集成运放的输出端与反相输入端之间引入一个深度的负反馈。

则集成运放的反向输入端为虚地，故输出电压与（a）相同。

uI>0时u0=-（Uz+UD）uI<0时u0=+（Uz+UD）

若u0的幅值小于uz,稳压管不会击穿，（相当于rG=∞）则运放工作在开环工作状态。

A0d=∞

∴输入端有很小的电压，输出电压就很大。

若u0的幅值超过|±uz|的范围，则稳压管被击穿于是电路中引入深度负反馈（rz很小=），此时反相输入端“虚地”，即输出端电压u0等于稳压器两端的电压为±（Uz+UD）。

单限比较器（只有一个门限电平。

当输入电压uI达到此门限电平时，比较器输出端的状态立即发生变换。

）

滞回比较器

简单电压比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。

例如，过零比较器的输入信号变到零（既它的阀值）时，由于干扰或噪声的影响，使实际的输入信号一会儿大于零，一会儿小于零，则输出电压将反复从一个电平变到另一个电平。

在实际运用时，上述情况是不允许的。

解决这个问题的措施是采用滞回比较器。

滞回比较器特点：

uI从小逐渐增大，以及uI从大逐渐减小时，两种情况的门限电平是不同的。

图（a）所示为反相滞回比较器电路，图中DZ为两个稳压二极管相向连接，可限制和稳定输出电压幅值。

图（a）所示电路是在简单电压比较器的基础上，通过R3和R2把输出电压引到同相输入端，形成正反馈。

引入正反馈，不但使传输特性的线性区更加陡直，输出电压从一个电平跳变到另一个电平的速度加快，而且当uO为高电平和低电平时，运放同相输入端的电压uP不相等，使比较器具有两个阀值，这样就可以克服简单电压比较器的抗干扰能力差的缺点。

由图（a）知，比较器的输出高电平UOH≈UZ，输出低电平UOL≈－UZ。

由于运放输入端不取用电流，则反相输入端电压

同相输入端电压可由迭加定理得到

当uI很小时，uP＞uN，则比较器输出高电平，即uO=UZ，此时uP=（R3UREF+R2UZ）/（R2+R3）时，输出电压将从高电平跳变到低电平，即uO=－UZ。

与此同时，同相端电压变为：

uP=（R3UREF－R2U2）/（R2+R3）。

若uI继续增大，由于总是满足uN＞uP，故uO=－UZ始终不变。

这时若减小uI，必须当uI减小到（R3UREF－R2U2）/（R2+R3）时，输出电压才会从低电平（uO=－UZ）跳变到高电平（uO=UZ），同时uP也变为：

uP=（R3UREF+R2UZ）/（R2+R3）。

在减小uI时，uO=UZ保持不变。

由上述分析可画出滞回比较器的传输特性，如图（b）所示。

其中的阀值可由输出电压跳变到临界条件uN=uP求得。

由于uN=uP对应的uI就是阀值，可以求出该比较器的两个阀值（uO分别为UZ和－UZ）

当UREF=0，相应的传输特性如图（c）所示，两个阀值则为