集成运算放大器比较器电路分析
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运算放大器组成的电路五花八门,令人眼花瞭乱,是模拟电路中学习的重点。
在分析它的工作原理时倘没有抓住核心,往往令人头大.为此本人特搜罗天下运放电路之应用,来个“庖丁解牛",希望各位从事电路板维修的同行,看完后有所斩获。
遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程,在介绍运算放大器电路的时候,无非是先给电路来个定性,比如这是一个同向放大器,然后去推导它的输出与输入的关系,然后得出Vo=(1+Rf)Vi,那是一个反向放大器,然后得出Vo=—Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象:记住公式就可以了!如果我们将电路稍稍变换一下,他们就找不着北了!偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者,结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人!其它专业毕业的更是可想而知了。
今天,芯片级维修教各位战无不胜的两招,这两招在所有运放电路的教材里都写得明白,就是“虚短”和“虚断",不过要把它运用得出神入化,就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上.而运放的输出电压是有限的,一般在 10 V~14 V。
因此运放的差模输入电压不足1 mV,两输入端近似等电位,相当于“短路”。
开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1u A,远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性称为虚假开路,简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路.在分析运放电路工作原理时,首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大,什么加法器、减法器,什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你,让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数,这是设计者要考虑的事情。
第5章集成运算放大电路(上一章介绍的用三极管、场效应管等组成的放大电路称为分立元件电子电路。
)集成电路:如果在一块微小的半导体基片上,将用晶体管(或场效应管)组成的实现特定功能的电子电路制造出来,这样的电子电路称为集成电路。
(集成电路是一个不可分割的整体,具有其自身的参数及技术指标。
模拟集成电路种类较多,本章主要介绍集成运算放大电路。
)本章要求:(1)了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。
(2)理解运算放大器的电压传输特性,理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法。
(3)理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理。
(4)理解电压比较器的工作原理和应用。
5.1集成运算放大器简介5.1.1集成运算放大器芯片集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。
是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。
集成运算放大器简称运放,是一种多端集成电路。
集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。
早期,运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算,故称为运算放大器。
现在,运放的应用已远远超过运算的范围。
它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。
1、集成电路的概念(1)集成电路:禾U用半导体的制造工艺,把晶体管、电阻、电容及电路连线等做在一个半导体基片上,形成不可分割的固体块。
集成电路优点:工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
(2)集成电路分类:模拟、数字集成电路;单极型、双极型集成电路,小、中、大、超大规模集成电路。
①模拟集成电路:以电压或电流为变量,对模拟量进行放大、转换、调制的集成电路。
(可分为线性集成电路和非线性集成电路。
)②线性集成电路:输入信号和输出信号的变化成线性关系的电路,如集成运算放大器。
③非线性集成电路:输入信号和输出信号的变化成非线性关系的电路,如集成稳压器。
(3)线性集成电路的特点①电路一般采用直接耦合的电路结构,而不采用阻容耦合结构。
②输入级采用差动放大电路,目的是克服直接耦合电路的零漂。
集成运算放大器的应用实验报告【摘要】:此题目关于放大器设计的基本目标:使用一片通用四运放芯片LM324组成预设的电路,电路包括三角波产生器、加法器、滤波器、比较器四个设计模块,每个模块均采用一个运放及一定数目的电容、电阻搭建,通过理论计算分析,最终实现规定的电路要求。
【关键字】:运算放大器LM324、三角波信号发生器、加法器、滤波器、比较器一、设计任务使用一片通用四运放芯片LM324 组成电路框图见图1〔a〕,实现下述功能:使用低频信号源产生,的正弦波信号,加至加法器的输入端,加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号uo1, uo1 如图1〔b〕所示,,允许T1有±5%的误差。
〔a〕〔b〕图中要求加法器的输出电压ui2=10ui1+uo1。
ui2 经选频滤波器滤除uo1 频率分量,选出f0 信号为uo2,uo2 为峰峰值等于9V 的正弦信号,用示波器观察无明显失真。
uo2 信号再经比较器后在1kΩ 负载上得到峰峰值为2V 的输出电压uo3。
电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源,由稳压电源供应。
不得使用额外电源和其它型号运算放大器。
要求预留ui1、ui2、uo1、uo2 和uo3 的测试端子。
二、设计方案1、三角波发生器由于用方波发生器产生方波,再经过积分电路电路产生三角波需要运用两个运算放大器,而LM324只有四个运算放大器,每个电路运用一个,所以只能用一个运算放大器产生三角波。
同时由于器件不提供稳压二极管,所以电阻电容的参数必须设计合理,用直流电压源代替稳压管。
对方波放生电路进行分析发现,如果将输出端改接运放的负输入端,出来的波形近似为三角波。
电路仿真如下列图所示:2、 加法器由于加法器输出11210o i i u u u += ,根据《模拟电子技术》书上内容采用求和电路,电路如下所示:3、 滤波器由于正弦波信号1i u 的频率为500Hz ,三角波1o u 的频率为2KHz ,滤波器需要滤除u,所以采用二阶的有源低通滤波器。
运算放大器比较器电路运算放大器和比较器电路是电子电路中常见且重要的组件,它们在各个领域中都发挥着重要的作用。
本文将介绍运算放大器和比较器电路的原理、特点和应用。
一、运算放大器运算放大器(Operational Amplifier,简称Op-Amp)是一种具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的电子放大器。
它通常由差分放大器和输出级组成,使用直流电源供电。
运算放大器有两个输入端和一个输出端,分别是非反相输入端(+)和反相输入端(-),以及输出端(OUT)。
通过控制输入端的电压,可以调整输出端的电压。
运算放大器的增益可以非常高,通常可达到几十万甚至几百万倍。
运算放大器的主要特点有以下几点:1. 高增益:运算放大器的增益非常高,可以将微弱的输入信号放大到较大的幅度。
2. 高输入阻抗:运算放大器的输入阻抗很大,可以有效地隔离输入信号源和输出负载,避免对信号源的影响。
3. 低输出阻抗:运算放大器的输出阻抗很低,可以驱动较大的负载。
4. 可以实现各种数学运算:由于运算放大器的高增益和线性特性,可以实现加法、减法、乘法、除法、积分、微分等各种数学运算。
运算放大器广泛应用于模拟电路和信号处理领域。
例如,在放大器电路中,运算放大器可以用作放大电路的核心部件,将小信号放大到适合后续处理的幅度。
在滤波器电路中,运算放大器可以实现各种滤波器,如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
此外,运算放大器还可以用于比较器、振荡器、多谐振荡器等电路的设计。
二、比较器电路比较器电路是一种将两个电压进行比较的电路。
它由一个或多个运算放大器组成,具有输入电压和输出电压之间的比较关系。
比较器电路的基本原理是:当输入电压大于参考电压时,输出高电平(通常为正电压);当输入电压小于参考电压时,输出低电平(通常为零电压或负电压)。
比较器电路的输出信号通常是开关型的,能够很好地实现数字信号的处理。
比较器电路的特点有以下几点:1. 高增益:比较器电路通常采用运算放大器作为核心部件,具有高增益特性,能够将微小的输入差异转化为明显的输出差异。
几种运算放大器比较器及电路的简单分析运算放大器和比较器是两种常见的电子元件,它们在电路中具有不同的功能。
本文将对这两种电子元件进行简单的分析和比较。
一、运算放大器运算放大器是一种用于放大电压信号的电子设备。
它具有高放大倍数和低失真的特点,常被用于放大微弱的输入信号。
运算放大器一般由多级放大电路组成,其中包括差动输入级、差动放大级、共射放大级和输出级。
运算放大器具有以下几个特点:1.高放大倍数:运算放大器通常具有很高的开环放大倍数,可以放大微小的输入信号。
2.低失真:运算放大器的差分输入电阻和输入容量很低,从而减小了输入信号的失真。
3.稳定性好:运算放大器具有很好的直流稳定性和交流稳定性,使其能够在不同的负载条件下稳定工作。
4.大信号驱动能力:运算放大器能够输出较大的电流和电压,可以驱动各种负载。
5.可调增益:运算放大器通常具有可调的增益,可以通过调节电阻、电容或反馈电阻等元件来改变放大倍数。
运算放大器常被应用于放大、滤波、积分、微分和开关等电路中,常见的应用有示波器、滤波器和反馈电路等。
二、比较器比较器是一种用于比较两个电压的电子元件。
它具有高增益和快速响应的特点,常被用于判断输入信号的大小关系。
比较器通常由不同类型的放大电路和判决电路组成,常见的比较器有有限增益比较器、开环比较器和比率比较器等。
比较器具有以下几个特点:1.高增益:比较器通常具有很高的增益,可以放大微小的输入差异。
2.快速响应:比较器的响应时间很短,可以快速判断输入信号的大小关系。
3.可调阈值:比较器可以通过调节电阻、电容或反馈电阻等元件,改变阈值的位置。
4.高输入阻抗:比较器的输入阻抗很高,可以减小输入电路对比较器的影响。
比较器常被应用于开关、报警、触发器和AD转换等电路中,常见的应用有电压比较器、窗口比较器等。
三、运算放大器与比较器的比较虽然运算放大器和比较器都是电路中常用的电子元件,但它们在功能和特性上有一些不同之处。
1.功能:运算放大器的主要功能是放大信号,而比较器的主要功能是比较电压。
集成运算放大器迟滞比较器电路图文分析在一个12V 蓄电池充电的光伏控制器中,当电压上升到13.1V 时要截至充电,当电压降低到13.6V 时,又可以再充电。
在这样的电压比较电路中需要用迟滞比较器。
单限比较电路具有电路简单、灵敏度高等优点,但存在抗干扰能力差的问题。
迟滞比较电路具有滞回特性,具有一定抗干扰能力。
同时在光伏系统中,为了实现蓄电池的充电和放电控制,需要在一个回路中实现两种电压的识别和判断,因此迟滞比较器将在上述功能电路中得到应用。
1.反相迟滞比较器如图3.19(a)所示,输入信号从比较器的反相端输入,故称为“反相迟滞比较器”。
当ui 足够小,比较电路输出高电平,即Z OH o U u u +==,此时运放的同相端电压UTH 表示,利用叠加定理可得OH REF TH U R R R U R R R U 212211+++=随着u i 不断增大,当u i >U TH 时,比较电路的输出由高电平跃变为低电平,即Z oL o U u u -==,此时运放的同相端电压用U TL 表示,其值变为:OL REF TL U R R R U R R R U 212211+++=比较器有两个门限电压U TH 和U TL ,分别称为下门限电压和上门限电压,两者的差值为“门限电压”或“门限宽度”。
)(212OL OH TL TH U U R R R U U U -+=-=∆调节R1、R2便可改变回差电压U ∆的大小。
例:在途3.19中,已知稳压管的稳定电压为±U Z =±9V ,R1=40K Ω,R2=20K Ω,基准电压U REF =3V ,求该电路的U TH 和U TL 。
解:有已知可得,U O =U Z =±9V 。
V U R R R U R R R U OH REF TH 592040203204040212211=⨯++⨯+=+++= V U R R R U R R R U OL REF TH 192040203204040212211-=⨯+-⨯+=+++=所以,输入电压u i 在增大过程中,当输入u i <+5V 时,输出电压为+9V ;当输入u i >+5V 时,输出电压为-9V ;输入电压u i 在减小过程中,当输入u i >-1V 时,输出电压为-9V ;当输入u i <-1V 时,输出电压为+9V 。
运算放大器比较器电路运算放大器(operational amplifier)是一种广泛应用于电子电路中的集成电路元件,它具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点。
运算放大器通常由多个晶体管和电阻器等被集成到一个芯片内,形成了一个高度集成的电路,常用于放大信号、滤波、积分、微分等各种运算。
与运算放大器相对应的是比较器(comparator),比较器是一种电子元件,用于比较两个电压信号的大小关系,并产生输出信号表示比较结果。
比较器的输出通常是一个开关信号,表示两个输入信号哪个更大或者是否相等。
运算放大器和比较器在电路中常常被使用到,它们可以单独使用,也可以组合在一起使用。
下面将分别介绍运算放大器和比较器的原理和应用。
首先来看运算放大器。
运算放大器的核心是一个差分放大器,它由两个输入端和一个输出端组成。
差分放大器可以放大输入信号的差值,并产生一个放大后的差值输出。
运算放大器通过反馈电路将一部分输出信号再返回到输入端,实现放大倍数的调节和增益的稳定。
运算放大器的输入阻抗非常高,输出阻抗非常低,可以将输入信号从外部电路隔离开来,避免对外部电路产生影响。
运算放大器的应用非常广泛。
它可以作为信号放大器使用,将微弱的信号放大到可以被后续电路处理的范围。
它还可以作为滤波器使用,通过调节反馈电路的参数实现对不同频率信号的滤波。
此外,运算放大器还可以实现积分、微分等数学运算,用于信号处理和控制系统中。
接下来我们来介绍比较器。
比较器的基本原理是将两个输入信号进行比较,并生成一个输出信号表示比较结果。
当其中一个输入信号大于另一个输入信号时,输出信号为高电平;反之,输出信号为低电平。
比较器的输出通常是一个开关信号,可以用于触发其他电路或控制器的工作。
比较器的应用也非常广泛。
比如在模拟电子电路中,比较器可以用于电压检测、电平转换和信号判断等。
在数字电子电路中,比较器可以用于数字信号的比较和判断,如ADC(模数转换器)中的比较电路。
集成运算放大器教案第一章:集成运算放大器的概述1.1 教学目标1. 了解集成运算放大器的基本概念;2. 掌握集成运算放大器的主要参数;3. 理解集成运算放大器的作用和应用。
1.2 教学内容1. 集成运算放大器的定义;2. 集成运算放大器的主要参数;3. 集成运算放大器的作用和应用。
1.3 教学方法1. 讲授法:讲解集成运算放大器的概念、参数和作用;2. 案例分析法:分析集成运算放大器在实际电路中的应用。
1.4 教学步骤1. 引入:讲解集成运算放大器的定义;2. 讲解:介绍集成运算放大器的主要参数;3. 应用:分析集成运算放大器的作用和应用;4. 总结:强调集成运算放大器在电路设计中的重要性。
第二章:集成运算放大器的电路符号与性质2.1 教学目标1. 掌握集成运算放大器的电路符号;2. 理解集成运算放大器的主要性质;3. 学会分析集成运算放大器的基本电路。
2.2 教学内容1. 集成运算放大器的电路符号;2. 集成运算放大器的主要性质;3. 集成运算放大器的基本电路分析。
2.3 教学方法1. 讲授法:讲解集成运算放大器的电路符号和性质;2. 示例分析法:分析集成运算放大器的基本电路。
2.4 教学步骤1. 引入:讲解集成运算放大器的电路符号;2. 讲解:介绍集成运算放大器的主要性质;3. 分析:分析集成运算放大器的基本电路;4. 总结:强调集成运算放大器性质在电路分析中的应用。
第三章:集成运算放大器的应用之一——放大器电路3.1 教学目标1. 掌握放大器电路的基本原理;2. 学会设计放大器电路;3. 了解放大器电路的应用。
3.2 教学内容1. 放大器电路的基本原理;2. 放大器电路的设计方法;3. 放大器电路的应用。
1. 讲授法:讲解放大器电路的基本原理;2. 设计实践法:指导学生设计放大器电路;3. 案例分析法:分析放大器电路的应用。
3.4 教学步骤1. 引入:讲解放大器电路的基本原理;2. 设计:指导学生设计放大器电路;3. 应用:分析放大器电路在实际电路中的应用;4. 总结:强调放大器电路在电路设计中的重要性。
三分钟带你搞懂运算放大器与比较器的区别无论外观或图纸符号都差不多,那么它们究竟有什么区别,在实际应用中如何区分?今天我来图文全面分析一下,夯实大家的基础,让工程师更上一层楼。
先看一下它们的内部区别图:从内部图可以看出运算放大器和比较器的差别在于输出电路。
运算放大器采用双晶体管推挽输出,而比较器只用一只晶体管,集电极连到输出端,发射极接地。
比较器需要外接一个从正电源端到输出端的上拉电阻,该上拉电阻相当于晶体管的集电极电阻。
运算放大器可用于线性放大电路(负反馈),也可用于非线性信号电压比较(开环或正反馈)。
电压比较器只能用于信号电压比较,不能用于线性放大电路(比较器没有频率补偿)。
两者都可以用于做信号电压比较,但比较器被设计为高速开关,它有比运算放大器更快的转换速率和更短的延时。
运算放大器做为线性放大电路,我这里就不多说了(以后有需要单独讨论放大器),这个在主板电路图很常见,一般用于稳压电路,使用负反馈电路它与晶体管配合相当于一个三端稳压器,但使用起来更灵活。
如下图:在许多情况下,需要知道两个信号中哪个比较大,或一个信号何时超出预设的电压(用作电压比较)。
用运算放大器便可很容易搭建一个简单电路实现该功能。
当 V+电压大于 V- 电压时,输出高电平。
当 V+电压小于 V- 电压时,输出低电平。
如下图:分析一下电路,2.5v 经电阻分压得到 1V 输入到 V- 端,当总线电压正常产生 1.2v 时,输入到 V+,此时 V+电压比 V- 电压高,输出一个高电平到 CPU 电源管理芯片的 EN 开启脚。
如果总线电压没输出或不正常少于 1v,此时 V+电压比 V- 电压低,输出低电平。
电压比较器当比较器的同相端电压(V+)低于反相端电压(V-)时,输出晶体管导通,输出接地低电平;当同相端电压高于反相端时,输出晶体管截止,通过上拉电阻的电源输出高电平。
如下图:分析一下该电路,上面的比较器 U8A 当有 VCC 输出时经过分压电阻分压后,输入到同相端(V+),其电压大于 5VSB 经分压后输入到反相端(V-)的电压,内部晶体管截止,输出经上拉电阻的电源 12v(同时下面的比较器 U8B 同相端电压也大于反相端,内部晶体管也是截止),N 沟道场管 Q37 导通,输出 VCC5V。
电路中的集成运算放大器有哪些常见应用集成运算放大器(Operational Amplifier,简称OP-AMP)是一种高增益、差分输入的电子放大器,广泛应用于各种电路中。
其特点是具有高输入阻抗、低输出阻抗、高增益和宽带宽等特性,使其在电子电路中具有广泛的应用场景。
本文将介绍集成运算放大器的常见应用。
一、比较器应用集成运算放大器常用作比较器,将两个输入信号进行比较,并输出高电平或低电平信号。
比较器广泛应用于模拟量与数字量的转换电路、触发器电路和开关电路等。
由于集成运算放大器的开环增益极高,可以将其作为一个高增益的比较器来使用。
二、信号放大器应用集成运算放大器可以作为信号放大器,常常用于放大小信号。
在电子测量仪器、音频设备和放大器电路中,集成运算放大器可以将微弱的输入信号放大到足够的幅度,以便后续电路进行处理。
同时,由于集成运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点,可以有效地保持信号的稳定性和减小干扰。
三、滤波器应用集成运算放大器被广泛应用于滤波器电路中,用于实现不同类型的滤波功能。
通过合理设计电路参数,可以实现低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波等不同的滤波效果。
这些滤波器常见于音频设备、无线通信电路和精确测量仪器等领域,用于滤除噪声、增强特定频率信号或去除干扰。
四、运算器应用集成运算放大器还可作为数学运算器,用于实现信号的数学运算。
比如,加法器、减法器和乘法器等。
在模拟计算系统、自动控制系统以及信号处理系统中,集成运算放大器可以实现各种数学运算,对输入信号进行处理和合成。
五、积分器和微分器应用集成运算放大器可以通过不同的电路连接方式构成积分器和微分器,用于实现信号的积分和微分运算。
积分器常用于测量仪器、自动控制系统和滤波器中,实现对信号的积分操作,从而得到积分结果。
微分器则在信号处理和自动控制系统中广泛使用,用于实现对信号的微分运算,反映信号变化率。
六、振荡器应用集成运算放大器还可作为振荡器的关键组件,用于产生稳定的振荡信号。
电子技术实验报告—实验10集成运算放大器构成的电压比较器5篇第一篇:电子技术实验报告—实验10集成运算放大器构成的电压比较器电子技术实验报告实验名称:集成运算放大器构成的电压比较器系别:班号:实验者姓名:学号:实验日期:实验报告完成日期:目录一、实验目的 (3)二、实验原理 (3)1.集成运算放大器构成的单限电压比较器...........................3 2.集成运算放大器构成的施密特电压比较器. (4)三、实验仪器 (4)四、实验内容 (5)1.单限电压比较器...............................................5 2.施密特电压比较器.. (10)五、实验小结与疑问 (1)3一、实验目的1.掌握电压比较器的模型及工作原理2.掌握电压比较器的应用二、实验原理电压比较器主要用于信号幅度检测——鉴幅器;根据输入信号幅度决定输出信号为高电平或低电平;或波形变换;将缓慢变化的输入信号转换为边沿陡峭的矩形波信号。
常用的电压比较器为:单限电压比较器;施密特电压比较器窗口电压比较器;台阶电压比较器。
下面以集成运放为例,说明构成各种电压比较器的原理。
1.集成运算放大器构成的单限电压比较器集成运算放大器构成的单限电压比较器电路如图1(a)所示。
由于理想集成运放在开环应用时,AV→∞、Ri→∞、Ro→0;则当ViER 时,VO=VOL;由于输出与输入反相,故称之为反相单限电压比较器;通过改变ER值,即可改变转换电平VT(VT≈ER);当ER=0时,电路称为“过零比较器”。
同理,将Vi与ER对调连接,则电路为同相单限电压比较器。
2.集成运算放大器构成的施密特电压比较器集成运算放大器构成的施密特电压比较器电路如图2(a)所示。
当VO=VOH时,V+1=VT+=R当VO=VOL时,V+2=VT−=R回差电平:△VT=VT+−VT−R22+R3VOH+RVOL+RR32+R3ER;VT+称为上触发电平;R22+R3R32+R3ER;VT-称为下触发电平;当Vi从足够低往上升,若Vi>VT+时,则Vo由VOH翻转为VOL;当Vi从足够高往下降,若Vi三、实验仪器1.示波器1台2.函数信号发生器1台3.数字万用表1台4.多功能电路实验箱1台四、实验内容1.单限电压比较器(1)按图1(a)搭接电路,其中R1=R2=10kΩ,ER由实验箱提供;(2)观察图1(a)电路的电压传输特性曲线;电压传输特性曲线的测量方法:用缓慢变化信号(正弦、三角)作Vi(Vip-p=15V、f=200Hz),将Vi=接示波器X(CH1)输入,VO 接示波器Y(CH2)输入,令示波器工作在外扫描方式(X-Y);观察电压传输特性曲线。
运算放大器比较器电路运算放大器和比较器是电子电路中常见的两种重要的模块。
它们在各种应用中起着至关重要的作用。
本文将介绍运算放大器和比较器的原理、特点以及应用。
一、运算放大器:运算放大器(Operational Amplifier,简称OP-AMP)是一种具有差分输入和高增益的电路。
它由多个晶体管和电阻器组成,主要用于信号放大、滤波、求和、积分等各种运算。
运算放大器通常有两个输入端(一个非反向输入端和一个反向输入端)和一个输出端。
其特点是具有高输入阻抗、低输出阻抗和大开环增益。
运算放大器的工作原理可以简单地描述为:当两个输入端的电压不相等时,运算放大器会将输入电压的差值放大到输出端。
当两个输入端的电压相等时,输出电压为零。
运算放大器的输出电压与输入电压的差值之间的关系由放大倍数决定。
运算放大器的应用非常广泛。
它可以用于模拟计算机、传感器信号放大、音频放大等领域。
在模拟计算机中,运算放大器被用作模拟运算单元;在传感器信号放大中,运算放大器可以将微弱的传感器信号放大到合适的范围,以便进行后续处理;在音频放大中,运算放大器可以将低功率的音频信号放大到足够的功率,以驱动扬声器。
二、比较器:比较器是一种电路,用于比较两个输入电压的大小,并产生相应的输出信号。
比较器通常有两个输入端(一个非反向输入端和一个反向输入端)和一个输出端。
其输出信号通常为高电平或低电平,用于表示输入电压的大小关系。
比较器的工作原理可以简单地描述为:当非反向输入端的电压高于反向输入端的电压时,输出信号为高电平;当非反向输入端的电压低于反向输入端的电压时,输出信号为低电平。
比较器的输出信号与输入电压的大小关系由比较电压决定。
比较器常用于模拟信号的比较、电压判别等领域。
在模拟信号的比较中,比较器可以判断两个模拟信号的大小关系;在电压判别中,比较器可以将输入电压与参考电压进行比较,以判断输入电压是否满足特定条件。
三、运算放大器和比较器的区别:尽管运算放大器和比较器在一些方面具有相似之处,但它们在功能和应用上有着明显的区别。
集成运算放大电路分析首先,集成运算放大电路是由集成电路技术制作的一类电路,主要由运算放大器、反馈电阻网络和输入输出电阻组成。
运算放大器是一种电压增益很大、输入阻抗很高的电子器件,它的输入端可以接入其他电路或传感器,输出端可以连接到显示器、控制装置等。
集成运算放大电路的基本原理是使用运算放大器提供的高增益和多种反馈方式来实现各种信号处理和增强功能。
通过调整反馈电阻网络可以实现放大、滤波、积分、微分等各种功能。
具体来说,集成运算放大电路将输入信号经过运算放大器放大后反馈给输入端,形成一个闭环系统,使得输出信号与输入信号之间的差别达到最小,从而实现精确的信号处理。
集成运算放大电路的特点有以下几点。
首先,它的增益很高,通常可以达到几千倍甚至几百万倍,具有极高的信号放大能力。
其次,它的输入阻抗很高,达到百万级别,可以使输入信号的影响最小化,减小对被测电路的影响。
另外,它的输出阻抗很低,可以提供较大的输出电流,方便连接到其他电路。
集成运算放大电路在实际应用中有广泛的用途。
首先,它可以用于放大微弱信号,如传感器输出信号、生物电信号等,从而提高信号的可靠性和可测性。
其次,它可以用于实现滤波功能,通过调整反馈电阻网络可以滤除不需要的频率成分,提取出需要的信号成分。
此外,它还可以用于实现比较器功能,将输入信号与参考电压进行比较,输出高、低电平来判断输入信号的大小。
最后,它还可以用于实现运算功能,如加法、减法、乘法和除法等。
总之,集成运算放大电路是一种非常重要的电路,具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点,可以用于放大信号、滤波信号、比较信号和进行各种运算。
它在各种电子设备中发挥着重要的作用,如信号处理、控制系统、仪器仪表等。
随着科技的进步和集成电路技术的发展,集成运算放大电路将继续发展壮大,并在更多的领域得到应用。
运算比较器电路全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:运算比较器电路是一种常见的电子电路,用于比较两个输入信号的大小,并输出一个相应的电压信号。
它被广泛应用于电子设备中的各种功能模块,如自动控制系统、传感器信号处理、数字信号处理等领域。
本文将介绍运算比较器电路的工作原理、特点、应用和设计方法。
一、工作原理运算比较器电路是由运算放大器和电阻网络组成的电路。
运算放大器是一种特殊的集成电路,具有高输入阻抗、高增益、低输出阻抗等特点。
它的工作原理是将两个输入信号分别连接到运算放大器的两个输入端,通过反馈电阻网络实现信号的比较和放大,最终输出一个比较结果。
在运算比较器电路中,通常将一个输入信号作为比较器的基准信号,另一个输入信号作为被比较的信号。
当被比较的信号大于基准信号时,输出信号为高电平;当被比较的信号小于基准信号时,输出信号为低电平。
通过这种方式,可以实现对输入信号的比较和判断。
二、特点1.高精度:运算比较器电路采用运算放大器作为比较器的核心组件,具有高增益、低漂移、高稳定性等特点,可以实现高精度的比较和判断。
2.快速响应:由于运算放大器具有高速度和快速响应的特点,运算比较器电路可以实现快速的信号比较和输出,适用于对输入信号的实时判断。
3.灵活性:运算比较器电路可以根据实际需求进行灵活设计和调整,可实现不同的比较功能和输出模式,满足不同应用场景的需求。
4.低功耗:运算比较器电路采用集成电路和低功耗元件设计,具有低功耗、高效率的特点,适用于电池供电和功耗敏感的应用。
5.可靠性:运算比较器电路具有简单、稳定、可靠的特点,具有抗干扰、抗干扰能力,适用于工业控制、仪器仪表和传感器领域。
三、应用领域1.模拟比较器电路:用于模拟信号的比较和检测,常用于电压比较、电流检测、阈值控制等应用。
3.自动控制系统:用于实现对输入信号的比较和判断,常用于自动控制、过程控制、传感器信号处理等应用。
4.信号处理系统:用于对输入信号进行滤波、增益、补偿等处理,常用于仪器仪表、音频处理、图像处理等应用。
集成运算放大器比较器电路分析
1.LM358比较器
通过图3.13测试,可以看到当输入电压u i小于1V时,输出电压uo 约为5V左右;当输入电压在1-3V时,输出电压uo约为-5V。
即当U i<U R时,u o输出高电平;当u i>U r时,u o输出低电平。
将u i和U R互相调换位置,重复上述过程,记录输出电压u o,可观察到结果刚好相反。
在实验中为何会出向上述现象?分析一下其中的原因。
在图3.13(a)电路中,同相输入端接基准电位(或称参考电位)U R。
被比较信号由反相输入端输入。
集成运放LM358处于开环状态。
当u i>U R时,由于LM358 的电压放大倍数足够大,所以,输入端只要有微小的电压差,电压即饱和输出,在第一种情况下,输出电压为负饱和值为-U om;同理当u i<U R时,输出电压为正饱和值为+Uom。
其传输特性如图6.8 所示。
可见,只要输入电压在基准电压U R处稍有正负变化,输出电压u o就在负最大值到正最大值处变化。
通过上述分析可知,图3.13所示电路的功能是将一个输入电压与另一个输入电压或基准电压进行比较,判断它们之间的相对大小,比较结果由输出状态反映出来,该电路称为单限电压比较器,其特性如图3.14所示。
图3.14 单限电压比较器传输特性
2.电压比较器LM393/LM339
LM393是低功耗低失调电压两比较器,LM339是低功耗低失调电压四比较器。
两种比较器,原理图一样,功能参数一样。
(1) LM393/LM339工作原理
LM339集成块采用C-14型封装,图3.15为外型及管脚排列图。
图3.15 比较器LM339
LM339类似于增益不可调的运算放大器。
每个比较器有两个输入端和一个输出端。
两个输入端一个称为同相输入端,用“+”表示,另一个称为反相输入端,用“-”表示。
用作比较两个电压时,任意一个输入端加一个固定电压做参考电压(也称为门限电平,它可选择LM339输入共模范围的任何一点),另一端加一个待比较的信号电压。
当“+”端电压高于“-”端时,输出管截止,相当于输出端开路。
当“-”端电压高于“+”端时,输出管饱和,相当于输出端接低电位。
两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态,因此,把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。
LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管,在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻(称为上拉电阻,选3-15K)。
选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。
因为当输出晶体三极管截止时,它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。
另外,各比较器的输出端允许连接在一起使用。
电压比较器LM393/LM339特性如下:
①失调电压小,典型值为2mV;
②电源电压范围宽,单电源为2-36V,双电源电压为±1V-±18V;
③对比较信号源的内阻限制较宽;
④共模范围很大,为0-(U cc-1.5V)Vo;
⑤差动输入电压范围较大,大到可以等于电源电压;
⑥输出端电位可灵活方便地选用。
(2)单限比较器电路
常用的单限电压比较器的阈值电压UT并不为零,其电路形式有多种,其中一种如图3.16所示。
图3.16给出了一个LM393基本单限比较器。
输入信号U in,即待比较电压,它加到同相输入端,在反相输入端接一个参考电压(门限电平)U r(此电路为2V)。
当输入电压U in>U r时,输出为高电平U OH。
图3.16(c)为其输出波形。
通道1:比较输出信号
(a)LM393仿真电路(b)输入信号(c)输出波形
图3.16 LM393比较器电路(multisim)
下图3.17为另一种单限电压比较器电路。
U REF为外加参考电压,由于收入电压比参考电压接成求和形式,因此,称这种电路为求和单限电压比较电路。
利用叠加原理可得
REF
i
U
R
R
R
u
R
R
R
u
2
1
2
2
1
1
+
+
+
=
-
在根据集成运放的非线性特征和阈值的定义,当0
=
=
+
-
u
u时,输出电压
o
u跃变,所以阈值电压U T为
1
2
R
U
R
UT REF
-
=
当
T
i
U
u<时,有
+
-
<u
u,输出电压
Z
OH
o
U
U
u+
=
=;当
T
i
U
u>时,
+
-
>u
u,
输出电压
Z
OL
o
U
U
u-
=
=。
若0
<
REF
U,则该电路的电压传输特性如图3.17(b)所示。
则,只要改变参考电压U REF的大小和极性及电阻R1和R2的阻值,就可以改变阈值电压UT的大小和极性。
若想改变u i和U T时输出电压u o的跃变方向,则只须将集成运放的同相输入端和反相输入端所接外电路互换即可。
1:输入信号
2:输出信号
(a)仿真电路(b)输入信号(c)输出波形
图3.17 LM393比较器电路(multisim)
例1:单限电压比较电路如图3.17所示,已知R1=10KΩ,R2=20KΩ,稳压管D1和D3的反向击穿电压U Z=5V,U REF=2V,求阈值电压U T。
从图中可以知,参考电压UREF和输入电压u i均由集成运放反相端输入的单限电压比较电路。
当输入电压u i使得集成运放反相输入端电压u i略大于或小于0V时,输出电平就发
生跃变。
REF T U R R U 12-=带入数据得,V U T 4210
20-=⨯-=。
所以,当V U u T i 4
-=<时,有+-<u u ,集成运放输出电平高,V U U U Z OH o 5=+==(如果考虑硅二极管导通电压0.7V 的话,输出为 5.7V );当V U u T i 4-=>时,有+->u u ,集成运放输出电平高,V U U U Z OL o 5-=-==(如果考虑硅二极管导通电压0.7V 的话,输出为-5.7V )。
(3) 双限比较器
双限比较器又称窗口比较器。
仿真测试电路如下图3.18(a)所示。
由于LM393比较器输出为集电极开路门(具有线与功能),当输入信号电压U in 位于门限电压之间时(U R1<U in <U R2),U1A 比较器输出高电平,U3A 比较器输出高电平,所以相与结果为高电平;但是当U in 不在门限电位范围之间时,例如输入1V 电平时,U1A 比较结果为第电平,U3A 输出为高电平,但两个结果相与为低电平,所以当U in >U R2或U in <U R1输出为低电位(U O =U OL ),窗口电压ΔU=U R2-U R1。
它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间。
1kΩ通道2:比较输出信号通道1:比较输出信号
(a)仿真电路 (b)输入信号 (c)输出波形
图3.18 LM393双限比较器(multisim )
(4)LM358与LM393比较电路
从图3.16、3.17比较电路可以看出,其作用和LM358比较电路功能类似。
但是,LM393是双电压比较器,LM358是双运算放大器,不能直接代换,但是在某些要求不是很精密的电路里面运放是可以当作电压比较器来使用的,但是运放不能用比较器来代替,因为没有放大功能,358换393时应去掉原来393输出端的上拉电阻
比较器和运放虽然在电路图上符号相同,但这两种器件确有非常大的区别,一般不可以互换,区别如下:
①比较器的翻转速度快,大约在ns 数量级,而运放翻转速度一般为us 数量级(特殊的
高速运放除外)。
②运放可以接入负反馈电路,而比较器则不能使用负反馈,虽然比较器也有同相和反相两个输入端,但因为其内部没有相位补偿电路,所以,如果接入负反馈,电路不能稳定工作。
内部无相位补偿电路,这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。
③运放输出级一般采用推挽电路,双极性输出。
而多数比较器输出级为集电极开路结构,所以需要上拉电阻,单极性输出,容易和数字电路连接。