8.35V
⑶.若R2短路时
AV R2 R3' R1 / R1
AV<3，电路停振， 输出电压V0的波形为
(4). 若R2开路时，输出电压V0的波形
运算放大器的基本应用（I） ─ 正弦波 发生器 制作
集成运放的外引线排列
LM324 图12－5
uA741引脚及符号
正弦波发生器电路图
图3.2.1 RC桥式正弦波振荡器
(U+)为参考电平Ur1:
U r1
Uf1
F正UoH
R1
R1
R2
U
oH
R1 R1 R2
(UVZ1 UVD2 )
(7–60)
当ui由负逐渐向正变化，且ui =Uf=Ur1 时，输出将由高电平转换为低电平。我
们称uo从高到低所对应的ui转换电平为上 门限电压，记为UTH。可见
(7–61)
UTH
Ur1
运算放大器的基本应用（II） ─ 信号放大、转换制作
正弦波输入
正弦波输出
方波输出
正弦波发生器 调试
1、按图焊接好电路。用万用表仔细检查电路安装的 正确性。
2、接通±5V电源，调节电位器RW，用示波器观察到 一个不失真的正弦波；用交流毫伏表测量正弦波 大小。
3、用示波器或频率计测量振荡频率fO，并与理论值进 行比较。
图7-51 简单比较器输出波形边缘不陡峭及受干扰的情况
(a)输出波形边缘不陡峭
(b)受干扰情况
2.迟滞比较器电路及传输特性
为了解决以上两个问题，在比较器中引 入正反馈，构成所谓“迟滞比较器”。这种 比较器具有很强的抗干扰能力，而且，由于 正反馈加速了状态转换，从而改善了输出波 形的边缘。
1)反向输入的迟滞比较器 反向输入的迟滞比较器电路如图7–52(a)
(UVZ
UVD )
(7–64)
如图7–53所示。由于使电路输出状
态跳变的输入电压不发生在同一电平上， 若ui上叠加有干扰信号时，只要该干扰信 号的幅度不大于回差ΔU，则该干扰的存 在就不会导致比较器输出状态的错误跳 变。应该指出，回差ΔU的存在使比较器 的鉴别灵敏度降低了。输入电压ui的峰峰 值必须大于回差，否则，输出电平不可 能转换。
7–49(a)
±(UVZ+UVD)，
图7–49(b)电路的高低电平等于±(UVZ+UVD)。
2. 鉴别灵敏度
事实上，集成运放和专用比较器芯片 的Aud不为无穷大，ui在ur附近的一个很 小范围内存在着一个比较器的不灵敏区。 如图7–48(b)中虚线所示的输入电压变化 范围，在该范围内输出状态既非UoH，也 非UoL，故无法实现对输入电平大小进行 判别。 Aud越大，则这个不灵敏区就越小， 工程上称比较器的鉴别灵敏度越高。
UTH
Ur2
R1
R1 R2
UoL
R1 R1 R2
(UVD1 UVZ 2 )
(7–63)
综上所述，迟滞比较器的传输特性如 图7–52(b)所示。由于它像磁性材料的磁
滞回线，所以称之为迟滞比较器或滞回 比较器。迟滞比较器的上、下门限之差 称之为回差，用ΔU表示：
U
UTH
UTL
2
R1 R1 R2
UCC
－ C
R
uo
＋ VZ1
－ UEE
VZ2
(a)
UCC
－
R
C
uo
＋
VD3
VD1
－UEE
VZ
VD2
VD4
(b)
图7–49 输出限幅电路 (a)UoH=UVZ1+UVD2,UoL=-(UVD1+UVZ2); (b)UoH=UVD1+UVZ+UVD2,UoL=-(UVD4+UVZ+UVD3)
3.转换速度
正弦信号产生电路原理
正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在 放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各 类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生 电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。
正弦波振荡电路的振荡条件
RC正弦Байду номын сангаас振荡电路
LC正弦波振荡电路
石英晶体振荡电路
正弦波振荡电路的振荡条件
正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的 带选频网络的正反馈放大电路。
UCC
uo
UoH
ui
－
C
ur
＋
－ UEE
(a)
0 uo
ur
ui
UoL 鉴别 不灵 敏区
(b)
电压比较器的符号及传输特性
1. 高电平(UoH)和低电平(UoL)
电压比较器可以用运放构成，也可用专
用芯片构成。用运放构成的比较器，其高电
平UoH可接近于正电源电压(UCC)，低电平UoL 可接近于负电源电压(-UEE)。 场合，对输出加以限幅，如图所示。其中图
ω=ω0=1/RC 或 f = f0 =1/2πRC
FVmax=1/3 f 0
当 f=f0 时的反馈系 数 与频率f0无关。此时的
相角 f =0。即改变频率不
会影响反馈系数和相角，在 调节谐振频率的过程中，不 会停振，也不会使输出幅度 改变。
RC串并联网络的频率特性曲线
(3)振荡的建立与稳定
为满足振荡的幅度条件 A F =1，
2. 脉宽调制器
若参考信号ur为三角波，而输入信号ui 为缓变信号，如经传感器变换的温度、 压力等信号，则随着ui的变化，输出矩形 波的脉宽也随之变化。所以，开环比较 器还可实现脉宽调制，如图7–50(b)所示。
三、迟滞比较器––双稳态触发器
1.简单比较器应用中存在的问题
如图7–48(a)所示的比较器存在两个问题： 一是输出电压转换时间受运放压摆率SR的 限制，导致高频脉冲的边缘不够陡峭(如图 7–51(a)所示)；二是抗干扰能力差， 7–51(b)所示，若ui在参考电压ur(=0)附近有 噪声或干扰，则输出波形将产生错误的跳变， 直至ui远离ur值才稳定下来。如果对受干扰 的uo波形去计数，计数值必然会多出许多， 从而造成极大的误差。
1.过零比较器
在图7–48(a)中，令参考电平ur=0,则 输入信号ur与零比较， ur ＞0，输出为低 (UoL),而ur ＜0，输出为高，其波形如图 7--50(a)所示。这种电路可做为零电平检 测器。该电路也可用于“整形”，将不 规则的输入波形整形成规则的矩形波。
图7–50 (a)过零比较器整形波形；(b)脉宽调制器输出波形
其反相输入端加信号ui，同相输入端加参 考电压(ur)。比较器一般是开环工作，其增 益很大。所以，当ui ＜ ur时，输出为 “高”；反之，当ui ＞ ur时，输出为 “低”。而当ui接近ur时，输出电平发生转 换，此刻同相端和反相端可看成“虚短 路”。其它时刻U+与U-可能差得很远(即 U+≠U-)。电压比较器的输入为模拟量，输 出为数字量(0或1)，可作为模拟和数字电 路的接口电路，也可作为一位模–数转换 器，在实际中有着广泛应用。
R1
R1 R2
UoH
而后，ui再增大，uo将维持在低电平。此时，比较
器的参考电压Ur将发生变化，即
Ur2
Uf2
F正(UoL )
R1 R1 R2
UoL
R1 R1 R2
(UVD1
UVD2 )
(7–62)
当ui由正变负的比较电平将是Ur2(负 值)，故只有当ui变得比Ur2更负时，uo才 又从低变高。所以，称Ur2为下门限电压， 记为UTL。
图7–53迟滞比较器输出波形
2)同相输入迟滞比较器
电路如图7–54(a)所示，信号与反馈都
加到运放同相端，而反相端接地(U-=0)。 只有当同相端电压U+=U-=0时，输出状态 才发生跳变。而同相端电压等于正反馈
电压与ui在此端分压的叠加。据此，可得 该电路的上门限电压和下门限电压分别
为
UTH
R1 R2
4、若要得到一个输出幅值可调的正弦波信号，如何 解决？在输出正弦波信号加入直流偏移量，如何 解决？
5、注意：集成运算放大器电源端要加入滤波电容。
正弦波发生器所用元件
1、14脚IC座；集成运算放大器LM324。 2、10k电位器。 3、电阻若干。 4、二极管1N4148. 5、电容若干。
电压比较器及弛张振荡器
(UVZ
UVD )
(7–65a)
UTL
R1 R2
(UVZ
UVD )
(7–65b)
其传输特性如图7–54(b)所示，读者 可自行分析。 迟滞比较器又名施密特触
发器或双稳态电路，它有两个状态，且 具有记忆功能。
R1 ui
R2
＋ C
R
uo
－
±( UVZ＋UVD)
(a)
uo UoH
UrL
UrH
ui
UoL
•
•
•
•
•
→ X a X i X f
Xa X f
振荡条件
•
•
•
→ X f •
X0
•
Xf
•
1
Xa Xa X0
••
A F A Fa f 1 →
动画
A F 1 幅度平衡条件
A F A F 1 相位平衡条件
AF = a+ f= 2n
n = 0,1,2．．．
振荡电路的振荡频率f0
振荡频率f0由相位平衡条件决定。 正弦波振荡电路只在一个频率下(f0)满足相位平衡条件。
(b)
图7–54同相输入迟滞比较器及其传输特性 (a)电路；(b)传输特性
7–4–2弛张振荡器
弛张振荡器即方波–三角波产生器。 对于方波信号发生器，其状态有时维持 不变，而有时则发生突跳。为区别于正 弦振荡器，人们将这种有张有弛的信号 发生器称之为弛张振荡器。