【模电笔记】——信号的运算和处理电路（含电压比较器）

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        本章节笔记可能适用于有一定基础的人，比如部分式子没有推导过程，就当做二级结论记也行，但是要注意式子的字母与电路图的元器件匹配（也就是说理解为上，不要以为背了公式就是万能的）

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一、理想集成运放的概念

1.所谓理想运放，就是将集成运放的各项技术指标理想化。理想集成运放的主要指标如下：

①开环差模电压增益

②差模输入电阻

③输出电阻

④共模抑制比

⑤-3dB带宽

⑥输入偏置电流、输入失调电压/电流等参数均为0

2.实际的集成运放输入采用由复合管组成的差分电路，输入电阻很高；

    输出采用互补对称式输出电路，输出电阻阻值较低；

    开环电压放大倍数很高。一般情况下可以将实际运放看成理想运放进行处理。

3.理想运放工作在线性区时有“虚短”：、“虚断”：。

    通常为了使理想运放工作在线性区，电路大多引入深度负反馈，以减小运放的净输入量，保证输出不超过线性范围。工作在非线性区时，只有“虚断”现象。

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二、比例运算电路

1.反相比例运算电路

        上图中平衡电阻，作用是使输入差分电路的外部电路对称性好。

        ①为深度电压并联负反馈，。

        ②输入电阻()较小，输出电阻。

        ③出现“虚地”，输入端的共模输入电压，对要求低。

2.同相比例运算电路

        ①为深度电压串联负反馈，。

        ②输入电阻()大，输出电阻。

        ③共模输入电压()较高，对要求高。

        ④当或时，称为电压跟随器，如下图所示，其跟随性能好。

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三、加减运算电路

1.反相输入求和（反相加法运算）电路

        如图，，即分别对各个电阻用“”相加。图中为补偿电阻，

2.同相输入求和（同相加法运算）电路

        如图，当理想运放两输入端外接电阻对称，即时，有。

3.加减运算电路（即差分比例运算电路）

        当两输入端外接电阻对称时，有，此时

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四、其他运算电路

1.积分运算电路（在反馈网络)

        如图，，其中，为积分初始值。

        积分电路主要用于移相（如输入为sin电压→输出为cos电压）、波形变换

2.微分运算电路（在输入端）

        如图，。

        微分运算电路与积分运算电路互为逆运算，它也常用来进行波形变换。

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五、电压比较器

1.相关概念

        电压比较器用来比较输入电压和参考电压的大小，其输出电压表示比较的结果：高电平或低电平，它是工作在非线性区的。电压比较器电路的集成运放通常处于开环/正反馈状态。如下图所示：

        阈值/门限电压：电压比较器的输出电压从一种状态跳变为另一种状态对应的输入电压值。

        电压比较器的描述方法：电压传输特性

        电压传输特性的三个要素：

        (1)输出高电平和输出低电平。

        (2)阈值电压。

        (3)输入电压超过阈值电压时，输出电压跃变的方向。

2.过零比较器（的单限比较器）

(1)阈值电压UT=0。

(2) 时，；时，。

(3)实际中,为满足负载对电压幅值的要求以及保护输入端,通常在集成运放的输出端添加稳压管限幅电路，或者将稳压管跨接在输出端和反相输入端之间，引入深度负反馈。具体如下图所示：

3.单限比较器

(1)优点：电路结构简单，灵敏度高。

(2)缺点：抗干扰能力差，主要原因是在附近发生微小变化，都会引起输出端发生跳变。

 (3)如上图所示，。

4.滞回比较器（施密特触发器）

(1)克服单限比较器的缺点，具有滞回传输特性（抗干扰能力强）

(2)当，

    当，

    1个对应1个跃变方向（即单调变化使只跃变1次）

(3)门限宽度

(4)引入正反馈，加快输出端的转换速度。

5.窗口比较器