常用运放电路及其各类比较器电路
第15课 比较器和运算放大器详细说明、比较器与运算放大器的驱别说明、比较器与运算放大器电路的运用说明
第15课比较器和运算放大器详细说明、比较器与运算放大器的驱别说明、比较器与运算放大器电路的运用说明
比较器：LM393LM33：ILM339（4路）"特点,正大于负时，开漏输出由外部上拉为高电平”运算放大器：LM358LM324"特点，正大于负时，输出的高电平是运算的供电电压”
注：BLC#为高时表示电池电量低，这个信号会送给EC（锁定后要拔电才能去锁定）
注：比较器接地脚必须接地
ADP_SIG_DET#适配器插入检测，中间针ADP_SIG.DET#为高电平表示插入适配器
注：当插入适配器时，ADP_A_ID会有电压大约7-8V来源适配器中间针
R227为墙头草电阻:（维修中可以拆除,没有太大影响）
当4脚开漏输出时+V3AL经R228和R227和R226组成分压（同时也是2VREF经R225与这个分压形成节点分压）当4脚为低时,2REF与R225R226R227形成分压（其中R226与R227为并联到地）
注：运放接地脚可以不接地，也可以接供电（原则正大于负的时候输出VCC逻辑正小于负的时候输出GND逻辑）
注：负极输入和输出直连表示，此路不采用
注：运放的负极输入直连输出时，正极输入多少V电压，负的输出就是多少V
带分压功能的跟随器注：G极电压是平滑电平“不是PWM电路”，一般控制G极的电压会比输出的电压高1左右（MOS 半导通）。
2021年几种运算放大器比较器及经典电路的简单分析
运算放年夜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。
在阐发它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头年夜。
为此自己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，在介绍运算放年夜器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比方这是一个同向放年夜器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出V o=(1 +Rf)Vi，那是一个反向放年夜器，然后得出V o=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！偶曾面试过至少100个以上的年夜专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放年夜器电路阐发得一点不错的没有超出10个人！其它专业结业的更是可想而知了。
今天，芯片级维修教各位战无不堪的两招，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”，不过要把它运用得入迷入化，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年夜倍数很年夜，一般通用型运算放年夜器的开环电压放年夜倍数都在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缺乏1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。
开环电压放年夜倍数越年夜，两输入真个电位越接近相等。
“虚短”是指在阐发运算放年夜器处于线性状态时，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。
显然不克不及将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很年夜，一般通用型运算放年夜器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入真个电流往往缺乏1uA，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，且输入电阻越年夜，两输入端越接近开路。
“虚断”是指在阐发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。
显然不克不及将两输入端真正断路。
在阐发运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘失落什么同向放年夜、反向放年夜，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘失落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。
运放的非线性应用电路-比较器
+UOM
ULR1R 1R2Uom R1R 2R2UR2V 0
-UOM
t
t
12
3、上行迟滞比较器
R
－
+
uo
+
ui
R1
R2
没加参考电压的 上行迟滞比较器
UR
R
－
+
uo
+
ui
R1
R2
加上参考电压后的 上行迟滞比较器
13
§3 窗口比较器
电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成
设R1 =R2，则：
VL
=(VCC2VD)R2 R1 R2
2
§1 简单电压比较器
一、若ui从同相端输入
ui
+
UR – + uo
uo
+Uom
ui
0
UR
UR：参考电压 ui ：被比较信号
-Uom 传输特性
特点：运放处于开环状态。
当ui > UR时 , uo = +Uom
当ui < UR时 , uo = -Uom
3
二、 若ui从反相端输入 uo
UR
+
ui
+ uo
0
-Uom
－
+
uo
+
R2
UH
ui
10
例：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V 当输入 ui 为如图所示的波形时，画出输出 uo的波形。
ui
R
－
+
uo ui 10V
+
5V
UR
R1
R2
史上最全的运放典型应用电路及分析
矩 形 波 发 生 器
u+ =
R1 uo R1 + R2
T = 2 RC ln(1 +
u − = uC
2 R2 ) R1
RC 正 弦 波 发 生 器 放大电路: 选频网络:
A = 1+
RF R1
fo =
1 2 π RC
F=
1 3
ω0 =
1 RC
& U− =
R1 & Uo R1 + RF & Ui R+ 1 jωc
& Uo =
1+
RF R1
& U+ =
1 jωc
1+ j
& ω Ui ωo
ωo =
& & U+ = U−
1 RC
& U− =
R1 & Uo R1 + RF
& Uo =
1+
& RU i & U+ = 1 R+ j ωc & & U+ = U−
u− =
若R1 = R2 = R3 = RF u o = u i 2 − u i1
u+ = u−
u + = u− = 0 ui du = −c o R dt
uo = − 1 ∫ u i dt RC
u+ = u− = 0 du u c i =− o dt R
uo = − RC
dui dt
一 阶 低 通 滤 波 电 路 一 阶 高 通 滤 波 电 路 同 相 比 较 器 反 相 比 较 器
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简易常用比较器和运放电路测试器的制作
简易常用比较器和运放电路测试器的制作此仪器可用于LM339的测试，也可用于LM324等集成电路的测试。
经过使用效果很好，该常用比较器和运放电路测试器具有制作简单、成本低廉、使用方便、测试快速、可靠实用等优点。
常用比较器和运放电路测试器电原理图如上图所示，印刷电路板图如中图所示。
从电路原理图中可以看出，对四只比较器集成电路的检测采用了动态的自动转换检测，这样可以减轻检测人员的劳动操作强度，有利于操作人员对检测情况的监视。
电路中还设置了一只50mA量程的毫安表，用来监视集成电路的静态电流，从比较器电路的参数表中可知，其静态电流也是一个重要测试参数。
参数规定LM339比较器的额定静态总电流应在2mA以下，一般实测LM339的静态总电流在1mA左右，如果测得LM339的静态电流大于2mA．则该集成电路在使用中就有易发热等故障发生，因此，要将它筛选淘汰。
在测试中随着发光管的循环发光和电流表读数的变动，还可以看出四个比较器电路的一致性状态。
下图是该测试器的面板图，供制作时参考。
电路工作原理VT1是常用的单晶晶体管BT33．与Rl、C1、R2、R3等组成了典型的低频振荡电路，振荡频率可通过改变R1或C1的数值来调整。
其输出信号通过C3加在CD4017十进制计数器的计数触发端(CP)．CD4017的CP触发端对高电平触发有效，当BT33输出一个高电平时．CD4017就计数一次，计数结果分别从CD4017输出端Q1～Q4输出。
当计数为1时，Ql输出高电平，D3反向截止．R5提供接近+12V的电压，使ICla比较器的⑤脚电平高于④脚施加的基准电平，此时，输出端②脚输出高电平．LED1点亮；当计数为2时．Q2输出高电平，同理使IClb比较器的⑦脚电平高于⑥脚电平，④脚输出高电平，LED2点亮，此时，Q1恢复低为电平，LED1熄灭。
以次类推。
当计数为5时，Q5输出高电平经过D2加至R复位端，R 复位端加上高电平清零信号后，CD4017被清零。
运算放大器7大经典电路实图分析!
运算放大器7大经典电路实图分析!运放的基本分析方法：虚断，虚短。
对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。
运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。
8号线攻城狮1运放在有源滤波中的应用上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。
有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。
该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。
其中电阻R280是防止输入悬空会导致运放输出异常。
滤波最常用二阶有源低通滤波电路为巴特沃兹低通滤波，单调下降，曲线平坦最平滑；●巴特沃兹低通滤波中用的最多的是赛伦凯乐电路，即仿真的该电路。
一个滤波器，要知道其截至频率是多少，或者能写出传递函数和频率响应也可以。
如果该滤波器还有放大功能，要知道该滤波器的增益是多少。
当两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路，在二阶有源电路中引入一个负反馈，目的是使输出电压在高频率段迅速下降。
二阶有源低通滤波电路的通带放大倍数为 1+Rf /R1 ，与一阶低通滤波电路相同；截止频率为：注明，m的单位为欧姆， N 的单位为 u。
所以计算得出截止频率为：●切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波；●贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
8号线攻城狮2运放在电压比较器中的应用上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。
运放典型应用电路
运放典型应用电路1. 什么是运放运放，全称为运算放大器（Operational Amplifier），是一种集成电路器件，在电子领域中广泛应用于各种信号放大、滤波、模拟计算和电压比较等电路中。
运放具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点，可以将微弱的输入信号放大到合适的幅度，以满足电子系统对信号处理的要求。
2. 运放典型应用电路2.1 非反馈式放大器非反馈式放大器是最简单的运放应用之一，也被称为差动放大器。
它由两个输入端和一个输出端组成，通过将信号输入到一个输入端，而另一个输入端接地，可以实现信号的放大。
非反馈式放大器的放大倍数由运放内部的放大倍数决定，一般为几十到几百倍。
非反馈式放大器的电路连接如下：Vcc+---------------+| |Vin -| || 运放 |---- VoutGnd -| || |+---------------+2.2 反相放大器反相放大器是运放应用电路中最常见的一种。
通过改变电路的输入连接方式，可以实现输入信号的放大和反向输出。
反相放大器电路可以提供高电压增益，并且具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点。
反相放大器的电路连接如下：Vcc+---------------+| |Vin -| R1 || 运放 |-- VoutGnd -| || R2 || |+---------------+2.3 非反相放大器非反相放大器也是一种常见的运放应用电路，它与反相放大器类似，都是通过改变输入连接方式实现输入信号的放大。
非反相放大器的特点是非反向输出，电路增益为正值。
非反相放大器的电路连接如下：Vcc+---------------+| |Vin --| || R1 || 运放 |-- VoutGnd --| || R2 || |+---------------+2.4 电压跟随器电压跟随器也是一种重要的运放应用电路，它主要用于提供电压输出时阻抗的改变。
通过将信号输入到运放的非反向输入端，输出与输入保持一致，起到隔离输入与输出的作用。
比较器运放电路
比较器运放电路
比较器运放电路是一种常见的电子电路，它的主要作用是将输入信号与参考电平进行比较，并输出相应的电平信号。
比较器运放电路主要由比较器、运放、反馈电路和电源等组成。
比较器是比较器运放电路的核心部件，它可以将输入信号与参考电平进行比较，并输出高电平或低电平信号。
运放则是比较器运放电路的放大器，它可以将输入信号进行放大，并输出到后续电路中。
反馈电路则可以控制运放的放大倍数，从而使得比较器运放电路具有更高的稳定性和精确度。
电源则是比较器运放电路的能量来源，它可以为电路提供所需的电压和电流。
比较器运放电路在实际应用中有着广泛的用途，例如用于模拟信号处理、数字信号处理、自动控制系统等领域。
同时，比较器运放电路也是电子工程师和电子爱好者必备的基础知识之一。
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常用运放电路及其各类比较器电路————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：彭发喜，制作同相放大电路：运算放大器的同相输入端加输入信号，反向输入端加来自输出的负反馈信号，则为同相放大器。
图是同相放大器电路图。
因为e1=e2，所以输入电流极小，输入阻抗极高。
如果运算放大器的输入偏置电流，则e1=e2放大倍数：原理图：反相比例运算放大电路图:1号图：2号图：反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端，输出电压vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。
R ¢为平衡电阻应满足R ¢= R1//Rf。
利用虚短和虚断的概念进行分析，vI=0，vN=0，iI=0，则即∴该电路实现反相比例运算。
反相放大电路有如下特点1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要求。
2．vN= vP，而vP=0，反相端N没有真正接地，故称虚地点。
3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R1，输出电阻近似为零。
运算放大器减法电路原理：图为运放减法电路由e1输入的信号，放大倍数为R3/R1，并与输出端e0相位相反，所以由e2输入的信号，放大倍数为与输出端e0相位相，所以当R1=R2=R3=R4时e0=e2-e1加法运算放大器电路：加法运算放大器电路包含有反相加法电路和同相加法电路.同相加法电路:由LF155组成。
三个输入信号同时加到运放同相端，其输入输出电压关系式：反相加法电路：由运算放大器lm741组成。
（lm741中文资料）反相加法运算电路为若干个输入信号从集成运放的反相输入端引入，输出信号为它们反相按比例放大的代数和。
电压比较器：图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。
若R1=R2，R3=RF，则Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。
当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。
增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。
实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。
从图4中可以看出，比较器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。
同相放大器电路如图5所示。
如果图5中RF=∞，R1=0时，它就变成与图3(b)一样的比较器电路了。
图5中的Vin相当于图3(b)中的VA。
滞回电压比较器：滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。
这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。
滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。
UR是某一固定电压，改变UR值能改变阈值及回差大小。
以图4(a)所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性仪表放大器电路目前，仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第一类由分立元件组合而成；另一类由单片集成芯片直接实现。
根据现有元器件，分别以单运放LM741和OP07，集成四运放LM324和单片集成芯片AD620为核心，设计出四种仪表放大器电路方案。
方案1 由3个通用型运放LM741组成三运放仪表放大器电路形式，辅以相关的电阻外围电路，加上A1，A2同相输入端的桥式信号输入电路，如图2所示。
图2中的A1～A3分别用LM741替换即可。
电路的工作原理与典型仪表放大器电路完全相同。
方案2 由3个精密运放OP07组成，电路结构与原理和图2相同（用3个OP07分别代替图2中的A1～A3）。
方案3 以一个四运放集成电路LM324为核心实现，如图3所示。
它的特点是将4个功能独立的运放集成在同一个集成芯片里，这样可以大大减少各运放由于制造工艺不同带来的器件性能差异；采用统一的电源，有利于电源噪声的降低和电路性能指标的提高，且电路的基本工作原理不变。
图4 滞回比较器及其传输特性(a)反相输入；(b)同相输入1，正向过程正向过程的阈值为形成电压传输特性的abcd段2，负向过程负向过程的阈值为形成电压传输特性上defa段。
由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器。
利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图4(b)所示的同相滞回比较器的两个阈值两个阈值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2称为回差。
由上分析可知，改变R2值可改变回差大小，调整UR可改变UTH1和UTH2，但不影响回差大小。
即滞回比较器的传输特性将平行右移或左移，滞回曲线宽度不变。
图5 比较器的波形变换(a)输入波形；(b)输出波形例如，滞回比较器的传输特性和输入电压的波形如图6(a)、(b)所示。
根据传输特性和两个阈值(UTH1＝2V, UTH2=–2V)，可画出输出电压uo 的波形，如图6(c)所示。
从图(c)可见，ui在UTH1与UTH2之间变化，不会引起uo的跳变。
但回差也导致了输出电压的滞后现象，使电平鉴别产生误差。
图6 说明滞回比较器抗干扰能力强的图(a)已知传输特性；(b)已知ui 波形；(c)根据传输特性和ui波形画出的uo波形方案4 由一个单片集成芯片AD620实现，如图4所示。
它的特点是电路结构简单：一个AD620，一个增益设置电阻Rg，外加工作电源就可以使电路工作，因此设计效率最高。
图4中电路增益计算公式为：G=49．4K/Rg+1。
实现仪表放大器电路的四种方案中，都采用4个电阻组成电桥电路的形式，将双端差分输入变为单端的信号源输入。
性能测试主要是从信号源Vs 的最大输入和Vs最小输入、电路的最大增益及共模抑制比几方面进行仿真和实际电路性能测试。
测试数据分别见表1和表2。
其中，Vs最大（小）输入是指在给定测试条件下，使电路输出不失真时的信号源最大（小）输入；最大增益是指在给定测试条件下，使输出不失真时可以实现的电路最大增益值。
共模抑制比由公式KCMRR=20|g | AVd/AVC|（dB）计算得出。
说明：（1）f为Vs输入信号的频率；（2）表格中的电压测量数据全部以峰峰值表示；（3）由于仿真器件原因，实验中用Multisim对方案3的仿真失效，表1中用“-”表示失效数据；（4）表格中的方案1～4依次分别表示以LM741，OP07，LM324和AD620为核心组成的仪表放大器电路。
由表1和表2可见，仿真性能明显优于实际测试性能。
这是因为仿真电路的性能基本上是由仿真器件的性能和电路的结构形式确定的，没有外界干扰因素，为理想条件下的测试；而实际测试电路由于受环境干扰因素（如环境温度、空间电磁干扰等）、人为操作因素、实际测试仪器精确度、准确度和量程范围等的限制，使测试条件不够理想，测量结果具有一定的误差。
在实际电路设计过程中，仿真与实际测试各有所长。
一般先通过仿真测试，初步确定电路的结构及器件参数，再通过实际电路测试，改进其具体性能指标及参数设置。
这样，在保证电路功能、性能的前提下，大大提高电路设计的效率。
由表2的实测数据可以看出：方案2在信号输入范围（即Vs的最大、最小输入）、电路增益、共模抑制比等方面的性能表现为最优。
在价格方面，它比方案1和方案3的成本高一点，但比方案4便宜很多。
因此，在四种方案中，方案2的性价比最高。
方案4除最大增益相对小点，其他性能仅次于方案2，具有电路简单，性能优越，节省设计空间等优点。
成本高是方案4的最大缺点。
方案1和方案3在性能上的差异不大，方案3略优于方案1，且它们同时具有绝对的价格优势，但性能上不如方案2和方案4好。
综合以上分析，方案2和方案4适用于对仪表放大器电路有较高性能要求的场合，方案2性价比最高，方案4简单、高效，但成本高。
方案1和方案3适用于性能要求不高且需要节约成本的场合。
针对具体的电路设计要求，选取不同的方案，以达到最优的资源利用。
电路的设计方案确定以后，在具体的电路设计过程中，要注意以下几个方面：（1）注意关键元器件的选取，比如对图2所示电路，要注意使运放A1，A2的特性尽可能一致；选用电阻时，应该使用低温度系数的电阻，以获得尽可能低的漂移；对R3，R4，R5和R6的选择应尽可能匹配。
（2）要注意在电路中增加各种抗干扰措施，比如在电源的引入端增加电源退耦电容，在信号输入端增加RC低通滤波或在运放A1，A2的反馈回路增加高频消噪电容，在PCB设计中精心布局合理布线，正确处理地线等，以提高电路的抗干扰能力，最大限度地发挥电路的性能。
仪表放大器的特点：●高共模抑制比共模抑制比（CMRR）则是差模增益（ A d）与共模增益（ Ac）之比，即：CMRR = 20lg | Ad/ Ac | dB ;仪表放大器具有很高的共模抑制比，CMRR 典型值为 70～100 dB 以上。
●高输入阻抗要求仪表放大器必须具有极高的输入阻抗，仪表放大器的同相和反相输入端的阻抗都很高而且相互十分平衡，其典型值为 109～1012Ω。
●低噪声由于仪表放大器必须能够处理非常低的输入电压，因此仪表放大器不能把自身的噪声加到信号上，在 1 kHz 条件下，折合到输入端的输入噪声要求小于 10 nV/ Hz.●低线性误差输入失调和比例系数误差能通过外部的调整来修正，但是线性误差是器件固有缺陷，它不能由外部调整来消除。
一个高质量的仪表放大器典型的线性误差为 0. 01 % ，有的甚至低于 0. 0001 %.●低失调电压和失调电压漂移仪表放大器的失调漂移也由输入和输出两部分组成，输入和输出失调电压典型值分别为100μV 和2 mV.●低输入偏置电流和失调电流误差双极型输入运算放大器的基极电流，FET 型输入运算放大器的栅极电流，这个偏置电流流过不平衡的信号源电阻将产生一个失调误差。
双极型输入仪表放大器的偏置电流典型值为1 nA～50 pA ；而 FET 输入的仪表放大器在常温下的偏置电流典型值为 50 pA.●充裕的带宽仪表放大器为特定的应用提供了足够的带宽，典型的单位增益小信号带宽在 500 kHz～4 MHz 之间。
●具有“检测”端和“参考”端仪表放大器的独特之处还在于带有“检测”端和“参考”端，允许远距离检测输出电压而内部电阻压降和地线压降（ IR）的影响可减至最小。