模电电子课件教案 第6讲-集成放大器的应用.ppt

第6讲集成放大器的应用,6.1基本运算电路,*6.2集成运放构成的交流放大电路,6.3有源滤波电路,*6.4电子系统预处理放大电路,*6.5集成功率放大器,本讲教学说明,根据教育部高等学校电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导分委员会于2004年修订的模拟电子技术基础课程教学基本要求，本讲应掌握由集成运放组成的基本运算电路的分析方法，了解典型有源滤波电路的组成和特点，了解有源滤波电路的分析方法。因此，本课件主要介绍基本运算电路和有源滤波电路。对集成运放构成的交流放大电路、电子系统预处理放大电路和集成功率放大器，可将其作为选讲或自学内容。,6.1基本运算电路,6.1.3微分与积分运算电路,6.1.2加减运算电路,6.1.1比例运算电路,6.1.4对数与指数运算电路,6.1.5模拟乘法器在运算电路中的应用,6.1.1比例运算电路,一、反相比例运算电路,平衡电阻RP=R1/RF,Rif=R1,Rof0,二、同相比例运算电路续,特例：电压跟随器,常用作缓冲器,二、同相比例运算电路,平衡电阻RP=R1/RF,Rif,Rof0,6.1.2加减运算电路,一、求和运算电路,1.反相求和运算电路,iFi1+i2+i3,根据“虚短”和“虚断”，可得,uNuP0,故得,优点：调节方便。,平衡电阻,电路特点：信号均加至运放反相输入端,分析：,2.同相求和运算电路,根据同相端“虚断”，可得,电路特点：信号均加至同相输入端,分析：,调节不便,平衡电阻,则,二、减法运算电路,利用叠加定理解题：,令uI2=0，,得,电路特点：信号分别加至反相端和同相端。,分析：,平衡电阻,二、减法运算电路,利用叠加定理解题：,令uI2=0，,得,令uI1=0，,得,电路特点：两个输入信号分别加至运放反相和同相输入端,分析：,二、减法运算电路,利用叠加定理解题：,令uI2=0，,得,令uI1=0，,得,故,当满足R1=R2，RF=R3时，,电路特点：两个输入信号分别加至运放反相和同相输入端,分析：,*三、加减运算电路,电路特点：多个信号加至反相端和同相端。,例6.1.2,试设计一个运算电路，实现uO=(4uI1+5uI2)+8uI3，规定RF取100k。,根据题意，可采用加减运算电路，如图所示，,解：,与题意相比较得,得,又根据输入直流电阻相等的要求，得,由图得,6.1.3微分与积分运算电路,一、微分运算电路,分析：,由反相端“虚地”得,由反相端“虚断”得,故,RFC1为电路的时间常数,分析：,二、积分运算电路,由反相端“虚地”得,由反相端“虚断”得,故,R1CF为电路的时间常数,例6.1.3,积分电路及输入波形如下，运放最大输出电压为10V，t=0时电容电压为零，试画出输出电压波形。,首先求出=R1CF，然后分段研究,分析：,积分电路及输入波形如下，运放最大输出电压为10V，t=0时电容电压为零，试画出输出电压波形。,例6.1.3,=R1CF=0.1ms,解：,在00.1ms时间段内，,负峰值未达运放的负饱和电压-10V，所以能正常线性积分,积分电路及输入波形如下，运放最大输出电压为10V，t=0时电容电压为零，试画出输出电压波形。,例6.1.3,解续：,在0.10.3ms时间段内,正峰值未达运放的正饱和电压10V，所以仍正常线性积分,积分电路及输入波形如下，运放最大输出电压为10V，t=0时电容电压为零，试画出输出电压波形。,例6.1.3,解续：,在0.30.5ms时间段内,由周期性，可画出输出电压波形如图所示。,积分电路及输入波形如下，运放最大输出电压为10V，t=0时电容电压为零，试画出输出电压波形。,例6.1.3,解续：,在0.30.5ms时间段内,由周期性，可画出输出电压波形如图所示。,6.1.4对数与指数运算电路,一、对数运算电路,分析：,图中构成深度负反馈。,由运放反相端虚断和虚地得,由运放反相端虚断和虚地得,二、指数运算电路,分析：,图中构成深度负反馈。,由运放反相端虚断和虚地得,运算电路必须引入负反馈，以保证集成运放工作于线性区。为了保证运算精度，要求集成运放具有理想特性，即要求其Aud、Rid、Ro0、KCMR、失调及其温漂为零等；其次要求反馈网络、辅助电路的元件值有较高精度。,*小结,小结,分析运算电路的关键是抓住集成运放输入端“虚短”和“虚断”的特点，进行电路分析，从而求得运算关系。这也是分析运放构成的其它线性应用电路的基本方法，读者应通过多练习，熟练掌握这种方法。,理想运放输出电阻为零，故运放带负载后运算关系不变。,6.1.5模拟乘法器在运算电路中的应用,作用：实现两个模拟量相乘。,uO=Kuxuy,K为增益系数，单位为V-1,理想乘法器：输出电压与同一时刻两个输入电压瞬时值的乘积成正比，而对输入电压没有限制条件。,实际乘法器：,单象限乘法器：ux、uy只能适应一种极性。,二象限乘法器：一个输入可正可负，另一个只能适应一种极性。,四象限乘法器：ux、uy皆可正可负。,ux=0,uy=0时，uO0。,ux=0，uy0时，或uy=0，ux0时，,输出馈通电压：,uO0。,输出失调电压：,一、模拟乘法器的作用与基本特性,二、变跨导模拟乘法器的基本工作原理,用压控电流源代替了差分放大电路中的恒流源。,当uYuBE3时，iC3uY/RE,V1、V2管的跨导,uY有限制：必须为正且应较大。,当IC1、IC2较小时，,二、变跨导模拟乘法器的基本工作原理,MC1496内部结构及外部连接,三、单片集成模拟乘法器,改进思路：,采用双差分对模拟乘法器（又称双平衡模拟乘法器）构成四象限乘法器；利用负反馈等扩展输入信号的动态范围。,调节静态偏置电流I0/2,引入负反馈扩展uY的动态范围。,MC1496简介,MC1496内部结构及外部连接,uX0时，电路构成深度负反馈，,注意：要求uI20，以使电路构成深度负反馈。,由运放输入端虚短、虚断得,四、模拟乘法器构成的运算电路,3.平方根运算,四、模拟乘法器构成的运算电路续,电路构成深度负反馈，,由运放输入端虚短、虚断得,6.1复习要点,6.3有源滤波电路,6.3.1有源低通滤波电路,概述,6.3.2有源高通滤波电路,6.3.3有源带通滤波电路,6.3.4有源带阻滤波电路,概述,滤波电路作用：,使有用频率信号通过，无用频率信号被抑制,分类：,阶数越高，阻带衰减越快，滤波效果越好。,6.3.1有源低通滤波电路,一、一阶有源低通滤波电路,归一化电压传输系数为,有源滤波电路可提供增益，还将RL与无源RC滤波电路隔离，减小负载对滤波特性的影响。,1.电路组成,滤波器阶数越高，则阻带衰减越快，滤波效果越好,二、二阶有源低通滤波电路,2.电压传输系数,Q=0.707时幅频特性最平坦，且fH=fn,Q0.707时fn附近出现峰值，Q增大，则峰值增大。,阻带以-40dB/十倍频速度衰减,为避免自激，应使,因为正反馈提升了fn附近,在f=fn处，有,3.幅频特性,例6.3.1,例6.3.1已知R=160k，C=0.01F，R1=170k，RF=100k，求图示滤波器截止频率、通带增益及Q值。,解：,Q=1/(3-1.588)0.708,故,6.3.2有源高通滤波电路,Q=0.707时幅频特性最平坦，且fL=fn,Q0.707时fn附近出现峰值，Q增大，则峰值增大。,阻带以-40dB/十倍频速度衰减,为避免自激，应使,幅频特性特点：,6.3.2有源高通滤波电路,6.3.3有源带通滤波电路,构成思路：将LPF和HPF串联，且fLfH。,双T型带阻滤波电路,*讨论,何谓有源滤波电路？何谓无源滤波电路？两者相比较，前者有何优缺点？,2.试比较一阶和二阶有源低通滤波电路的幅频特性，说明二阶比一阶滤波电路性能好的原因。,讨论小结,答：由电阻、电容、电感等无源元件组成的滤波器称为无源滤波电路，含有有源器件的滤波器则称为有源滤波电路。有源滤波电路通常由集成运放和RC网络构成，与无源滤波电路相比有以下优点：（1）通带内可提供增益，二阶电路在特征频率附近引入正反馈，使特征频率处衰减减小，通带内幅频特性平坦；（2）负载对滤波特性影响很小。缺点：不适宜高压、高频、大功率的场合。,何谓有源滤波电路？何谓无源滤波电路？两者相比较，前者有何优缺点？,答：一阶有源滤波电路幅频特性的阻带衰减速度为20dB/十倍频，而二阶有源滤波电路阻带衰减速度为40dB/