运算放大器应用ppt课件.ppt

第八章运算放大器应用,运算电路比例运算电路加、减运算电路积分、微分运算电路对数、指数运算电路乘、除运算电路电流电压变换电路滤波电路有源低通滤波电路有源高通滤波电路有源带通滤波电路有源带阻滤波电路例题、习题,1,8.1比例运算电路,8.1.1反相比例电路,电压并联负反馈输入端虚短、虚断,Ri=R1,1.基本电路,特点：反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低输出电阻小，带负载能力强要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M,电路中Ri称为平衡电阻R=R1/Rf,2,2.T型反馈网络,虚短、虚断,如果要求放大倍数100，R1=R2=R4=100K，R3=1.01K,3,8.1.2同相比例电路,电压串联负反馈输入端虚短、虚断,Ri=,平衡电阻R=R1/Rf,特点：输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模抑制比要求高,1.基本电路,4,2.电压跟随器,输入电阻大输出电阻小，能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小,5,8.2加减运算电路,8.1.1求和电路,虚短、虚断,特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系；没有共模输入,1.反相求和电路,R=R1/R2/R3/Rf,6,2.同相求和电路,虚短、虚断,7,8.1.2单运放和差电路,Vi3=Vi4=0时：,根据叠加原理得：,8,8.1.2双运放和差电路,9,例1:设计一加减运算电路,设计一加减运算电路，使Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3,解：用双运放实现,如果选Rf1=Rf2=100K，且R4=100K,则：R1=50KR2=20KR5=10K,平衡电阻R3=R1/R2/Rf1=12.5K,R6=R4/R5/Rf2=8.3K,10,例2：如图电路，求Avf，Ri,解：,11,例3：求电路的电压放大倍数Avf,12,例4:求vo与(vs1-vs2)的关系,由于第一级差放电路上下对称，R1的中点可视为接地点，所以：,13,例4应用实例,应用实例,14,例5：精密整流电路,Vi,Vo,Vi0时，D2截止，D1导通，Vo1=-Vi，Vo=-Vi-2Vo1=ViVi0时电路才是负反馈,负反馈时，根据虚短、虚断概念：,41,3.开方运算电路,输入电压必须小于0，否则电路将变为正反馈。,42,两种可使输入信号大于0的方案：,43,3.调制（调幅）,4.压控增益,乘法器的一个输入端接直流电压（控制信号），另一个接输入信号，则输出信号与输入信号之比（电压增益）成正比。vO=KVXvY,44,8.6电流-电压和电压-电流变换电路,输出端的负载电流：,电流-电压变换电路,1.电流电压变换电路：,45,2.电压-电流变换电路,由负载不接地电路图可知：,所以输出电流与输入电压成比例。,负载不接地,46,2.电压-电流变换电路,对负载接地电路图电路，R1和R2构成电流并联负反馈；R3、R4和RL构成构成电压串联正反馈。,47,电压-电流变换电路,讨论：1.当分母为零时，iO，电路自激。2.当R2/R1=R3/R4时,则：说明iO与vS成正比,实现了线性变换。,电压-电流和电流-电压变换器广泛应用于放大电路和传感器的连接处，是很有用的电子电路。,48,滤波电路基础知识低通滤波电路（LPF）高通滤波电路(HPF)带通滤波器(BPF)带阻滤波器(BEF)开关电容滤波器,8.7有源滤波电路,49,8.7.1滤波电路基础知识,一.无源滤波电路和有源滤波电路,无源滤波电路:由无源元件(R,C,L)组成,有源滤波电路:用工作在线性区的集成运放和RC网络组成，实际上是一种具有特定频率响应的放大器。,有源滤波电路的优点,缺点:请看书,50,滤波电路基础知识,1.按所处理的信号可分为模拟的和数字的两种,2.按所采用的元器件可分为有源和无源,3.按通过信号的频段可分为以下五种:,a.低通滤波器(LPF),二.滤波电路的分类和主要参数,Avp:通带电压放大倍数,fp:通带截至频率,过渡带:越窄表明选频性能越好,理想滤波器没有过渡带,51,滤波电路基础知识,b.高通滤波器(HPF),c.带通滤波器(BPF),52,滤波电路基础知识,d.带阻滤波器(BEF),e.全通滤波器(APF),4.按频率特性在截止频率fp附近形状的不同可分为Butterworth,Chebyshev和Bessel等,53,滤波电路基础知识,理想有源滤波器的频响：,54,滤波器的用途,滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图所示。,55,8.7.2低通滤波电路(LPF),一阶低通滤波电路(LPF)简单二阶LPF二阶压控电压源LPF无限增益多路反馈有源滤波器,56,滤波器的主要技术指标,（1）通带增益Avp通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，如图所示。性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。（2）通带截止频率fp其定义与放大电路的上、下限截止频率相同。通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。,57,8.7.2.1一阶低通滤波电路(LPF),组成：简单RC滤波器同相放大器特点：Avp0，带负载能力强缺点：阻带衰减太慢，选择性较差,一.电路构成,58,一阶低通滤波电路(LPF),有源滤波电路的分析方法:,1.电路图电路的传递函数Av(s)频率特性Av(j),2.根据定义求出主要参数,3.画出电路的幅频特性,二.性能分析,59,一阶低通滤波电路(LPF),通带截止频率,通带电压放大倍数,传递函数,60,一阶LPF的幅频特性:,一阶低通滤波电路(LPF),过渡带缓慢,选频性能差,61,8.7.2.2简单二阶LPF,1.传递函数:,一.电路构成,组成:二阶RC网络同相放大器,二.主要性能,M,通带增益：,62,简单二阶LPF,2.通带截止频率:,3.幅频特性:,特点：在ff0后幅频特性以-40dB/dec的速度下降；缺点：f=f0时，放大倍数的模只有通带放大倍数模的三分之一,63,8.7.2.3二阶压控电压源LPF,二阶压控电压源一般形式,二阶压控电压源LPF,64,二阶压控电压源LPF,Avp同前,分析：,上式表明，该滤波器的通带增益应小于3，才能保障电路稳定工作。,联立求解以上三式，可得LPF的传递函数：,对节点N,可以列出下列方程：,65,二阶压控电压源LPF,频率特性:,当Q=0.707时，fp=f0,当Avp=3时，Q=，有源滤波器自激。,66,二阶压控电压源LPF,二阶压控电压源LPF的幅频特性,67,巴特沃思（压控）LPF,Vo,68,仿真结果,Q=0.707fp=f0=100Hz,69,8.7.2.4无限增益多路反馈滤波器,无限增益多路反馈LPF,要求集成运放的开环增益远大于60DB,无限增益多路反馈有源滤波器一般形式,70,无限增益多路反馈有源滤波器,由图可知：,对节点N,列出下列方程：,71,无限增益多路反馈有源滤波器,频率响应为：,通带电压放大倍数,72,巴特沃思（无限增益）LPF,73,仿真结果,Q=0.707fp=f0=1000Hz,74,8.7.3高通滤波电路(HPF),HPF与LPF的对偶关系,二阶压控电压源HPF,无限增益多路反馈HPF,75,8.7.3.1HPF与LPF的对偶关系,1.电路结构对偶,76,HPF与LPF的对偶关系,2.传递函数对偶,低通滤波器传递函数,高通滤波器传递函数,77,HPF与LPF的对偶关系,3.幅频特性对偶(相频特性不对偶),78,8.7.3.2二阶压控电压源HPF,电路形式相互对偶,二阶压控电压源LPF,二阶压控电压源HPF,79,二阶压控电压源HPF,传递函数:,高通:,低通:,80,二阶压控电压源HPF,二阶压控电压源HPF幅频特性,81,8.7.3.3无限增益多路反馈HPF,无限增益多路反馈LPF,82,8.7.4带通滤波器(BPF),BPF的一般构成方法：,优点:通带较宽,通带截至频率容易调整缺点:电路元件较多,83,一般带通滤波电路,BPF,LPF,HPF,84,仿真结果,85,二阶压控电压源BPF,二阶压控电压源一般形式,86,二阶压控电压源BPF,传递函数:,87,二阶压控电压源BPF,88,二阶压控电压源BPF,截止频率:,89,二阶压控电压源BPF仿真电路,90,仿真结果,91,8.7.5带阻滤波器(BEF),BEF的一般形式,缺点:电路元件较多且HPF与LPF相并比较困难,92,基本BEF电路,93,双T带阻网络,94,双T带阻网络频率特性,95,二阶压控电压源BEF电路,正反馈,只在f0附近起作用,96,传递函数,传递函数:,阻带宽度:,97,二阶压控电压源BEF仿真电路,98,仿真结果,99,例题6,要求二阶压控型LPF的f0=400Hz,Q值为0.7，试求电路中的电阻、电容值。,解：根据f0，选取C再求R。1.C的容量不易超过。因大容量的电容器体积大，价格高，应尽量避免使用。取,计算出，取,100,例题6,2根据值求和，因为时，根据与、的关系，集成运放两输入端外接电阻的对称条件,解得：,101,例题6仿真结果,102,例7,LPF,103,例7仿真结果,104,例8,HPF,105,例8仿真结果,106,例