现代电子线路05集成运算的运用ppt课件VIP

2020/5/24,.,第五章No.1,第五章：集成运放的应用,本章内容：5.1运算放大器的线性运用5.2运算放大器的非线性运用,2020/5/24,.,第五章No.2,5.1运算放大器的线性运用,一、比例运算电路,电路均满足深度负反馈条件。,虚短：,，即正反向输入端可看作短路。,（virtualshortcircuit）,虚断：理想运放输入偏置电流为零，即，输入端没有电流流入，相当于断路（虚断virtualopencircuit）。,1、理想运放的特性,2020/5/24,.,第五章No.3,2、反相比例运算电路,虚断条件：,虚短条件：,以满足差动输入级的对称性,若,，则,，相当于反相器。,失真问题：无法讨论，一般要求电源电压是uo的三倍，避免饱和失真。,此时称a点为虚地(virtualground)点。,补偿电阻,2020/5/24,.,第五章No.4,输出电阻：属于电压负反馈，Ro0，输出特性类似于恒压源。,输入电阻：属于并联负反馈，RiR1，电路输入电阻由R1决定。,电路外围电阻一般不超过兆欧量级，否则不满足运放理想化条件，在要求大输入电阻和高增益时，可采用如下电路：,2020/5/24,.,第五章No.5,虚断条件：,虚短条件：,若,，则,，相当于电压跟随器。,输入电阻：,输出电阻：,3、同相比例运算电路,2020/5/24,.,第五章No.6,整理，得：,4、差分比例运算电路,若,，则,，电路实现减法运算。,2020/5/24,.,第五章No.7,1、反相输入加法电路,a为虚地点。,二、加减运算电路(scalingcircuit),(invertinginputsummingcircuit),2020/5/24,.,第五章No.8,2、同相输入加法电路,式中,即,整理，得,(noninvertinginputsummingcircuit),2020/5/24,.,第五章No.9,又因为,化简，得：,2020/5/24,.,第五章No.10,3、差分输入加减电路,ui1、ui2为反相输入求和，输出为uo1，,ui3、ui4为同相输入求和，输出为uo2，,叠加，得,(differentialinput),2020/5/24,.,第五章No.11,同相级联减法电路,优点：输入电阻高。,同相串联减法电路,若,则，,2020/5/24,.,第五章No.12,三、积分、微分运算电路,1、积分运算电路,令,，则,可见，输出电压与输入电压的积分成正比。,矩形波三角波,(integrationcircuit),2020/5/24,.,第五章No.13,2、微分运算电路,可见，输出电压与输入电压的微分成正比。,矩形波尖脉冲,其它运算：对数、指数、乘法、除法,(differentialcircuit),2020/5/24,.,第五章No.14,滤波电路：对信号的频率具有选择性，可使特定频率范围的信号顺利通过，阻止其它频率的信号通过。在通信、自动测量及控制等系统中，用于数据传输、抑制干扰等。,四、RC有源滤波电路,1、概述,无源滤波器：由无源元件R、L和C构成，如LC滤波电路（体积大，不易集成）、RC滤波电路（信号衰减）；,有源滤波器：由集成运放和RC电路构成，性能好、有隔离作用，高频性能差，一般不高于10kHz。（高频可用LC无源滤波器，对于带通滤波，可用陶瓷滤波器或声表面波滤波器。）,filter（LPF）,2020/5/24,.,第五章No.15,理想低通滤波器（LPF）,理想高通滤波器（HPF）,理想带通滤波器（BPF）,理想带阻滤波器（BEF）,根据电路的通带、阻带在幅频特性中的位置不同，滤波电路可以分为四大类：,(lowpassfilter),(highpassfilter),(bandpassfilter),(bandeliminationfilter),2020/5/24,.,第五章No.16,实际滤波器在通带与阻带之间存在过渡带（以低通滤器为例）。通带截止频率fH：当|Au|=0.707AUM时的频率；通带：从0到fH的频段；过渡带：从fH到|Au|接近0的频段；阻带：|Au|接近0的频段；通带放大倍数：通带中输出电压与输入电压之比AUM。（对低通滤波器即为频率等于0时的输出电压与输入电压之比。）,滤波电路的重要特性指标：通带放大倍数（AUM）、通带截止频率（fH、fL）、过渡带的衰减斜率。目标：通带内|Au|平坦，过渡带衰减斜率大。,实际低通滤波器幅频特性,实际滤波器,2020/5/24,.,第五章No.17,20lg|Au|,-20dB/十倍频,0.1fH,3dB,f,fH,10fH,20lg|AuM|,其中：,2、低通滤波器（LPF）,、一阶无源RC低通滤波器,2020/5/24,.,第五章No.18,带负载RL情况：,其中：,无源滤波器电压放大倍数低，带负载能力差；其通带放大倍数和截止频率都受负载影响，不便于多级级连。,20lg|Au|,-20dB/十倍频,3dB,f,fH,fH,20lg|AuM|,2020/5/24,.,第五章No.19,在无源滤波电路和负载之间加入隔离电路（电压跟随器）即构成了有源滤波器，克服无源滤波器带负载能力差的缺点。,、一阶有源RC低通滤波器,若采用同相运算电路，则滤波器还能起到放大作用。,具有放大作用的LPF,2020/5/24,.,第五章No.20,其中：,通带电压放大倍数：,过渡带衰减缓慢。,2020/5/24,.,第五章No.21,其中：,、二阶有源RC低通滤波器,增加一级RC网络，构成二阶LPF。,通带电压放大倍数：,2020/5/24,.,第五章No.22,当时，上式分母的模应为，即,解得：,代入f0，,过渡带衰减速度增大一倍。,在f0处的幅频特性差；巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、贝塞耳(Bessel)滤波器；高阶低通滤波器可由多个低阶低通滤波器级连得到；电路设计仿真。,2020/5/24,.,第五章No.23,3、高通滤波器（HPF）,、一阶无源RC高通滤波器,其中：,LPF与HPF具有对偶性，即将R、C位置互换，低通滤波就成为高通滤波器。,2020/5/24,.,第五章No.24,、一阶有源高通滤波器,过渡带的衰减斜率：20dB/十倍频,20lg|Au|,20dB/十倍频,0.1fL,3dB,f,fL,10fL,其中：,20lg|AuM|,2020/5/24,.,第五章No.25,其中：,、二阶有源高通滤波器,过渡带的衰减斜率：40dB/十倍频,2020/5/24,.,第五章No.26,将低通滤波器与高通滤波器级连，就可得到带通滤波器。,fH,fL,fL,fH,fHfL,4、带通和带阻滤波电路,、带通RC有源滤波器（BPF）,条件：,2020/5/24,.,第五章No.27,将输入信号同输入到低通滤波器和高通滤波器，然后再将两个输出求和，就可得到带阻滤波器。,、带阻RC有源滤波器（BEF）,fH,fL,fL,fH,fH0时，uoUZ+UD,uiUREF2,1、当uiUREF2时，,uo1为低电平，D1截止；uo2为高电平，D2导通；uo输出高电平。,2、当UREF2uiUREF1时，,uo1为高电平，D1导通；uo2为低电平，D2截止；uo输出高电平。,2020/5/24,.,第五章No.40,四、矩形波发生器（多谐振荡器）,1、方波发生电路,、电路组成,R1、R2构成滞回比较器；,R、C构成负反馈回路，利用RC电路的充放电特性，改变电容C两端的电压，作为滞回比较器的输入信号使输出发生跳变。,2020/5/24,.,第五章No.41,、工作原理,设初态时，电容两端电压为零，输出为高电平。,、uo为高电平，开始通过R对C充电，充电常数为,当电容电压达到UH时，输出跳变为低电平uo-=-UZ-UD，由于电容电压大于输出电压，电容开始通过R放电。,充电,2020/5/24,.,第五章No.42,放电,、uo为低电平，电容放电。,电容放电为零后，开始反相充电，当电容电压达到UL时，输出跳变为高电平uo+=UZUD。,、uo为高电平，电容反向放电为零后，正向充电。达到U+H后输出跳变为uo-。,如此循环，输出方波信号。,2020/5/24,.,第五章No.43,、振荡频率,T1,T2,对于负半周：,三要素法：,解得：,电路充放电时间常数一致，故T2T1。,则：,周期,频率,2020/5/24,.,第五章No.44,2、占空比可调的矩形波发生电路,由于二极管的存在，放电通路为RW1、D1、R和C，时间常数为(RW1+R)C；充电通路为RW2、D2、R和C，时间常数为(RW2+R)C。,改变电位器RW的滑动端位置，可以改变输出矩形波的占空比。,2020/5/24,.,第五章No.45,t,0,UZ+UD,uo(t),-UZ-UD,T2,T1,占空比,可调范围,2020/5/24,.,第五章No.46,五、三角波发生器*,1、电路结构,A1构成同相输入滞回比较器，A2构成积分器，A2的输出经反馈作为A1的输入信号使A1