武汉大学模电第六章PPT课件VIP

第6章集成运算放大器的应用,概述,理想运放的特性,1、开环电压增益Aod=,2、差模输入电阻Rid=,3、输入偏置电流IB1=IB2=0,4、输出电阻R0=0,5、共模抑制比KCMR=,6、频带宽度BW=,7、输入失调电压、输入失调电流以及它们的漂移均为零,集成运放的应用,按功能分类,按工作区域分类,线性应用,非线性应用电压比较器,线性应用的条件,必须引入负反馈，用Xf抵消Xi，使VidR3,R4(k),R4=99k,R3=1k,二、同相放大器,电压串联负反馈,虚短、虚断,性能特点,输入电阻大（Ri=）,运放共模输入电压vi,对运放KCMR要求较高,.,8,三、电流与电压转换器,电流电压转换器,电压电流转换器,.,9,四、差动放大器,输入电阻,虚短,.,10,五、仪器放大器,第二级A3差分电路,第一级A1、A2,.,11,6.2集成运放组成的基本运算电路,反相比例加法,同相比例加法,反相器,一、加减法电路,.,12,例,(1)求vO表达式,(2)说明A1,A2各构成什么功能电路。,解:,第一级A1反相比例,第二级A2反相加法,利用反相信号求和以实现减法运算,多级运放结构,.,13,例,求vO表达式,解:方法一，虚短、虚断,方法二，叠加定理,vS1单独作用，vS2=0:,vS2单独作用，vS1=0:,反相比例,同相比例,.,14,减法电路,(1)利用反相信号求和,(2)利用差分式电路,分析方法小结：,(1)基本的虚短、虚断,(2)分解为基本电路（多个运放）,(3)叠加原理,特点：,有虚地、结构简单,输入电阻小,特点：,电阻要配对、无虚地、,输入电阻不等,.,15,例,求电压增益表达式,解：,A1、A2为电压跟随器，所以,对A3利用虚短、虚断有,A4为反相比例,解得：,二、积分电路,特点：反相比例RfC,输出表达式推导：,根据“虚短、虚断”，得,反相积分运算,方法二：CZC=1/sC,.,17,例如，设R=10k，C=0.05F。在t=0时VCO=0。而v0经过+6V时，电子开关动作，若vi在t=0时，由0-3V，,则解得T=1ms,即延迟时间为1ms,用途,（2）将方波变为三角波,（3）移相900,设输入信号是正弦波，则,vo比vi超前900，且这个相位差与频率无关，但输出电压的幅度随频率升高而下降。,工作原理,因输入端存在“虚地”，故,而i也流过R，故,电路存在的问题：（1）vo与vi成正比，vo对vi的变化非常敏感，故抗干扰能力差。（2）RC环节对于反馈信号具有滞后作用，它和运放电路的滞后作用合在一起，可能引起自激振荡。（3）当vi突变时，vo过大，严重时将使电路不能正常工作。,改进措施：,限流,限制vo,三、微分电路,缺点：（1）因VT和IS是温度的函数，故运算精度受温度的影响。（2）小信号时与1相差不多，因而误差大。（3）大电流时，伏安特性与PN结方程差别大，故上式只在小电流时成立。,1、对数电路,工作原理,设vi0，D导通，则有,四、对数和反对数电路,以三极管代替二极管，以获得较大的工作范围。,时,而,注意：vi必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏,改进措施：,2、指数运算电路,五、综合运算电路,6.3集成电压比较器,一、电压比较器的作用,，,单限电压比较器,分类：,滞回（迟滞）电压比较器,窗口电压比较器,电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路,.,26,1、单门限电压比较器,特点：开环，,运放工作在非线性状态下,工作原理：,传输特性：,直观,逻辑1（高电平）,逻辑0（低电平）,.,27,其他电路：,同相比较,反相比较,同相过零比较器,反相过零比较器,同(c)图（虚断）,.,28,分析任务及方法,求传输特性,方向,输出电平VOH、VOL,门限电压Vth,同相和反相,Vom(运放线性范围=VCC-VCES),Vom=VCC(忽略饱和压降),Vom=VZ(稳压电路),输出vO翻转时相应的输入电压,显然当v+v-时状态翻转，可用虚短、虚断,.,29,分析举例1,设运放是理想的，且VREF=-1V,VZ=5V，试求门限电压Vth，画出传输特性,解:求门限电压Vth,利用虚短、虚断,画传输特性,由稳压管电路，得：VO=VZ=5V。,vI反相端反相电压比较器,.,30,比较器的应用,基本应用,判断电压大小，如安全监控等,获取周期T过零比较器,.,31,波形整形,单门限比较器的抗干扰能力差,.,32,2、滞回电压比较器,特点：正反馈，,显然在非线性状态，输出只有2种状态,工作原理：,vI最大（vI+6V）,vI居中（-6VvI+6V）,vI最小（vIvF时,vO=VZ,当vCvF时,周而复始，形成振荡,.,39,波形,4.计算周期,问题：能否调整占空比，产生矩形波？,.,40,占空比可变的方波产生电路,问题：能否同时产生方波和三角波？,.,41,锯齿波产生电路,方波、三角波产生电路,电路变换,反相积分电路,同相迟滞比较器,.,42,例题,求振荡频率；画出vO1、vO的波形。,反相积分电路,同相迟滞比较器,.,43,求振荡频率；画出vO1、vO的波形。,6.4有源滤波电路,一、基本概念,滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置。,有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。,滤波电路传递函数定义,时，有,模，幅频响应,相位角，相频响应,时延响应为,低通（LPF）用于工作信号为低频（或直流），并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合整流后滤波。,高通（HPF）用于信号处于高频，并且需要削弱低频的场合阻容放大器的耦合。,带通（BPF）用于突出有用频段的信号，削弱其它频段的信号或干扰和噪声载波通信。,带阻（BEF）用于抑制干扰。,全通（APF）,2、分类按幅频特性分类,无源滤波电路：由无源元件R、L、C组成的滤波电路。有源滤波电路：由晶体管和R、C网络组成的滤波电路。,4、由集成运放（工作在线性区）和RC网络组成的有源滤波电路的优点：（1）体积小，重量轻，不需要加磁屏蔽。（2）电路中的集成运放可加串联负反馈，使ri高，ro低。（3）除了有源滤波作用外，还可以放大，而且放大倍数容易调节。,3、无源滤波电路和有源滤波电路,1、低通滤波器,缺点：带负载的能力差，例如R=27k，RL=3k，对直流而言，vo只有vi的十分之一，而当RL断开时，vo=vi，,其中,当,为了提高带负载的能力，可以减小R，提高C，但这不现实，此时可以加电压跟随器，以提高带负载的能力。,二、一阶RC有源滤波电路,传递函数,特征角频率,幅频相应为,一阶RC有源低通滤波电路,可由低通和高通串联得到,必须满足,3、带通滤波电路,低通特征角频率,高通特征角频率,2、高通滤波电路,可由低通和高通并联得到,必须满足,一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频程），与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求不高的场合。,4.带阻滤波电路,1.压控电压源低通滤波电路,压控电压源电路（VCVS）,得滤波电路传递函数,（二阶）,三、二阶有源滤波电路,称为通带增益,称为特征角频率,称为等效品质因数,则,归一化的幅频响应,相频响应,用代入，可得传递函数的频率响应,归一化的频率响应波特图,直流时的幅频响应,电压增益下降-40db,在Q0.707和=n时，出现-3db的转折点,将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。,传递函数,归一化的幅频响应,滤波电路才能稳定工作,2.压控电压源高通滤波电路,归一化的幅频响应波特图,可由低通和高通串联得到,3.压控电压源带通滤波电路,传递函数,归一化的幅频响应波特图,双T选频网络,4.双T带阻滤波