电子技术(第3章运算放大电路,有源滤波器)20090805_85405046

1、1海南风光13.3 信号运算电路信号运算电路 第第13章章 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用13.4 有源滤波器有源滤波器 清华大学电机系电工学教研室清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉编唐庆玉编213 13 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用13.1差分放大电路差分放大电路 13.1.1 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 13.1.2 差分放大电路差分放大电路 13.1.3差分放大电路的四种接法差分放大电路的四种接法 13.1.4 改进型差分放大电路改进型差分放大电路13.2 集成运算放大器集成运算放大器 13.2.1 集成运放的组成集成运放的组成 13.2.2 集成运放的电

2、压传输特性集成运放的电压传输特性 13.2.3 集成运放的主要参数集成运放的主要参数 13.2.4 理想运算放大器理想运算放大器13.3 信号运算电路信号运算电路 13.3.1 反相比例运算反相比例运算 13.3.2 同相比例运算及电压跟随器同相比例运算及电压跟随器 13.3.3 反相加法运算反相加法运算 13.3.4 同相加法运算同相加法运算 13.3.5 减法运算减法运算 13.3.6 积分运算积分运算 13.3.7 微分运算微分运算 13.3.8 仪用放大器仪用放大器 13.3.9 信号运算电路的级联信号运算电路的级联13.4 有源滤波器有源滤波器 13.4.1 一阶有源滤波器一阶有源滤

3、波器 13.4.2 二阶有源滤波器二阶有源滤波器13.5 电压比较器电压比较器 13.5.1 限幅器限幅器 13.5.2 单限电压比较器单限电压比较器 13.5.3 迟滞比较器迟滞比较器 13.5.4 窗口比较器窗口比较器13.6 波形发生电路波形发生电路 13.6.1 方波发生器方波发生器 13.6.2 三角波和锯齿波发生器三角波和锯齿波发生器 13.6.3 文氏桥正弦波振荡器文氏桥正弦波振荡器 13.6.4 LC正弦波振荡器正弦波振荡器13.7 电压电压-频率转换电路频率转换电路 不讲不讲3虚地点虚地点Fo1iRuRu1FioFRRuuAFF1iiii0uu0u0 i0, iiuu理想运放

4、：_+ + RFR1RPuiuoi1iFi i+求电压放大倍数求电压放大倍数:ioFuuA 1i1i10RuRuiFoFoF0RuRui0i13.3 13.3 信号运算电路信号运算电路13.3.1 13.3.1 反相比例运算放大器反相比例运算放大器4反相比例运算放大器的平衡电阻反相比例运算放大器的平衡电阻 RP：平衡电阻，使两输入端对：平衡电阻，使两输入端对地的直流电阻相等。地的直流电阻相等。F1P/ RRR T3R3-VEE+VCCRC1T1RC2T2+ uo运放输入级运放输入级R1/RFRPIB-IB+当两基极对地电阻相当两基极对地电阻相等时，使静态电流等时，使静态电流BBII2C1CII

5、0ou使静态时输出为使静态时输出为0_+ + RFR1RPuiuoi1iFi i+5例例1. R1=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo ，RP应为多大？应为多大？210/20/1FFRRAV 2) 1)(2(iFouAuk 7 . 620/10/F1PRRR_+ + RFR1RPuiuo反相比例运算放大器例题反相比例运算放大器例题6反相比例运算放大器反相比例运算放大器输入电阻输入电阻及及反馈方式反馈方式：输入电阻输入电阻( (从输入端看进去从输入端看进去的等效电阻，加压求流法的等效电阻，加压求流法) ): :反馈电阻反馈电阻反馈方式：反馈方式：电压并联负

6、反馈电压并联负反馈1iRr 虚地虚地iiiF1F1iiiFoF/ RuiiF为反馈电流，由输出电压产生的：为反馈电流，由输出电压产生的：i1 为输入电流，由输入电压产生的：为输入电流，由输入电压产生的：i 为实际被放大的电流。为实际被放大的电流。 根据负反馈四种联接方式的根据负反馈四种联接方式的定义，此反馈方式为：定义，此反馈方式为：1i1/ Rui _+ + RFR1RPuiuoi1iFi i+713.3.2 13.3.2 同相比例运算放大器同相比例运算放大器RP=R1/RFo1F1uRRRu uuo1F1iuRRRui1Fi11Fo)1 (uRRuRRRu1FF1RRAiuu 0i0iAF

7、为正，输出输入同相为正，输出输入同相_+ + RFR1RPuiuoi i+8例例2. R1=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo ，RP应为多大？应为多大？31020111FFRRAV 3) 1(3iFouAuk 7 . 610/20/1FPRRR同相比例运算放大器例题同相比例运算放大器例题_+ + RFR1RPuiuoi i+9电压串联负反馈电压串联负反馈同相比例运算放大器同相比例运算放大器输入电阻输入电阻及及反馈方式反馈方式：输入电阻输入电阻( (高高): ): 判断反馈方式判断反馈方式实际被放大的电压实际被放大的电压 ：o1F1iuRRRuuu1FF

8、1RRA思考题：如果运放不是理想的，放大倍数又如何计算？思考题：如果运放不是理想的，放大倍数又如何计算？若若RF=470k , R1=4.7k , Ao=100000或者或者Ao=100, AF=?ooF1FAAA_+ + RFR1RPuiuou u+F10_+ + RFR1RPuiuou u+当当RF=0时时,电压跟随器电压跟随器此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与三极管射极输出器相同，但是电压跟随性能好，所路中作用与三极管射极输出器相同，但是电压跟随性能好，所以称为以称为电压跟随器电压跟随器1FF1RRA1FAi

9、ouu 1113.3.3 13.3.3 反相加法运算反相加法运算若若R1 =R2 =R, 平衡电阻：平衡电阻：取取RP= R1/ R2/RF_+ + RFR2RPui2uoi1R1ui1i2iF_+ + RFR1RPuiuo虚地虚地1FF/ RRA0uu0 , 0iiF21 iiiFo22i11 i RuRuRu) (2i2F1 i1FouRRuRRu) (2i1 iFouuRRu1213.3.4 同相加法运算同相加法运算当当R1 = R2 时时,_+ + RFRfRPuiuou u+fFF1RRA_+ + RFRfR1ui1uou u+R2ui2取取fF21/RRRR)(1 (21i2i1f

10、FouuRRu)(1 (i2211i1212fFuRRRuRRRRRuRRuAu)1 (fFuo1313.3.5 13.3.5 减法（差分）放大器减法（差分）放大器)(i1i212ouuRRui+ =0u- = u+ 212i11oRRRuRuu212i2RRRuu212i2212i11oRRRuRRRuRu_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1i-=01413.3.6 13.3.6 反相积分运算反相积分运算Ruii1dtduCioC)0(d1C0ioutuRCutC1ii tuCiddCCtuCRuddoi如果如果0)0(CuttuRCu0iod1平衡电阻平衡电阻 RP=R_+ +CRR

11、Puiuoi1iCi i+_+uC0uu0iioCuu15 例例3 3 反相积分器，如果输入电压反相积分器，如果输入电压ui为直流电压为直流电压U，确定，确定uo波形，波形，根据给定根据给定参数，参数，计算积分时限计算积分时限TM。设。设uC(0）0。tUdtRCu0o1MomTRCUUURCUTomMtuoO-UomTM积分时限积分时限dtuRCuio1设设Uom=15V, U=+3V, R=10k , C=1 FtRCUtuiOUs05. 0_+ +CRuiuo 1613.3.7 13.3.7 微分运算微分运算iCuu tuCtuCiddddiCCFCii tuRCuddio_+ +CRR

12、PuiuoiCiF _+uC0uu0iRR PRutuCoiddRuioF17V sinitu例例4 4 微分电路，已知微分电路，已知, ,求求uo。tuRCuiddo_+ +CRRuiuo tuiOtuoOV )90sin(cosdsindtRCtRCttRC18运算电路要求运算电路要求1.熟记前熟记前8种基本运算电路的电路图及放大倍数公式。种基本运算电路的电路图及放大倍数公式。2. 以上基本运算电路级联后输出的计算。以上基本运算电路级联后输出的计算。3. 会用会用 i- =0, i+ =0, u+ = u- 分析给定运算电路的分析给定运算电路的 电压放大电压放大倍数。倍数。19例例5. R

13、1=10k , R2=20k , , ui 1=-1V=-1V， ui 2=1V =1V 。求。求: :uo V1i1o1 uuV3)1 (i212o2uRRuuoR2R1R1R2ui1ui2R2R1RP_+ + _+ + _+ + 13.3.9 运算电路的级联运算电路的级联思考：若思考：若ui1=sin t V， ui 2=1V =1V ，求，求: :uo (V) sini1o1tuu8V1)(31020)(o1o212ouuRRu(V) sin26)sin3(1020)(o1o212ottuuRRu20 13.4 13.4 有源滤波器有源滤波器滤波电路的种类滤波电路的种类: :按信号性质按

14、信号性质: : 模拟滤波器模拟滤波器和数字滤波器和数字滤波器按电路功能按电路功能: : 低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器按所用元件按所用元件: : 无源滤波器和无源滤波器和有源滤波器有源滤波器 有源滤波器概述有源滤波器概述按阶数按阶数: : 一阶一阶, ,二阶二阶 高阶高阶 21传递函数：传递函数：ioioio)j ()j ()j (UUUUTio)j (UUT幅频特性幅频特性( (幅度之比）幅度之比）io)(相频特性（初相位之差）相频特性（初相位之差）复习传递函数、幅频特性的概念复习传递函数、幅频特性的概念)j (iU)j (oU Filter

15、22滤波器分类滤波器分类( (按频率特性进行分类按频率特性进行分类) )低通低通高通高通带通带通带阻带阻ioUUioUUioUUioUU23一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器(无源无源滤波器滤波器)2c11)(jT幅频特性幅频特性RC)j (oU+ )j (iU+ RC1c截止频率截止频率CRCUUTj1j1)j ()j ()j (ioRCj11cj11传递函数传递函数jT1 0c21此电路的缺点：此电路的缺点：（1）带负载能力差；）带负载能力差；（2）无放大作用；）无放大作用；（3）特性不理想，滤波效果差）特性不理想，滤波效果差2413.4.1 13.4.1 一阶有源滤波器一阶有源滤波器)j

16、()j (oF11URRRU)j ()j (UU1. 一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器RCRRUUAj11)1 ()j ()j ()j (1FioF传递函数传递函数)j (j1j1)j (iUCRCU)j (j11iURC 传递函数中出现传递函数中出现 的一次的一次项项,故称为一阶滤波器故称为一阶滤波器cFPj1ARC1c截止频率截止频率RR1RFC+ +)j (iU)j (oU通带电压放大倍数通带电压放大倍数1FFP1RRA25幅频特性：幅频特性：2cFPioF1)j (AUUA)1(cRC相频特性：相频特性：carctan幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线cFPFj11)j

17、( AA传递函数：传递函数：RR1RFC+ +)j (iU)j (oUjFAAFP 0c2FPA26(1)0时：时：)1 (1FioFPRRUUA有放大作用有放大作用（3）运放输出，带负载能力强）运放输出，带负载能力强(2)c时：时：21)1 (1FioRRUU幅频特性与一阶无幅频特性与一阶无源低通滤波器类似源低通滤波器类似电路特点电路特点:272. 2. 一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器)j (j11)j (1j)j (iciUUCRRUcFPFj1)j (AA传递函数：传递函数：RC1c截止频率截止频率:1FFP1RRA通带电压放大倍数：通带电压放大倍数：RR1RFC+ +)j (iU

18、)j (oU幅频特性：幅频特性：2cFPF)(1)j (AAjFAAFP 0c2FPA)j (j1)j ()j (icFPFPOUAUAU2813.4.2 13.4.2 二阶有源滤波器二阶有源滤波器020FPioF2j)(1)j ()j ()j (AUUA 传递函数中出现传递函数中出现 的二的二次项次项, 故称为二阶滤波器故称为二阶滤波器 0称为称为临界频率临界频率1. 1. 二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器RR1RFC+ +)j (iU)j (oUCRP其中其中1FFP1RRARCA1)3(210FP其中其中AFP称为称为通带电压放大倍数通带电压放大倍数(2)(3)两方程联立，消去两方程联立，消去UP，解出解出U+，代入（，代入（1）式。）式。)j ()j (FPoUAU(1)(j/1j/1)j (PjUCRCU(3)CUURUURUUj/1)j ()j ()j ()j ()j ()j (oPPPi(2)29二阶低通滤波器幅频特性曲线二阶低通滤波器幅频特性曲线RCA1)3(210FP，称为称为临界频率临界频率RC10的的 称为称为截止频率截止频率 c2)j (lg20FPFAA对应于对应于0lgdB/)j (lg20FPFAA40 dB/十倍频0204012012AFP=1A