项目6集成运放的线性应用

1、第六章第六章 集成运放的线性应用集成运放的线性应用 。 【知识目标知识目标】1.了解集成运算放大器工作在线性区的条件。了解集成运算放大器工作在线性区的条件。2.掌握反向比例放大器的组成和电路参数的计算。掌握反向比例放大器的组成和电路参数的计算。3.掌握同向比例放大器的组成和电路参数的计算。掌握同向比例放大器的组成和电路参数的计算。4.掌握反向比例求和放大器的组成和电路参数的计算。掌握反向比例求和放大器的组成和电路参数的计算。5.掌握倒相放大器和电压跟随器的组成和特点。掌握倒相放大器和电压跟随器的组成和特点。6.了解微分计算和积分计算电路的组成。了解微分计算和积分计算电路的组成。7.了解用集成运

2、放组成的有源滤波器和精密整流电路。了解用集成运放组成的有源滤波器和精密整流电路。【技能目标技能目标】1. 会用集成运放组成反向比例放大器，能根据放大倍数选择电路元件的参数。会用集成运放组成反向比例放大器，能根据放大倍数选择电路元件的参数。2. 会用集成运放组成同向比例放大器，能根据放大倍数选择电路元件的参数。会用集成运放组成同向比例放大器，能根据放大倍数选择电路元件的参数。3. 会用集成运放组成反向比例求和放大器，能根据放大倍数选择电路元件的参数。会用集成运放组成反向比例求和放大器，能根据放大倍数选择电路元件的参数。4. 会用集成运放组成倒相放大器和电压跟随器，了解其电路特点。会用集成运放组成

3、倒相放大器和电压跟随器，了解其电路特点。5. 会用集成运放组成有源滤波器和精密整流电路。会用集成运放组成有源滤波器和精密整流电路。.反相比例运算电路反相比例运算电路又叫作反相放大器，其电路如图6.1所示。 图6.1 反相比例运算电路同相比例运算同相比例运算电路又叫作同相放大器，电路如图6.2所示。在电路中电阻R1与RF引入串联电压负反馈，保证集成运放工作在线性区。R2是平衡电阻，应保证R2=R1/Rf，其值与计算无关。 图6.2 同相比例运算电路同相比例运算放大电路的电压放大倍数，即输出电压与输入电压的相位相同。也就是说，电路实现了同相比例运算。比例值也只取决于电阻RF和R1之比，而与集成运放

4、的参数无关，所以同相比例运算的精度和稳定性主要取决于电阻RF和R1的精确度和稳定度。值得注意的是，比例值恒大于等于1，所以同相比例运算放大电路不能完成比例系数小于1的运算。当将电阻取值为RF=0或R1=时，显然有Auf=1，这时的电路称为电压跟随器，在电路中用于驱动负载和减轻对信号源的电流索取。电压跟随器的电路如图6.3所示。 图6.3 电压跟随器电路加法运算如果在集成运放的反相输入端增加若干个输入电路，则构成反相加法运算电路，如图6.4所示。 图6.4 反相加法运算电路若在同相输入端增加若干个输入电路，则可构成同相加法运算电路，如图6.5所示，Rf与R1引入了串联电压负反馈，所以集成运放工作

5、在线性区。 图6.5 同相加法电路减法运算在集成运放的同相输入端和反向输入端同时加入两个信号，再使集成运放工作于线性区，就可以实现两个信号的比例减法运算，如图6.6所示。 图6.6 单集成运放组成的减法电路在实际中常常采用反向比例求和的方法来实现两个甚至是多个量的减法运算，其电路如图6.7所示。 图6.7 采用两级集成运放组成的减法电路在反相比例运算电路中，用电容CF代替RF作为反馈元件，引入并联电压负反馈，就成为积分运算电路，如图6.8所示。 图6.8 积分运算电路 当ui为阶跃电压，如图6.9（a）所示时，则输出电压为：其波形如图6.9（b）所示，输出电压最后达到负饱和值- Uopp后不再

6、变化 图6.9积分运算电路的阶跃响应.微分运算微分是积分的逆运算，电路的输出电压与输入电压呈微分关系。其电路如图6.10（a）所示。 图6.10 微分运算电路在自动控制和非电量测量等系统中，常用各种传感器将非电量（如温度、应变、压力等）的变化转变为电压信号，然后再输入系统。由于这些非电量的变化经常是比较缓慢，所以导致产生的电信号的变化量常常很小（一般只有几毫伏到几十毫伏），这就需要将电信号加以放大。最为实用的测量放大器（也称数据放大器或仪表放大器）的原理电路如图6.11所示。 图6.11测量放大器电路原理图在图6.11中，当加上差模输入信号u1时，若集成运放A1和A2的参数对称，且R2=R3，

7、则电阻R1的中点将为地电位，此时A1、A2的工作情况将如图6.12所示。 图6.12 A1、A2的工作情况分析无源滤波器利用电阻、电容等无源器件可以构成简单的滤波器，称为无源滤波器。图6.13(a)、(b)所示的电路分别为低通滤波器和高通滤波器。图6.13(c)、(d)分别为它们的幅频特性。图中的 下标是数字0还是小写字字母o? 是数字0 图6.13 无源滤波器及其幅频特性有源低通滤波器低通滤波器如图6.14所示，在图6.14(a)中无源滤波网络RC接至集成运放的同相输入端，在图6.14(b)中RfC接至集成运放的反相输入端。 图6.14 有源低通滤波器实验给出有源低通滤波器的幅频特性，如图6

8、.15(b)所示，图6.15(a)是有源低通滤波器的理想特性。 图6.15有源低通滤波器的幅频特性为了使幅频特性更接近于理想特性，可以再增加一级RC网络，组成如图6.16所示的电路，这种电路也叫做二阶有源低通滤波器。 图6.16 二阶有源低通滤波器 有源高通滤波器u1 有源高通滤波器如图6.17所示。图6.17（a）为同相输入式；图6.17(b)为反相输入式。 图6.17 有源高通滤波器实验给出有源高通滤波器的幅频特性如图6.18(b)所示。 图6.18 有源高通滤波器的幅频特 二阶有源高通滤波器如图6.19所示。 图6.19二阶有源高通滤波器有源带通滤波器和有源带阻滤波器将低通滤波器和高通滤波器进行不同的组合，就可获得带通滤波器和带阻滤波器。如图6.20（a）所示，将一个低通滤波器和一个高通滤波器“串接”组成带通滤波器。图6.20(b)为一个低通滤波器和一个高通滤波器“并联”组成的带阻滤波器。 图6.20 带通滤波器和带阻滤波器的组成原理图有源带通滤波器和有源带阻滤波器的典型电路如图6.21所示。 图6.21 有源带通滤波器和有源带阻滤波器的典型电路精密半波整流电路精密半波整流电路如图