模拟电子技术教案-第5章集成运算放大器的线性应用

1、第5章集成运算放大器的线性应用什么是理想运放所谓理想运放就是将集成运放的各项技术指标理想化：1、开环差模电压增益Aod=82、差模输入电阻 Rid=oo3、输出电阻 ro=04、共模抑制比Kcmr=0°5、输入失调电压 Uio、及其温漂a uio为零6、输入失调电流Iio、及其温漂a iio为零7、输入偏置电流Iib=08、-3dB带宽fH=oo等等。实际集成运放不可能达到上述理想化的技术指标。但一般情况下，在分析集成运放的应用电路时，将实际的集成运放视为理想运放带来的误差，在工程上是允许的。在分析运放应用电路的工作原理和输入输出关系时，运 用理想运放的概念，有利于抓住事物的本质，忽

2、略次要因素， 简化分析的过程。在各种不同的应用电路中，集成运放的工作范围可能有 两种情况：工作在线性区或工作在非线性区。当工作在线性区时，集成运放的输出电压与其两个输入 端的电压之间存在着线性放大关系，即当工作在非线性区时，集成运放的输出、输入信号之间 将不满足上面的关系式。应为Uo Aod u u理想运放工作在线性区时的特点-r-ri.遇网运放的首4*转入电区#于零:,-2.理想运放的输入电流等于零口成坛a的气，鼻板电/理想运放工作在非线性区时的特点na E +4 <«+-«_>1. 上电也 二。总工 却ft as 目_"口3 0月.耳中巨rJS包：

3、 明十f OPP 当MA «.- < orr 当"* V a JifcLAQ.支*2. 亚itlt将田g的入.i+ = i_诙 m5.1 基本运算电路5.1.1 比例运算电路一、反相比例运算电路1 .电路组成性=" 氏1«+-02 .工作原理因虚地 /_ =0输入电阻跖/结论：1 .电路是深度电压并联负反馈电路，理想情况下, 反相输入端“虚地”，共模输入电压低.2 .实现了反相比例运算， 取决于电阻号和号之比./喊=一/与醐反相，|.411fl可大于1.等于1或小于1 0土电路的输入电阻不高，输出电阻很低.、同相比例运算电路同和比例运算电路的比例系

4、数总是大于或等丁1. 碇段- j?l + JfF犬法=（1十金砌石）冗hl当公=口或用=8时，比例系数等于1,此时电路为：由于虚短，即二".故.丛了也下421uL Uj这种电路又称为电压足艮随器口结论：L电路是一个深度的电压串联负反馈电路. “虚短不“虚地3共模输入电压高。2 .实现了同相比例运算一人才只与&和&有关， %与也同相，人大于1或等于L3 .输入电阻高，输出电阻低.5.1.2加减运算电路一、反相求和运算电路1 .电路结构为使两输入端对地电阻平衡,R'应为：R = Ri / R2 /R3 / Rf2 .工作原理由于 又因“虚断” ,il + i2 +

5、 i3 = iF“虚地”，则修工-石石一曲殳R WT1若电路中电阻的阻值满足和“虚断”，通过各路输0电路实质：利用“虚地”入电 流相加来实现输入电压的相加优点：调节灵活方便；共模电压很小；实际工作中应用、同相输入求和电路由于，,虚断”，可得f1TWi 叱的3&' K；仃Rp可解得J<+=萨Wn + p2, % +爪】M其中 R+=R & & *RfRf Rr u R K+130=（1+ 艇）片一 =（1+才）%=（1+ p X jj- MI1】1' 1 I25.1.3微分和积分运算电路 一、积分电路1Uc Cicdt,虚地：u-=0Uo= Uc虚断

6、：ii=ici-=i+=0ui /R=ic.1. ic = ui / R1Uo Uc -cicdt、微分电路范本诚分甩路1 .电路的组成由于“虚断：则因反相输入端“虚地可得* c山山输出电压正比于输入电氏对时间的微分*2 .微分电路的应用3 1）波形变换4 2）移相5.2有源滤波电路一、主要内容1、滤波电路的基础知识1）滤波电路的种类按工作频率的不同，滤波器可分为LPF:通带为0<f<fp的频率范围，阻带为f>fp的频率HPF:通带为f>fp的频率范围，阻带为0<f<fp的频率BPF:通带为fp1<f<fp2的频率范围，阻带为f<fp1和

7、f>fp2的频率范围。BEF:通带为f<fp1和f>fp2的频率范围，阻带为fp1 <f<fp2的频率范围。APF:通带为0<f<8的频率范围，无阻带。2）滤波电路幅频特性中的概念通带：能够通过的信号频率范围。阻带：受阻或衰减的信号频率范围。通带放大倍数：通带输出电压与输入电压之比。通带截止频率fp：此频率所对应的放大倍数为通带放大 倍数的倍。无源滤波电路和有源滤波电路由无源源件（如R、C、L等）组成的滤波电路称为 无源 滤波电路。此电路的输出负载特性较差，即输出会随着负载 的变化而变化。有源滤波电路由无源滤波电路加有源源件（如晶体管、 集成运放等）所

8、组成。此种电路具有输入阻抗高、输出阻抗 低的特点有较强的带负载能力。有源低通滤波器分析方法，利用虚短、虚断的概念、结电电压法列出电 路放大倍数的传递函数。1）同相输入低通滤波器（1） 一阶RC低通滤波器电路见下图，按照上述的分析法可得电路的电压放大倍 数的传递函数电路的频率响应5衣+ "jmC1 +jftjTCCl+j工J/h式中的fo=1/2 tt RC,称为特征频率，为电路的通带放大倍数。该电路白截止频率fp等于fo0幅频特性：当f>>fp时，曲线按一20dB/十倍频下降。-202。叫乩阳BJu-457十倍.波特图-45°-90°甲-2nd图十倍频

9、（2） 一阶RC高通滤波器+Co-2(1-411QJ I III川且做十倍墉mi ii>波特图频率!I等性，士 10/(P =： 0°f=fi.5.2.2有源低通滤波电路 一、一阶 LPF归一化幅频特性刍43*/dB十倍领其中,4=1+号便通带放大倍数ftl = l/2nRC 卜限截1上频率二阶 LPFf列 5.Z.3 已犯I K - 160 CH - IKUI 口(* A, - 171 kll.Wr- lOO kli. 求读迪波图的救11如半、辿酬州滥及 0Q - 1/(3 -= 1/(3 1- 0.707。由 5707 时，A= fn2 I .限域止糊冲3 fu - 99.

10、5 Hz通带增益：f = ?“ 2nRCe = v(3-jj力"r=3 时，Q> g, Ah f 8, 二阶低通、高通,为防止自激，应使儿,产35.2.4 有源带通滤波电路LPF HPF构成思路,如上山/dllfi中心频率;，。二二Fzx/<c等效品旗因素：Q = l/（34）通领带工B用=儿型要求RyC>RC 最大电压增益:4t =4f/(3_4rf>5.2.5 有源带阻滤波电路构成思路：由LPF和HPF组成，且使LPF的截止频率低 于HPF的截止频率。讨论1、何谓有源滤波电路？何谓无源滤波电路？两者相比较， 前 者有何优缺点？答：由电阻、电容、电感等无源元件组成的滤波器称为无 源滤波电路，含有有源器件的滤波器则称为有源滤波电路。 有源滤波电路通常由集成运放和 RC网络构成，与无源滤波 电路相比有以下优点：（1）通带内可提供增益，二阶电路在 特征频率附近引入正反馈，使特征频率处衰减减小，通带内 幅频特性平坦；（2）负载对滤波特性影响很小。缺点：不适 宜高压、高频、大功率的场合。2、试比较一阶和二阶有源低通滤波电路的幅频特性，说明二 阶比一阶滤波电路性能好的原因。答：一阶有源滤波电路幅频特性的