第6章集成运放的应用

仙桃职业学院机械电子工程学院本章要点

本章介绍了电子信息系统的组成、理想运放的两个工作区，集成运算放大器的线性应用。线性应用主要有比例运算、加法与减法运算、微分与积分运算、以及有源滤波电路。第6章信号的运算与处理电路仙桃职业学院机械电子工程学院6.2基本运算电路6.1概述6.3有源滤波电路第6章信号的运算与处理电路仙桃职业学院机械电子工程学院

6.1概述

6.1.1电子信息系统的组成

一、集成运放的总体结构仙桃职业学院机械电子工程学院＋－u-－u+uo－＋＋

∞反相输入端u－同相输入端u+输出端uo国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小二、集成运算放大器符号仙桃职业学院机械电子工程学院一、集成放大器的理想特性

集成放大器的理想特性是指

1．开环电压放大倍数

2．差模输入电阻

3．输出电阻

4．输入偏置电流

5．共模抑制比

6．上限频率

6.1.2理想运放的两个工作区（状态）仙桃职业学院机械电子工程学院

工作在线性区时，u0和ui是线性关系；即式中，A是开环差模放大倍数。由于A很大，即使输入毫伏级以下的电压信号，也足以使输出电压u0饱和，其饱和值+UOM和-UOM接近正、负电源电压值。所以，只有引入负反馈后，才能保证输出不超过线性范围。

二、集成运放工作在线性区的特性仙桃职业学院机械电子工程学院

“虚短”路：反相端电位和同相端电位几乎相等，近似于短路又不可能是真正的短路，称为。虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。

“虚地”：如果同相端接地，即，由上式可知，说明反相端的电位也接近于地电位，是一个不接地的地电位端。

2.虚断路原则(简称“虚断”)

由于集成放大器的差模输入电阻，输入偏置电流，好像断开一样，称为“虚断”路。

1.虚短路原则(简称“虚短)仙桃职业学院机械电子工程学院

集成运放在非线性工作区内一般是开环运用或加正反馈。它的输入输出关系不满足式

这时输出电压有两种可能：

1．当时，

2．当时，

此时，虚短路原则不成立，，但虚断路原则仍然成立，它的输入电流仍为零，即有。

三、集成运放工作在非线性工作区仙桃职业学院机械电子工程学院6.2.1比例运算电路6.2.2加减运算电路6.2.3积分和微分运算电路6.2.4对数和反对数运算电路6.2

基本运算电路仙桃职业学院机械电子工程学院_+

+

RfR1R’uiuoi1ifi-i+虚地点i1=if

（虚断）因为有负反馈，利用虚短和虚断分析u+

=0

u－=u+=0（虚短）平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R’=R1//RF反馈方式：电压并联负反馈输入电阻

6.2.1比例运算电路

一.反相比例运算电压放大倍数:仙桃职业学院机械电子工程学院_+

+

RfR1R’uiuoi1ifi-i+（1）反向比例电路由于存在"虚地"，因此它的共模输入电压为零.即：它对集成运放的共模抑制比要求低

（2）输入电阻低:ri=R1，因此对输入信号的负载能力有一定的要求。

反向比例电路的特点:仙桃职业学院机械电子工程学院_+

+

RfR1R’uiuoiFi1Auf=1+RfR1u-=u+=uii1=if（虚断）R’=Rf//RF因为有负反馈，利用虚短和虚断分析反馈方式：电压串联负反馈二、同相比例运算放大器仙桃职业学院机械电子工程学院_+

+

RfR1R’uiuoiFi1(1)输入电阻高；(2)由于，电路的共模输入信号高，因此集成运放的共模抑制比要求高。同相比例电路的特点:仙桃职业学院机械电子工程学院一、加法运算电路6.2.2加减运算电路根据运算放大器的“虚短”和“虚断”概念得：令：得：仙桃职业学院机械电子工程学院叠加定理Vi1作用Vi2作用

综合：二、减法运算电路仙桃职业学院机械电子工程学院一、积分电路iiCu

i-++RR’Cuouc6.2.3积分和微分电路仙桃职业学院机械电子工程学院u-=u+=0ui－++uoRR2iciRC2.微分电路：仙桃职业学院机械电子工程学院tui0tuo0,求uo。ui－++uoRR2icifC90°例仙桃职业学院机械电子工程学院

利用PN结的指数特性实现对数运算6.2.4对数和反对数运算电路

一、对数电路仙桃职业学院机械电子工程学院其中，IES是发射结反向饱和电流，uO是ui的对数运算。三极管的发射结有注意：ui必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏利用虚短和虚断，电路有也可利用半导体三极管实现对数运算仙桃职业学院机械电子工程学院

二、反对数（指数）电路仙桃职业学院机械电子工程学院uO是ui的反对数运算（指数运算）利用虚短和虚断，电路有要求以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路用半导体三极管实现反对数运算电路仙桃职业学院机械电子工程学院6.3.1滤波电路的基础知识6.3.2有源低通滤波器6.3有源滤波电路仙桃职业学院机械电子工程学院

有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。

滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号，保留下有用信号。

滤波器的分类：

低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BEF）6.3.1滤波电路的基础知识仙桃职业学院机械电子工程学院

有源滤波器的频响

本节讨论由运放及RC元件构成的滤波器。滤波电路的基础知识仙桃职业学院机械电子工程学院RCRCC传递函数幅频特性1.无源情况6.3.2有源低通滤波器仙桃职业学院机械电子工程学院010.707

0截止频率此电路的缺点：1、带负载能力差。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。RCR幅频特性、幅频特性曲线仙桃职业学院机