集成运算放大器的应用电路.ppt

1、集成运算放大器的应用电路,全有文档 ,1 基本运算电路,2 有源滤波电路,4 集成运放的使用注意事项,3 电压比较器和矩形波发生器,本章小结,1 基本运算电路 利用集成运放实现数学运算的电路，通常接成负反馈。 1.1 比例运算放大器 1.反相输入比例运算电路 电路如图1所示:,图1 反相输入比例运算电路,由分析可知，图1就是电压并联负反馈放大器， 由第5章得：,（1）,（1）式表明：输出电压与输入电压成比例关系，且相位相反。由于输入信号是从集成运放反相输入端输入的，故称之为反相输入比例运算电路。,当R1=Rf 时, 输出电压与输入电压大小相等,相位相反,故称为反相器。,2. 同相输入比例运算电

2、路 电路如图2（a）所示,图2（a）同相输入比例运算电路,经分析知 ：该电路为电压串联负反馈放大电路， 由第5章得： （2）式表明，输出电压与输入电压成比例关系，且相位相同。由于输入信号是从同相端输入的，故称为同相输入比例运算电路。 若令 =0, R1，电路如图2 (b) 所示,(2),在图2 (b) 中由于u+=u-，u- u+=ui，u-=uo因而电压放大倍数Auf1，表明uo跟随ui而变化，故有电压跟随器之称。,图2（b）电压跟随器,1.2加法运算 如图3所示。,图3 加法运算电路,根据“虚断”的概念可得： ，其中 再根据“虚短”的概念可得 则 (3 ) 实现了各信号按比例进行加法运算。

3、 如取R1=R2=Rn=Rf 则 u0= -( ui1+ui2+ uin) ，实现了各输入信号的反相相加。,1.3减法运算 1. 反相输入求和式减法器 电路如图4所示。,图4 反相输入求和式减法器,图中，第一级为反相输入比例器，若 =R1，则第 一级为反相器，u01= -ui1；第二级为反相输入加法器。 令R2=R3，于是有,若R2R3,可实现两信号各自乘以比例系数后再相减， 即,2.差动式减法器 电路如图5所示。,图5 差动式减法器,首先，令,单独作用时，电路成为反相比例运算电路。如图6（a）所示,=0，当,其输出电压为,再令,=0, 当,单独作用时，电路变成为同相输入比例运算电路。如图6（

4、b）所示。,图6（b）ui1单独作用时,这样,当R1=R2=R3=Rf =R时,uo=ui1-ui2,该电路成为减法器。,(6),同相端电压为：,其输出电压为：,1.4 微积分运算 1. 积分运算 电路如图7所示。,图7 积分运算电路,进行充电。假设电容C的初始电压为零，那么,=,(8),上式表明，输出电压为输入电压对时间的积分， 且相位相反。 积分电路的波形变换作用如图7（b）所示，它 可将矩形波变成三角波形。,在图7中，根据“虚短”的概念， 0,再根据“虚 断”的概念， 0，则 ，即：电容C 以,2.微分运算 电路如图8所示。,图8 微分电路,在这个电路中，A点同样为“虚地”，即 ,再根据

5、“虚断”的概念， ，假设电容C的初始电压为零，那么 则输出电压 (9) 上式表明，输出电压为输入电压对时间的微分，且相位相反。 微分电路的波形变换作用如图8（b）所示，可将矩形波变成尖脉冲输出。,0，则,。,1 思考题 实现数学 运算的电路均为反馈电路，它们是正反馈还是负反馈？你会用什么方法来分析基本运算电路？ 在图1中同相输入端所接电阻R2 起什么作用？ 比较利用反相输入求和实现减法运算及差动输入减法电路的优缺点。,返回,2 有源滤波电路,2.1 基本概念 滤波器是一种能够实现选频的电路，通常把不受衰减或衰减很小的频率范围，叫做“通带”；受很大衰减的频率范围，叫做“阻带”。“通带”和“阻带”

6、的界限频率，叫做截止频率。按照“通带”和“阻带”相互位置的不同，滤波器分为：,(1) 低通滤波器 (2) 高通滤波器 (3) 带通滤波器 (4) 带阻滤波器 滤波电路的幅频特性如图9所示。,图9 滤波电路的幅频特性,2.2 有源滤波器 1.有源低通滤波器 (1) 电路组成 图10为有源低通滤波器。,图10 有源低通滤波器,电压放大倍数Au的模值为：,(10),(2) 传输特性,当=0时，,根据截止频率的定义，当,时所对应的频率为截止频率，记为,由（10）式可以看出，当,时，正好满足要求。,电路的截止频率 。其幅频特性 如图11所示。,图11 有源低通滤波器的幅频特性,在实际电路中，低通滤波器用

7、来除掉电子机器和电机等产生的噪声（高频干扰信号）。如图12所示：,图12 低通滤波器消除噪声,2. 有源高通滤波器 若把图10中的R和C的位置调换，就成为有源高通 滤波器，如图13所示。,图13 有源高通滤波器,3. 带通和带阻滤波器,根据低通、高通、带通和带阻滤波器的理想幅频特性曲线可知，只要低通电路的上限截止频率 大于高通滤波器的下限截止频率 ，则低通电路与高通电路串联，就可构成带通滤波器，其通常也就是二者覆盖部分，即 。若是低通滤波器的上限截止频率 小于高通滤波器的下限截止频率 ，则将低通滤波器与高通滤波器并联可构成带阻滤波器，其构成原理框图及幅频特性如图14所示。,图14 构成带通和带

8、阻滤波器的框图及幅频特性,什么是无源滤波器电路，什么是有源滤波器电 路？ 按滤波电路选出信号频率的不同，滤波器可分为哪几种？ 画出高通RC有源滤波电路和幅频特性，并与低通滤波器加以比较。,返回,2 思考题,3 电压比较器和矩形波发生器 3.1 电压比较器 电压比较器的基本功能是比较两个或多个模拟量 的大小，并由输出端的高、低电平来表示比较的结果。 电压比较器中的集成运放，通常是“开环”或接成 “正反馈”。因而工作于非线性状态。,1. 单门限电压比较器 电路如图15 所示,图15 同相输入单门限电压比较器比较器,图中的运放处于开环工作状态，具有很高的开环差模电压增益，所以： 当 时，输出电压为负

9、饱和值 ； 当 时，输出电压为正饱和值 ； 当 ，电路翻转。 将比较器的输出电压从一个电平跳变到另一个电平 时，所对应的输入电压 的值称为门限电平UTH，显 然，该电路有一个门限电平，所以称为单门限电压比较 器。其传输特性见图15（b）所示，波形见图15(c)所 示。,由分析可知，使用比较电路时，可根据输出电 压的极性判别信号电压的大小。 当参考电压UREF=0时，则输入信号电压每次过零，其输出电压都会发生跳变，这种比较器称为过 零比较器。 单门限电压比较器的优点是电路简单，灵敏度高，但其抗干扰能力差。 提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。,2. 迟滞比较器 （1）电路组成,图116 (

10、a) 反相输入滞回电压比较器电路图,（2）门限电平的计算 当输出为正向饱和电压 时，将集成运放的同相端电压称为上门限电平，用 表示，则有 当输出为负向饱和电压 时，将集成运放的同相端电压称为下门限电平，用 表示，则有,（3）传输特性和回差电压UTH 滞回比较器的传输特性如图16 (b) 所示,由以上分析可以看出，该比较器具有“滞回”特性。 我们把上门限电压UTH1与下门限电压UTH2之差值称 为“回差电压”，用UTH表示， “回差电压”的存在，大大提高了电路的抗干扰能力。只要干扰信号的值小于“回差电压”，比较器就不会因为干扰而误动作。 迟滞比较电路可用于波形整形、波形变换（将正弦波和三角波变成

11、方波）、波形产生等场合。,3.2 矩形波发生器 1.电路组成,图17 (a)矩形波发生器电路图,2.工作原理 在接通电源的瞬间，假设此时输出电压为正饱和电压+，则同相端的电压为 电容在输出电压+的作用下开始充电。 当充电电压 升至 值时,电路翻转，输出电压由+值翻至-。,同相端电压变为 电容开始放电，uc开始下降，当电容电压uc降至 值时，输出电压又翻转到 值。如此周而复始，在集成运放的输出端得到了如图17(b)所示的电压波形。,3. 输出信号频率 电路输出的矩形波电压的周期，取决于充、放电的R时间常数。可以证明其周期为： 则输出信号频率为 (14) 改变RC值就可以调节矩形波的频率。,怎样分

12、析电压比较器。 在图16所示的滞回比较器的输入端加以正弦信号，试画出其输出电压波形。 在图17所示的矩形波发生电路中，能否得到一个三角波。,3 思考题,返回,4 集成运放的使用注意事项 1. 集成运放的输出调零 集成运放的内调零,如图18所示,辅助调零电路如图19所示。,2. 单电源供电时的偏置问题 双电源集成运放单电源供电时，该集成运放内部各点对地的电位都将相应提高，因而输入为零时，输出不再为零，这是通过调零电路无法解决的。为了使双电源集成运放在单电源供电下能正常工作，必须将输入端的电位提升，如图20、21所示，其中图20所示电路适用于反相输入交流放大。图21所示电路适用于同相输入交流放大。

13、,3. 集成运放的保护 （1） 输入端保护 当输入端所加的电压过高时会损坏集成运放， 为此，可在输入端加入两个反向并联的二极管，如 22所示，将输入电压限制在二极管的正向导通 压降以内。,(2) 输出端保护 为了防止输出电压过大，可利用稳压管来保护，如图23所示，将两个稳压管反向串联，就 可将输出电压限制在稳压管的稳压值UZ的范围内。,(3)电源保护 电路如图24所示。,4. 相位补偿,4思考题,双电源集成运放如何在单电源电路中使用？ 集成运放产生自激怎么办？ 对集成运放应采取什么保护措施？,返回,本章小结,1. 基本运算电路和有源滤波电路中的集成运放均接 成负反馈，工作在线性区，“虚短”和“虚断”的概念 是分析这类电路的有力工具。 2. 集成运放在组成运算电路时，可实现比例，加 法、减法、微分、积分等数学运算。要求掌握这些电路 的组成及其分析方法。 3. 有源滤波电路是由无源滤波器和集成运放构成的 电路，根据选频特性的不同，可分为低通、高通、带通 和带阻滤波器。,4. 将集成运放接成开环或正反馈时，可实现对信号 电压的比较，并以输出电平的高低表示比较的结果。单