集成运算放大器的应用.ppt

1、(5-1),第七章 集成运算放大器的应用,模拟电子电路,(5-2),第七章 集成运算放大器的应用,7.1 集成运放应用基础 7.2 运算电路 7.3 有源滤波电路 7.4 电压比较器,(5-3),Ao越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。,例：若UOM=12V，Ao=106， 则|ui|12V时，运放 处于线性区。,线性放大区,7.1 集成运放应用基础,*复习,要集成运放工作在线性区,必须在集成运放外部电路引入负反馈,(5-4),理想运放的条件,放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。,运放工作在线性区的特点,

2、一、理想运放的条件及其工作在线性区的特点,(5-5),二、分析运放组成的线性电路的出发点,虚短路 虚开路 放大倍数与负载无关， 可以分开分析。,U-,uo,U+,Ii,(5-6),7.2.1 比例运算电路,作用：将信号按比例放大。,类型：同相比例放大和反相比例放大。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,7.2 信号的运算电路,(5-7),i1= i2,1. 放大倍数,虚短路,虚开路,一、反相比例运算电路,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。,虚开路,若R2=R1，则Au=-1 UO = Ui，称为反相器,

3、(5-8),2. 电路的输入电阻,ri=R1,RP =R1 / R2,uo,为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大R2，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。,(5-9),4. 共模电压,输入电阻小、共模电压为 0 以及“虚地”是反相输入的特点。,3. 反馈方式,电压并联负反馈,输出电阻很小！,(5-10),反相比例电路的特点：,1. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。,2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。,4. U-=U+=0，反相比例运算电路存

4、在虚地。,(5-11),二、同相比例运算电路,u-= u+= ui,反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。,虚短路,虚开路,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。,虚开路,(5-12),同相比例电路的特点：,3. 共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。,1. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,2. 由于串联负反馈的作用，输入电阻大。,讨论题1： 把同相比例运算电路当作第一级，把反相比例运算电路作为第二级，组成两级放大电路，试分析uo与ui的关系。,(5-13),此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输

5、出器相同，但是电压跟随性能好。,三、电压跟随器,结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。,讨论题2： 若同相比例运算电路中的R1= ， R2= RP 0，试分析其Uo与Ui的关系。,(5-14),7.2.2 加减运算电路,作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。,类型：同相求和和反相求和。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,(5-15),一、反相求和运算,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,(5-16),调节反相求和电路的某一路信号的输

6、入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,(5-17),二、同相求和运算,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,(5-18),此电路如果以 u+ 为输入 ，则输出为：,u+ 与 ui1 和 ui2 的关系如何？,注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。,流入运放输入端的电流为0（虚开路）,(5-19),左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？,提示： 1. 虚开路：流入同相端的电流为0。 2. 节点电位法求u+。,(5-20),三、单运放的加减运算电路,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,(5-21)

7、,虚短路,虚开路,虚开路,(5-22),解出：,单运放的加减运算电路的特例：差动放大器,(5-23),差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（=2R1）, 这是由于反相输入造成的。,(5-24),例：设计一个加减运算电路， RF=240k，使 uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3,解:,(1) 画电路。,系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。,(5-25),(2) 求各电阻值。,uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3,(5-26),优点：元件少，成本低。,缺点：要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的调整计算不方便。,单运放的加减运算电路,改进

8、：采用双运放电路。,(5-27),四、双运放的加减运算电路,(5-28),例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0 +5V，现有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0+5V。,uo = 0.5ui+2.5 V,(5-29),uo =0.5ui +2.5 V,=0.5 (ui +5) V,(5-30),五、三运放电路,(5-31),虚短路：,虚开路：,(5-32),三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。 由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。,(5-33),例：由三运放放大器组成的温度测量电路。,Rt ：热敏电阻,集成化:仪表放大器,(5-34),Rt=f (TC

9、),(5-35),1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小 。,2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。,3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。,比例运算电路与加减运算电路小结,(5-36),7.2.3 微分运算电路与积分运算电路,u= u+= 0,一、微分运算,(5-37),输入方波，输出是三角波。,二、积分运算,(5-38),U,积分时限,应用举例2：如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。,(5-39),其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。,积分电路的

10、主要用途：,1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相。,(5-40),运算电路要求,1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。 2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。 3. 会用 “虚开路(ii=0)”和“虚短路(u+=u) ”分析给定运算电路的 放大倍数。,(5-41),滤波电路的分类,1. 按信号性质分类,3. 按电路功能分类:,低通滤波器；高通滤波器； 带通滤波器；带阻滤波器,2. 按所用元件分类,模拟滤波器和数字滤波器,无源滤波器和有源滤波器,4. 按阶数分类:,一阶，二阶 高阶

11、,7.3 有源滤波器,(5-42),传递函数：,幅频特性,相频特性,传递函数的定义,(5-43),低通,高通,带通,带阻,四种典型的频率特性,(5-44),无源滤波器的缺点（以一阶滤波器为例）,传递函数：,(5-45),1. 带负载能力差。,2. 无放大作用。,3. 特性不理想，边沿不陡。,截止频率处：,此电路的缺点：,(5-46),将两级一阶低通滤波器串接,？,各级互相影响！,(5-47),有源滤波器的优点：,1. 不使用电感元件，体积小重量轻。,2. 有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无

12、需考虑级间影响。,3. 除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。,(5-48),有源滤波器的缺点：,1. 不宜用于高频。,2. 不宜在高电压、大电流情况下使用。,3. 可靠性较差。,4. 使用时需外接直流电源。,(5-49),一、一阶有源低通滤波器,传递函数中出现 的一次项，故称为一阶滤波器。,(5-50),幅频特性：,相频特性：,(5-51),有放大作用,3. 运放输出，带负载能力强。,幅频特性与一阶无源低通滤波器类似,电路的特点：,2. =o 时,1. =0 时,(5-52),解出：,其中：,二、二阶有源低通滤波器,传递函数中出现 的二次项，故称为二阶滤波器。,(5-53),(5-54)

13、,R1= 时：AF=1, =o时：,(5-55),由低阶有源滤波器构成高阶有源滤波器,例：两个一阶有源滤波器串接构成二阶有源滤波器。,分析简单,(5-56),一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别：,阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器。,(5-57),如何组成高通滤波器？,将低通滤波器中的R、C 对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。,(5-58),三、一阶有源高通滤波器,(5-59),幅频特性：,(5-60),电压源的要求：输出电阻小。所以，要有电压负反馈。,电路组成：比例放大器。,一、电压源,7.4 电压源、电流源与电压、电流、电阻的测量,(5-61),电路特点:,1. 输出电压的大小调节

14、方便。 2. 同相比例放大器组成的电压源的输出大于输入。 3. 反相比例放大器组成的电压源输出可以小于输入。 4. 同相比例放大器的输入电阻大，从信号源取得的电流小。,(5-62),要求：输出电阻大。所以，要有电流负反馈。,F,IL,负载悬地！,二、电流源,(5-63),负载接地的电流源,自己推导,(5-64),指针式万用表的缺点：,（1）不能测量微小电压和微小电流；,（2）万用表的内阻不是0或，因此引起误差；,（3）作交流测量时，表盘刻度是非线性的，影响精度。,三、电压、电流与电阻的测量,(5-65),把表头改装成灵敏度较高、输入电阻较大的电压表。,输入电阻大，相当于电压表的内阻是。,IG正比于UX,若：RF=10，表头的满偏电流IGmax=100A，,则：满偏电压 Uxmax= IGmaxRF=1mV,1. 电压表,虚短路,虚开路,(5-66),此电路的优点：,(1) 量程由表头的满偏电流 IG 和电阻 RF 决定。 RF选用小电阻，能测量较小的电压；,(2) 输入电阻高，对被测电路影响小；,(3) 测量值与表头内阻RG无关，表头的互换性好