信号调理电路设计.ppt

1、信号调理电路设计,梁 文 海 EMAIL: VHI2009126.COM 四川师范大学物理与电子工程学院 2010年6月10日,一个电子系统实例,不失真,大功率,第二章 音频功率放大器设计,第一节,第三节,第二节,运算放大器综合应用,集成功率放大器,运算放大器基础应用,第四节,功率放大器设计,输出端,集成运放的组成,输入级 差动放大器,输出级 射极输出器或互补对称功率放大器,偏置电路 由镜像恒流源等电路组成,一、运算放大器简单介绍,输入端,理想的运算放大器。理想化的主要条件：,1. 开环电压放大倍数,2. 开环输入电阻,3. 开环输出电阻,4. 共模抑制比,由于实际运算放大器的技术指标接近理想

2、化条件，,二、理想运算放大器及其分析依据,在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是,而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。,三、“短路”、“断路”概念,运放工作在线性区的依据,相当于两输入端之间短路，但又未真正短路，故称 “虚短路” 。,相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故称 “虚断路”。,2. id 0,1. u+ u,，而 uo 是有限值，,运放开环输入电阻,由于运放,故从式,，可知,uo,u+,+,+,u,1.反相输入,比例运算,四、运算放大器在信号运算方面的应用,由运放工作在线性区的依据,可列出,由此得出,闭环电压 放大

3、倍数,平衡电阻,若,则,2.同相输入,比例运算,由运放工作在线性区的依据,可列出,由此得出,闭环电压 放大倍数,若,则,或,加法运算,由图可列出,由上列各式可得,当,时，则上式为,平衡电阻,减法运算,如果两个输入端都有信号,因为,，故上列两式可得,由图可列出,输入，则为差分输入。,减法运算,当,时，,平衡电阻,和,则上式为,当,时，则得,可见，输出电压与两个输入电压的差值成正比， 故可进行减法运算。,积分运算,用电容代替反相比例运算电路中的RF，就成为积分运算电路。,if,CF,由于反相输入，,故,上式表明输出电压正比于输入电压的积分，式中的 负号表示两者反相。,R1 CF 称为积分时间常数。

4、,积分运算,uo,R1,R2,CF,ui,+,+,uC,+,if,ii,当 ui 为阶跃电压时，则,uo 随时间线性增长，,t,最后达到负饱和值。,微分运算,微分运算是积分的逆运算，将积,由图可列出,故,即输出电压与输入电压对时间的一次微分成正比。,分电路反相输入端的电阻与反馈电容,位置对调，就成为微分电路。,微分运算,uo,RF,R2,C1,ui,+,+,uC,+,+,+,if,ii,Ui,t,注意：由于此电路工作时稳定性不高， 故实际中很少应用。,当 ui 为阶跃电压时 uo 为尖脉冲电压。,返回,1. 有源低通滤波器,有源滤波器,五、运算放大器在信号处理方面的应用,设图中 ui 为某一频

5、率的正弦量,由 RC 电路得出,由同相比例运算关系得出,1.有源低通滤波器,故,称为截止角频率,式中,若 为变量，则该电路的传递函数,其模为,幅角为,1. 有源低通滤波器,低通滤波器具有使 低频信号易通过，而抑 制高频信号的作用。,时，,时，,时，,O,0,频率特性,2.有源高通滤波器,由 RC 电路得出,由同相比例运算关系得出,故,称为截止角频率,式中,2.有源高通滤波器,其模为,幅角为,若 为变量，则该电路的传递函数,时，,时，,时，,高通滤波器具有使高 频信号易通过，而抑制低 频信号的作用。,频率特性,O, 0,电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个 参考电压进行比较，当两者相等时产生

6、跃变，由此 判别输入信号的大小和极性。,电压比较器用于自动控制、波形变换、模数转换及越限报警等。,电压比较器,集成运放构成电压比较器时，多处于开环或正 反馈的工作状态，即工作在非线性区。,将运放任一输入端加上输入信号，而另一输入端加入参考电压，即可构成电压比较器，如图所示。,电压传 输特性,电压比较器,Ui 为输入电压， UR 为参考电压,当 ui UR 时， uo = Uo(sat),ui UR 时， uo = +Uo(sat),ui = UR 时， uo 发生跃变,UO(sat),UO(sat),uR,+,当 UR = 0 时，即输入电压和零电平比较，称为 过零比较器。,电压传 输特性,电

7、压比较器,UO(sat),UO(sat),uo,若图中 ui 为正弦波，画出 uo 的波形。,R1,R2,ui,+,UR,+,+,+,在输出端与地之间接一个双向稳压管，即可把输出电压限制在某一特定值，以和接在数字电路的电平匹配。,电压传输特性,电压比较器,UO(sat),UO(sat),UZ,UZ,限幅电压比较器,例 图中所示为运放组成的过温保护电路，R 是热敏电阻，温度升高阻值变小。KA 是继电器，温度升高，超过规定值，KA 动作，自动切断电源。分析其工作原理。,温度 超过 规定值， ui UR， uo= +UOM， T 导通。 KA 动作， 切断电源。,温度未超过规定值， Ui UR， u

8、o= UOM， T 截止。 KA 不动作。,六、使用运算放大器应注意的几个问题,1. 选用元件,2. 消振,3. 调零,4. 保护,(1) 输入端保护,4. 保护,(2)输出端保护,(3)电源保护,六、使用运算放大器应注意的几个问题,5. 扩大输出电流,在输出端加接一级互补电路扩大输出电流。,返回,六、使用运算放大器应注意的几个问题,运算放大器综合应用,集成运放驱动的OCL电路,直流稳压电源,带保护单极性输出,双极性输出,50HZ陷波器,仪用放大器的设计和应用,仪用放大器与很多放大电路一样，都是用来放大信号的用的，但仪用放大电路的特点是，它所测量的信号通常都是在噪声环境下的微小信号。而噪声通常都是公共模噪声，所以在电路设计要求上，电路有很高的共模抑制比，利用共模抑制比将信号从噪声中分离出来。因此好的仪用放大器测量的信号能达到很高的精度，在医用设备、数据采集、检测和控制电子设备等方面都得到了广泛的应用。,仪用放大器的基本电路,大多数仪用放大器采用3个运算放大器排成两级：一个由两运放组成的前置放大器，后面跟一个差分放大器。前置放大器提供高输入阻抗、低噪声和增益。差分放大器抑制共模噪声，还能在需要时提供一定的附加增益。如下图：,可以采