第4章集成運算放大器電路的應用

集成運算放大器的應用第4

章4.1模擬運算電路4.2信號處理電路4.3波形發(fā)生電路4.4使用運算放大器應注意的幾個問題

小結第4章集成運算放大器電路的應用

理想集成運算放大器電路的分析。

電壓比較器電路及其特性分析。有源濾波器電路的分析。重點難點第4章集成運算放大器電路的應用4.1模擬運算電路4.1.1比例運算電路4.1.2加法和減法運算電路4.1.3積分和微分運算電路1.反相輸入比例運算電路4.1.1比例運算電路第4章集成運算放大器電路的應用由于“虛斷”，i-=i+=0；由于“虛短”，u-=u+=0由i1=if，得——“虛地”圖

4.1_++R1R2i1Rfifuii-i+u+u-uoR2=R1//Rf1.反相輸入比例運算電路4.1.1比例運算電路電路的輸入電阻為:Rif=R1第4章集成運算放大器電路的應用平衡電阻Rif圖

4.1_++R1R2i1Rfifuii-i+u+u-平衡電阻，使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時輸入級的對稱性。

根據(jù)“虛斷”和“虛短”的特點，可知i+=i-=0；u-=u+=ui2.同相輸入比例運算電路由i1=if

，得ui_++RfR1R2uoi-i+u+u-i1if圖

4.3Rif=第4章集成運算放大器電路的應用2.同相輸入比例運算電路Auf=1當R1=，Rf=0時第4章集成運算放大器電路的應用圖

4.4電壓跟隨器_++uiuoif圖

4.3ui_++RfR1R2uou+u-i1i-i+例4.3：已知：R1=100k，Rf=200k，

R2=100k，

R3=200k，ui=1V

，求輸出電壓uo=？第4章集成運算放大器電路的應用圖

4.6_++R1R2uiuoR3u+u-i-i+Rf1.加法運算電路R3=R1//R2//Rfif=

i1+i2若Rf=R1=R2

則uO=

(uI1+uI2)若R1=R2=R則第4章集成運算放大器電路的應用4.1.2加法和減法運算電路圖

4.7由于“虛斷”，i-=i+=0；由于“虛地”，u-=u+=0i2ifi1R2_++RfR1ui2uoR3ui1u+u-i-i+利用疊加定理：uI2=0uI1使：uI1=0uI2使：如果R1=R2；Rf=R3uO=Rf/R1(ui2

ui1)減法運算實際是差動電路圖

4.82.減法運算電路第4章集成運算放大器電路的應用uO=uO1+uO2=_++RfR1R2ui2uoR3ui1u+u-i-i+第4章集成運算放大器電路的應用1.積分運算電路圖

4.13iR=iC得：τ=RC——積分時間常數(shù)由于“虛斷”，i-=i+=0；由于“虛地”，u-=u+=0iRui-++RR1CuoiCu+u-i-i+4.1.3積分和微分運算電路例：積分電路應用舉例1tui0tuo0U-UomTM積分時限圖

4.14第4章集成運算放大器電路的應用iRiCtui0tuo0輸入方波ui-++RR1Cuo例：積分電路應用舉例2輸出是三角波圖

4.15第4章集成運算放大器電路的應用第4章集成運算放大器電路的應用2.微分運算電路圖

4.16iC=iR得：由于“虛斷”，i-=i+=0；由于“虛地”，u-=u+=0可見，輸出電壓正比于輸入電壓對時間的微分。ui–++uoRR1iCiRCuitOuotOU圖

4.16圖

4.17例：微分電路應用舉例ui–++uoRR1iCifC第4章集成運算放大器電路的應用

模擬運算電路的輸出電壓與輸入電壓有一定的函數(shù)關系，如比例運算，加減法運算，積分微分以及他們的組合運算。第4章集成運算放大器電路的應用小結第4章集成運算放大器電路的應用4.2信號處理電路4.2.1有源濾波器4.2.2采樣保持電路4.2.3電壓比較器4.2.1有源濾波器濾波器：選出所需要的頻率范圍內(nèi)的信號，使其順利通過；而對于頻率超出此范圍的信號，使其不易通過。濾波器的分類:按工作頻帶:

低通濾波器（LPF-LowPassFilter）高通濾波器（HPF-HighPassFilter）帶通濾波器（BPF-BandPassFilter）帶阻濾波器（BEF-BandEliminationFilter）按所用元件:無源濾波器、有源濾波器通帶：能夠通過信號的頻率范圍。阻帶：阻止通過或衰減信號的頻率范圍。截止頻率：通帶與阻帶分界點的頻率，也叫轉折頻率。分為上限截止頻率和下限截止頻率。f帶通f1f2通帶阻帶阻帶f低通fc(截止頻率)通帶阻帶f高通fc(截止頻率)通帶阻帶1.低通濾波器頻率低于fc的信號可以通過，高于fc的信號被衰減，帶寬△f=fc。2.高通濾波器頻率高于fc的信號可以通過，低于fc的信號被衰減，實際帶寬△f有限。f帶通f1f2通帶阻帶阻帶f帶阻f1f2阻帶通帶通帶3.帶通濾波器頻率為f1（下限截止頻率)到f2（上限截止頻率)的信號可以通過，低于f1或高于f2的信號被衰減，帶寬△f=f2-f1。4.帶阻濾波器頻率低于f1和高于f2的信號可以通過，f1到f2的之間的信號被衰減，實際帶寬△f有限

。無源濾波器：僅由無源元件R、C構成的濾波器。帶負載能力較差；無源濾波器與負載間沒有隔離；無放大能力，所以對輸入信號總是衰減的。有源濾波器：由無源元件R、C和放大電路（雙極型管、單極型管、集成運放）構成的濾波器。便于級聯(lián)，以構成濾波特性好或頻率特性有特殊要求的濾波器：集成運算放大器具有高輸入阻抗、低輸出阻抗的特性，使濾波器輸出和輸入間有良好的隔離。RCR無源低通濾波器當f=0~∞時：電壓放大倍數(shù)令當f=fp時：RCR3dBfpf–20dB/十倍頻當f>>fp時：f→0時：RCR3dBfpf–20dB/十倍頻可見頻率每升高10倍，Au下降10倍，即過渡帶的斜率為–20dB/十倍頻。RLRCRf’p3dBfpf電路帶負載后：f→0時：此電路的缺點：1、帶負載能力差。帶負載后，通帶放大倍數(shù)減小，通帶截止頻率升高。2、無放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。f’p3dBfpf一階低通有源濾波器式中為通頻帶放大倍數(shù)，截止角頻率。電壓放大倍數(shù)的幅頻特性為：稱為當ω=ω0時，當ω=0時，當ω=∞時，一階有源低通濾波器的幅頻特性與理想特性相差較大，濾波效果不夠理想，采用二階或高階有源濾波器可明顯改善濾波效果。圖示為用二級RC低通濾波電路串聯(lián)后接入集成運算放大器構成的二階低通有源濾波器及其幅頻特性。一階高通有源濾波器截止角頻率：4.2.2采樣保持電路采樣階段：控制信號uG出現(xiàn)時，電子開關接通，輸入模擬信號ui經(jīng)電子開關使保持電容C迅速充電，電容電壓即輸出電壓uo跟隨輸入模擬信號電壓ui的變化而變化。保持階段：uG=0，電子開關斷開，保持電容C上的電壓因為沒有放電回路而得以保持。一直到下一次控制信號的到來，開始新的采樣保持周期。采樣保持電路的工作過程：集成運放的非線性工作區(qū)運放處于開環(huán)應用（即沒有引入反饋），加有正反饋的運放電路，運放處于非線性狀態(tài)。uou+–u–uo++∞u+u––4.2.3電壓比較器比較器作用：對輸入端的兩個電壓進行比較，判斷哪一個電壓大，輸出端輸出比較結果。輸入端的兩個電壓：參考電壓或基準電壓UR，被比較的輸入電壓ui輸出電壓：高電平或低電平，即數(shù)字信號1或0。電壓比較器的電壓傳輸特性輸入電壓ui是模擬量，輸出電壓uo為高電平UOH或低電平UOL。參考電壓（或基準電壓）UR：是指輸出電壓uO從UOH躍變?yōu)閁OL，或從UOL躍變?yōu)閁OH時的輸入電壓值。uouiURUOHUOLuouiURUOHUOL電壓比較器的種類單限比較器uouiOUOLUOHUR滯回比較器UH2uouiOUOLUOHUH1窗口比較器uouiOUOHUH1UH21.簡單比較器

時，

時，

基準電壓UR=0時，輸入電壓ui與零電位比較，稱為過零比較器。uoui0+Uz–UDUR輸出端接穩(wěn)壓管限幅。設穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略正向導通電壓，則ui>UR時，uo=+UZ;ui<UR，

uo=-UD

。要使輸出電壓正負對稱，輸出端接雙向穩(wěn)壓管進行雙向限幅。設穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，則ui>UR時，穩(wěn)壓管正向導通，uo=－UZ；ui<UR時，穩(wěn)壓管反向擊穿，uo=＋UZ時。UR=0，為過零比較器。電壓比較器廣泛應用在模-數(shù)接口、電平檢測及波形變換等領域。如圖所示為用過零比較器把正弦波變換為矩形波的例子。2.滯回比較器設比較器初始狀態(tài)uo=+UOM，此時同相輸入端的電壓為：當ui由低向高變化直至ui>uH1時，比較器的輸出電壓uo由＋UOM跳變至－UOM，此時同相輸入端的電壓為：當ui由高向低變化直至ui<uH2時，比較器的輸出電壓uo由－UOM跳變至＋UOM，此時同相輸入端的電壓又變?yōu)閡H1。uH1稱為上門限電壓，uH2稱為下門限電壓，兩者的差值稱為回差電壓，用uH表示，即：與簡單比較器相比，滯回比較器具有以下兩個優(yōu)點：（1）引入正反饋后能加速輸出電壓的轉變過程，改善輸出電壓在跳變時的波形。（2）提高了電路的抗干擾能力。由于回差電壓的存在，輸出電壓uo一旦轉變?yōu)椋玌OM或－UOM后，運算放大器同相輸入端的電壓u+隨即自動變化，因此，輸入電壓ui必須有較大的反向變化才能使輸出電壓uo轉變。畫電壓傳輸特性必求的三要素：（1）輸出電壓高電平UOH和低電平UOL；（2）基準電壓UR；（3）當ui的值經(jīng)過UR時，uO躍變的方向，即是從UOH變?yōu)閁OL，還是從UOL變?yōu)閁OH。uouiURUOHUOLuouiURUOHUOL本章小結模擬運算電路的輸出電壓與輸入電壓之間有一定的函數(shù)關系，如比例運算、加減運算、積分、微分運算以及他們的組合運算。信號處理電路包括有源濾波、電壓比較器、采樣保持電路等。有源濾波器是由無源網(wǎng)絡和帶有深度負反饋的放大電路組成，具有高輸入阻抗、低輸出阻抗和良好的濾波特性等特點。電壓比較器是一種差動輸入的開環(huán)運算放大器，對兩個輸入電壓進行比較，輸出規(guī)定的高、低電平。作業(yè)課后題：4.15（P112）4.22（P114）4.23（P114）練習題1.圖1同相比例運放的放大倍數(shù)Auf=

；R2≈