第6章集成運(yùn)放的應(yīng)用

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院本章要點(diǎn)

本章介紹了電子信息系統(tǒng)的組成、理想運(yùn)放的兩個(gè)工作區(qū)，集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用。線性應(yīng)用主要有比例運(yùn)算、加法與減法運(yùn)算、微分與積分運(yùn)算、以及有源濾波電路。第6章信號(hào)的運(yùn)算與處理電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院6.2基本運(yùn)算電路6.1概述6.3有源濾波電路第6章信號(hào)的運(yùn)算與處理電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

6.1概述

6.1.1電子信息系統(tǒng)的組成

一、集成運(yùn)放的總體結(jié)構(gòu)仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院＋－u-－u+uo－＋＋

∞反相輸入端u－同相輸入端u+輸出端uo國際符號(hào)：國內(nèi)符號(hào)：集成運(yùn)放的特點(diǎn)：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小二、集成運(yùn)算放大器符號(hào)仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)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．開環(huán)電壓放大倍數(shù)

2．差模輸入電阻

3．輸出電阻

4．輸入偏置電流

5．共模抑制比

6．上限頻率

6.1.2理想運(yùn)放的兩個(gè)工作區(qū)（狀態(tài)）仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

工作在線性區(qū)時(shí)，u0和ui是線性關(guān)系；即式中，A是開環(huán)差模放大倍數(shù)。由于A很大，即使輸入毫伏級(jí)以下的電壓信號(hào)，也足以使輸出電壓u0飽和，其飽和值+UOM和-UOM接近正、負(fù)電源電壓值。所以，只有引入負(fù)反饋后，才能保證輸出不超過線性范圍。

二、集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的特性仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

“虛短”路：反相端電位和同相端電位幾乎相等，近似于短路又不可能是真正的短路，稱為。虛短的必要條件是運(yùn)放引入深度負(fù)反饋。

“虛地”：如果同相端接地，即，由上式可知，說明反相端的電位也接近于地電位，是一個(gè)不接地的地電位端。

2.虛斷路原則(簡(jiǎn)稱“虛斷”)

由于集成放大器的差模輸入電阻，輸入偏置電流，好像斷開一樣，稱為“虛斷”路。

1.虛短路原則(簡(jiǎn)稱“虛短)仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

集成運(yùn)放在非線性工作區(qū)內(nèi)一般是開環(huán)運(yùn)用或加正反饋。它的輸入輸出關(guān)系不滿足式

這時(shí)輸出電壓有兩種可能：

1．當(dāng)時(shí)，

2．當(dāng)時(shí)，

此時(shí)，虛短路原則不成立，，但虛斷路原則仍然成立，它的輸入電流仍為零，即有。

三、集成運(yùn)放工作在非線性工作區(qū)仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院6.2.1比例運(yùn)算電路6.2.2加減運(yùn)算電路6.2.3積分和微分運(yùn)算電路6.2.4對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路6.2

基本運(yùn)算電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院_+

+

RfR1R’uiuoi1ifi-i+虛地點(diǎn)i1=if

（虛斷）因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷分析u+

=0

u－=u+=0（虛短）平衡電阻(使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等):R’=R1//RF反饋方式：電壓并聯(lián)負(fù)反饋輸入電阻

6.2.1比例運(yùn)算電路

一.反相比例運(yùn)算電壓放大倍數(shù):仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院_+

+

RfR1R’uiuoi1ifi-i+（1）反向比例電路由于存在"虛地"，因此它的共模輸入電壓為零.即：它對(duì)集成運(yùn)放的共模抑制比要求低

（2）輸入電阻低:ri=R1，因此對(duì)輸入信號(hào)的負(fù)載能力有一定的要求。

反向比例電路的特點(diǎn):仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院_+

+

RfR1R’uiuoiFi1Auf=1+RfR1u-=u+=uii1=if（虛斷）R’=Rf//RF因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷分析反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋二、同相比例運(yùn)算放大器仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院_+

+

RfR1R’uiuoiFi1(1)輸入電阻高；(2)由于，電路的共模輸入信號(hào)高，因此集成運(yùn)放的共模抑制比要求高。同相比例電路的特點(diǎn):仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院一、加法運(yùn)算電路6.2.2加減運(yùn)算電路根據(jù)運(yùn)算放大器的“虛短”和“虛斷”概念得：令：得：仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院疊加定理Vi1作用Vi2作用

綜合：二、減法運(yùn)算電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院一、積分電路iiCu

i-++RR’Cuouc6.2.3積分和微分電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院u-=u+=0ui－++uoRR2iciRC2.微分電路：仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院tui0tuo0,求uo。ui－++uoRR2icifC90°例仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

利用PN結(jié)的指數(shù)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算6.2.4對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路

一、對(duì)數(shù)電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院其中，IES是發(fā)射結(jié)反向飽和電流，uO是ui的對(duì)數(shù)運(yùn)算。三極管的發(fā)射結(jié)有注意：ui必須大于零，電路的輸出電壓小于0.7伏利用虛短和虛斷，電路有也可利用半導(dǎo)體三極管實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

二、反對(duì)數(shù)（指數(shù)）電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院uO是ui的反對(duì)數(shù)運(yùn)算（指數(shù)運(yùn)算）利用虛短和虛斷，電路有要求以上兩個(gè)電路溫漂很嚴(yán)重，實(shí)際電路都有溫度補(bǔ)償電路用半導(dǎo)體三極管實(shí)現(xiàn)反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院6.3.1濾波電路的基礎(chǔ)知識(shí)6.3.2有源低通濾波器6.3有源濾波電路仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。

濾波器的功能：對(duì)頻率進(jìn)行選擇,過濾掉噪聲和干擾信號(hào)，保留下有用信號(hào)。

濾波器的分類：

低通濾波器（LPF）高通濾波器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF）6.3.1濾波電路的基礎(chǔ)知識(shí)仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院

有源濾波器的頻響

本節(jié)討論由運(yùn)放及RC元件構(gòu)成的濾波器。濾波電路的基礎(chǔ)知識(shí)仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院RCRCC傳遞函數(shù)幅頻特性1.無源情況6.3.2有源低通濾波器仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院010.707

0截止頻率此電路的缺點(diǎn)：1、帶負(fù)載能力差。2、無放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。RCR幅頻特性、幅頻特性曲線仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)