《集成运放的应用》PPT课件.ppt

第八章 集成运放的应用,8.1 集成运放在数学运算中的应用,8.2 有源滤波器电路,8.3 电压比较器,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,8.1集成运放在数学运算中的应用,由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。,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分析。,运放工作在线性区的特点,分析运放组成的线性电路的出发点:,虚短 虚断 放大倍数与负载无关， 可以分开分析。,i1= i2,1. 放大倍数,虚短,虚断,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。,虚断,2. 电路的输入电阻,RP =R1 / R2,uo,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！,反相比例电路的特点：,1. 共模输入电压为0。,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。,4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。,同相比例运算电路,u-= u+= ui,反馈方式：电压串联负反馈。,虚短,虚断,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。,虚断,同相比例电路的特点：,3. 共模输入电压为ui。,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。,此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。,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。,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。,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,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。,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（虚断）,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. 虚断：流入同相端的电流为0。 2. 节点电位法求u+。,例：求Au =?,i1= i2,虚短,虚断,虚断,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。,虚短,虚断,虚断,解出：,单运放的加减运算电路的特例：差动放大器,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。,(2) 求各电阻值。,uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3,1. 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大。,3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压低。,比例运算电路与加减运算电路小结,微分运算电路与积分运算电路,u= u+= 0,微分运算,输入方波，输出是三角波。,积分运算,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。,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，不作为详细讲授内容。,积分电路的主要用途：,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。,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 “虚断(ii=0)”和“虚短 (u+=u) ”分析给定运算电路的 放大倍数。,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,8.2 有源滤波器,传递函数：,幅频特性,相频特性,传递函数的定义,低通,高通,带通,带阻,四种典型的频率特性,无源滤波器的缺点（以一阶滤波器为例）,传递函数：,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：,将两级一阶低通滤波器串接,？,各级互相影响！,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。,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。,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。,幅频特性：,相频特性：,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,解出：,其中：,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。,R1= 时：AF=1, =o时：,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,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。,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。,一阶有源高通滤波器,幅频特性：,UR,UR为参考电压,当ui UR时 , uo = +Uom 当ui UR时 , uo = -Uom,特点:运放处于 开环状态,8.3 电压比较器,单门限比较器,UR,当ui UR时 , uo = -Uom,若ui从反相端输入,过零比较器: 当UR =0时,例：利用电压比较器将正弦波变为方波。,用稳压管稳定输出电压,电压比较器的另一种形式： 将双向稳压管接在负反馈回路上,R =R,迟滞比较器,特点:电路中使用正反馈, 运放处于非线性状态,1、因为有正反馈，所以输出饱和。,2、当uo正饱和时(uo = +UOM) ：,3、当uo负饱和时(uo = -UOM) ：,设ui , 当ui = U+L, uo从-UOM +UOM,这时, uo =-UOM , U+= U+L,设初始值: uo =+UOM , U+= U+H 设ui , 当ui = U+H , uo从+UOM -UOM,传输特性,U+H上门限电压 U+L下门限电压 U+H - U+L称为回差,例:设输入为正弦波, 画出输出的波形。,加上参考电压后的迟滞比较器：,上下限：,例：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。,上下限：,=10V,=2V,迟滞比较器两种电路传输特性的比较:,2.迟滞比较器(上行),u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。,当u+ u- =0 时, uo= +UOM 当u+ u- =0时, uo= -UOM,当uo= -UOM,当uo= +UOM,ui=,ui=,传输特性曲线,迟滞比较器(上行)(续),上下门限电压,加上参考电压后的迟滞比较器(上行) ：,上下门限电压,加上参考电压后的迟滞比较器(上行)传输特性：,窗口比较器,VREF1 VREF2,uO,uI,UREF2,UREF1,UOH,