集成运放的线性应用

第第12 12章章 信号的运算和处理信号的运算和处理运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型通常：通常：开环电压增益开环电压增益 Avo的的105（很高）（很高）输入电阻输入电阻 ri 106（很大）（很大）输出电阻输出电阻 ro 100（很小）（很小）vOAvo(vPvN)运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型当当Avo(vPvN)V 时时 vO V 当当Avo(vPvN)V-时时 vO V-电压传输特性电压传输特性 vO f(vPvN)线性范围内线性范围内 vOAvo(vPvN)Avo斜率斜率集成运放的线性工作区集成运放的线性工作区根据虚短和虚断的概念有根据虚短和虚断的概念有 vn vp 0，ii0所以所以 i1i2 12ioRRA vvv2on1niRRvvvv 即即（可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用）u反相放大电路反相放大电路基本运算电路基本运算电路u同相放大电路同相放大电路根据虚短和虚断的概念有根据虚短和虚断的概念有 vpvn，ip-in0o211npivvvv RRR所以所以12121io1RRRRRA vvv（可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用）基本运算电路基本运算电路电压跟随器电压跟随器根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有vovn vp vi1io vvvA（可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用）基本运算电路基本运算电路求和电路求和电路11-invvR-nofvvR 根据根据虚短虚短、虚断虚断和和n n点点的的KCLKCL得：得：123123-fffoiiiRRRvvvvRRR123fRRRR若若0pn vv2323-ininvvvvRR则有则有123-oiiivvvv（该电路也称为加法电路）（该电路也称为加法电路）求差电路求差电路 从结构上看，它是反相从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放输入和同相输入相结合的放大电路。大电路。1 innofvvvvRR20ippfvvvRR21()foiiRvvvR若继续有若继续有,fRR则则i1i2ovvv 根据根据虚短虚短、虚断虚断和和n n、p p点的点的KCLKCL得：得：pnvv 仪用放大器仪用放大器12121432RvvRRvv3434vvRRvo求差电路求差电路同相放大同相放大同相放大同相放大根据虚短、虚断：根据虚短、虚断：111vvvpn222vvvpn21RRii积分电路积分电路式中，负号表示式中，负号表示vo与与vi在相位上是相反的。在相位上是相反的。根据根据“虚短虚短”，得得根据根据“虚断虚断”，得得0npvv0ii 因此因此iRcviiR电容器被充电，其充电电流为电容器被充电，其充电电流为ci设电容器设电容器C的初始电压为零，则的初始电压为零，则11ioccvvvi dtdtCCR 1oivv dtRC（积分运算）（积分运算）积分电路积分电路若求解某一段时间内的积分值，则应若求解某一段时间内的积分值，则应考虑考虑vo的初时值，即的初时值，即21011()toitvvdtv tRC 若输入电压是常数，则若输入电压是常数，则2111()()oIovV ttv tRC 根据根据“虚短虚短”，得得根据根据“虚断虚断”，得得0npvvcRii因此因此,iocRdvviCidtR 所以所以iodvvCdtR cRiiiodvvRCdt 微分电路微分电路 实用微分电路实用微分电路 在输入回路中串联一个小电在输入回路中串联一个小电阻阻R1,限制高频噪声；限制高频噪声；DZ用来限制用来限制输出电压幅度，以防止运放饱和；输出电压幅度，以防止运放饱和；C1起相位补偿作用，提高电路的起相位补偿作用，提高电路的稳定性。稳定性。其中，其中，IES 是发射结反向饱和电流，是发射结反向饱和电流，vO是是vS的对数运算。的对数运算。对数运算电路对数运算电路BEtCEES(e1)vViiIBJT的发射结有的发射结有注意：注意：vS必须大于零，电路的输出电压小于必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏伏利用虚断和虚短，电路有利用虚断和虚短，电路有BEtESevVIICEviiiR OtStESlnlnvVvVRI lnEBEtESivVIOBElnlnsEttESESviRvvVVII vO是是vS的反对数运算（指数运算）的反对数运算（指数运算）指数运算电路指数运算电路IBEvv利用虚短和虚断，电路有利用虚短和虚断，电路有StOESevVvRI RivFO BEtFEESevViiI以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路滤波器的基本概念滤波器的基本概念)()()(iosVsVsA 滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无 用频率信号的电子装置。用频率信号的电子装置。无源滤波器：由无源器件（无源滤波器：由无源器件（R、L、C等）构成的滤波器。等）构成的滤波器。)(Itv)(Otv滤波电路滤波电路滤波电路传递函数定义滤波电路传递函数定义时，有时，有 j s)(je)j()j(AA)()j(A其中其中)j(A)(模，幅频响应模，幅频响应 相位角，相频响应相位角，相频响应有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。滤波器滤波器分类分类低通（低通（LPF）希望抑制希望抑制50Hz的干扰的干扰信号，应选用哪种类型的信号，应选用哪种类型的滤波电路？滤波电路？高通（高通（HPF）带通（带通（BPF）带阻（带阻（BEF）放大音频信号，应选放大音频信号，应选用哪种类型的滤波电路？用哪种类型的滤波电路？根据放大倍数幅度随频率的根据放大倍数幅度随频率的变化可分为变化可分为:实际滤波器的幅频响应实际滤波器的幅频响应1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jul-2003Sheet of File:E:longT_MDT_MD91302.schDrawn By:(a)(b)1o2f3f2A11A3|40|/2000/4020000.1|/|0.3A3A/f2fo1(a)(a)低通滤波器低通滤波器 (b)(b)带通滤波器带通滤波器11切比雪夫滤波器；切比雪夫滤波器；22巴特沃斯滤波器；巴特沃斯滤波器；33贝塞尔滤波器贝塞尔滤波器 由图可见，切比雪夫滤波器的幅频特性曲线边沿下降陡由图可见，切比雪夫滤波器的幅频特性曲线边沿下降陡峭，但顶部不平；贝塞尔滤波器的顶部少起伏但边沿下降缓峭，但顶部不平；贝塞尔滤波器的顶部少起伏但边沿下降缓慢；巴特沃斯滤波器特性介于二者之间。慢；巴特沃斯滤波器特性介于二者之间。一阶和高阶滤波电路一阶和高阶滤波电路 一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频十倍频程），与理想情况相差较远。一般需用高阶滤波电路。程），与理想情况相差较远。一般需用高阶滤波电路。