集成运放在信号的运算与处理上的应用.ppt

重点 第九章集成运放在信号的运算与处理上的应用 1 比例运算电路 3 积分与微分电路 2 求和电路 目录 9 5模拟乘法器 9 4对数与反对数电路 9 3积分与微分电路 9 1比例运算电路 9 2求和电路 9 6电压比较器 线性放大区 9 1比例运算电路 集成运放有线性区 放大区 和非线性区 饱和区 两部分 确定运放工作区的方法 判断电路中有无负反馈 若有负反馈 则运放工作在线性区 若无负反馈 或有正反馈 则运放工作在非线性区 集成运放电压传输特性 1 理想运放在线性工作区 引入负反馈 理想运放工作在线性区特点 a 理想运放的差模输入电压等于零 b 理想运放的输入电流等于零 由于Rid 两个输入端均没有电流 即 虚断路 信号的放大 运算电路 有源滤波电路 运放线性应用 2 理想运放在非线性工作区 开环或引入正反馈 理想运放工作在非线性区特点 当uP uN时 uO UOM当uP uN时 uO UOM a uO的值只有两种可能 b 理想运放的输入电流等于零 虚断 依然存在 实际运放Aod 当uP与uN差值比较小时 仍有Aod uP uN 运放工作在线性区 但线性区范围很小 电压比较器 波形发生电路 运放的非线性应用 比例运算电路 作用 将信号按比例放大 类型 同相比例放大和反相比例放大 方法 引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈 这样输出电压与运放的开环放大倍数无关 与输入电压和反馈系数有关 i1 i2 1 放大倍数 虚短路虚地 虚开路 1 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 电压并联负反馈 2 电路的输入电阻 Ri R1 RP R1 Rf 为保证一定的输入电阻 当放大倍数大时 需增大Rf 而大电阻的精度差 因此 在放大倍数较大时 该电路结构不再适用 例 T型反馈反相比例运算电路求Au i1 i2 虚短路虚地 虚开路 该放大电路 在放大倍数较大时 可避免使用大电阻 但R3的存在 削弱了负反馈 2 同相比例运算电路 结构特点 负反馈引到反相输入端 信号从同相端输入 电压串联负反馈 虚短路 虚断路 此电路是电压并联负反馈 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 特例 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 若同相比例运算电路中Rf 0或R1 则Auf 1 Uo Ui 解出 3 差动输入比例运算电路 虚短路 虚断路 差动放大器放大了两个信号的差 三种比例运算电路特点不同 见P229表 作用 将若干个输入信号之和或之差按比例放大 类型 同相求和和反相求和 方法 引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈 这样输出电压与运放的开环放大倍数无关 与输入电压和反馈系数有关 1 反相求和运算电路 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 平衡电阻 9 2求和运算电路 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 2 同相求和运算电路 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 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 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 虚开路 2 虚短路 3 节点电压法求uP 虚短路 虚开路 虚开路 3 差动求和电路 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 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 优点 元件少 成本低 缺点 要求R1 R2 Rf R3 R4 R6 阻值的调整计算不方便 单运放的加减运算电路 改进 采用双运放电路 4 双运放的加减运算电路 5 三运放电路 虚短路 虚开路 三运放电路是差动放大电路 放大倍数可变 由于输入均在同相端 此电路的输入电阻高 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高 3 同相输入的共模电压高 反相输入的共模电压小 比例运算电路与加减运算电路小结 输入方波 输出是三角波 1 积分运算电路 9 3积分与微分运算电路 思考 如果输入是正弦波 输出波形怎样 请自己计算 运放实验中请自己验证 uN uP 0 2 微分运算电路 非线性应用 是指由运放组成的电路处于非线性状态 输出与输入的关系uo f ui 是非线性函数 由运放组成的非线性电路有以下三种情况 1 电路中的运放处于非线性状态 比如 运放开环应用或有正反馈 9 6电压比较器 2 另一种情况 电路中的运放处于非线性状态 外围电路也有非线性元件 二极管 三极管 3 电路中的运放处于线性状态 但外围电路有非线性元件 二极管 三极管 稳压管等 ui 0时 ui 0时 由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同 所以分析电路前 首先确定运放是否工作在线性区 确定运放工作区的方法 判断电路中有无负反馈 若有负反馈 则运放工作在线性区 若无负反馈 或有正反馈 则运放工作在非线性区 处于非线性状态运放的特点 1 虚短路不成立 2 输入电阻仍可以认为很大 3 输出电阻仍可以认为是0 一 过零比较器 UR 0时 例 利用电压比较器将正弦波变为方波 过零比较器电路改进 用稳压管稳定输出电压 特点 运放处于开环状态 当ui UR时 uo Uom当ui UR时 uo Uom 1 若ui从同相端输入 二 单门限比较器 当uiUR时 uo Uom 2 若ui从反相端输入 1 下行滞回比较器 分析 1 因为有正反馈 所以输出饱和 2 当uo正饱和时 uo UOM UP 3 当uo负饱和时 uo UOM 单限比较器结构简单 但抗干扰能力差 1 没加参考电压的下行滞回比较器 三 滞回比较器 分别称UH和UL上下门限电压 称 UH UL 为回差 当ui增加到UH时 输出由Uom跳变到 Uom 当ui减小到UL时 输出由 Uom跳变到Uom 传输特性 小于回差的干扰不会引起跳转 跳转时 正反馈加速跳转 2 加上参考电压后的下行滞回比较器 加上参考电压后的上下限 下行滞回比较器两种电路传输特性的比较 uP 0时翻转 可以求出上下门限电压 2 上行滞回比较器 当uP uN 0时 uo UOM当uP uN 0时 uo UOM 1 没加参考电压的上行滞回比较器 上下门限电压 上下门限电压 当uo UOM时 当uo UOM时 2 加上参考电压后的上行滞回比较器 上行滞回比较器两种电路传输特性的比较 滞回比较器电路改进 为了稳定输出电压 可以在输出端加上双向稳压管 思考题 如何计算上下门限电压 四 窗口比较器 可以检测两个电平