集成运算放大器的应用.ppt

第4章集成运算放大器的应用 4 1比例运算电路4 2集成运算放大器中的负反馈4 3加法运算和积分运算电路4 4测量实用电路4 5有源滤波器4 6电压比较器 4 1比例运算电路 4 1 1反相比例运算电路4 1 2同相比例运算电路4 1 3差动比例运算电路 4 1 1反相比例运算电路 因 由线性区的特点得 而 闭环电压放大倍数 当R1 RF时 uo ui Af 1 该电路称为反相器 图中电阻Rp称为平衡电阻 通常取 4 1 2同相输入比例运算电路 因 由线性区的特点得 闭环电压放大倍数 当RF 0或R1 时 u0 ui 输出电压跟随输入电压 称为电压跟随器 1 4 1 3差动比例运算电路 因 由线性区的特点得 ui1单独作用时为反相输入比例运算电路 输出电压为 ui2单独作用时为同相输入比例运算 输出电压为 叠加法 R1 R2 R3 RF时 R1 R2 R3 RF时 由此可见 输出电压与两个输入电压之差成正比 实现了减法运算 例 求图示电路中uo与ui1 ui2的关系 解 第一级反相器 第二级 加法运算电路级联而成 例 求图示电路中uo与ui1 ui2的关系 将放大电路的输出电压 或电流 的全部 或部分 通过某种电路 称为反馈电路 引回到输入端 引回的反馈电压 或电流 与输入端的输入电压 或电流 进行比较 从而影响放大电路的净输入信号 也叫驱动信号 的大小 这就是放大电路中的反馈 4 2放大电路中的负反馈 4 2 1反馈的概念 有反馈时 放大电路的电压放大倍数称为闭环电压放大倍数 即 反馈信号与输出信号之比称为反馈系数 即 无反馈时 放大电路的电压放大倍数称为开环电压放大倍数 即 反馈类型通常称为反馈组态 交流负反馈放大电路有四种组态 串联电压负反馈 串联电流负反馈 并联电压负反馈 并联电流负反馈 4 2 2反馈的类型 按反馈信号的极性分为 正反馈和负反馈 按输入信号的性质分 直流反馈和交流反馈 按输入端信号的连接方式分为 串联型和并联型 按输出端的取样方式分为 电压型和电流型 按反馈的位置分为 级间反馈和本级反馈 1 正负反馈 如果反馈信号与输入信号作用相反 使净输入信号xd减小 输出xo减小 则为负反馈 如果反馈信号与输入信号作用相同 使净输入信号xd增加 输出xo增加 则为正反馈 ube ui uf 负反馈 负反馈与正反馈的判别 瞬时极性法 晶体管 场效应管 集成运放的瞬时极性如图 设接 地 参考点的电位为零 则电路中某点在某瞬时的电位高于参考点 则该点电位的瞬时极性为正 或瞬时值升高 用 标记 反之为负 或瞬时值降低 用 标记 方法 先假设输入电压信号ui在某一瞬时的极性为正 然后顺着信号的传输方向 逐步推出输出信号和反馈信号的瞬时极性为 或 最后判断反馈信号是增强还是削弱净输入信号 削弱为负反馈 增强为正反馈 假设基极瞬时极性为正 经过反馈元件 反馈到基极的瞬时极性为负 假设基极瞬时极性为正 经过反馈元件 反馈到发射极的瞬时极性为正 这两种情况下 为负反馈 否则为正反馈 分立元件放大电路的正负反馈 假设输入端为正 经过反馈元件 反馈到本输入端的瞬时极性为负或反馈到另外一个输入端的瞬时极性为正 这两种情况下 为负反馈 正反馈还是负反馈 ib ii if 负反馈 2 串联反馈和并联反馈 如果反馈信号与输入信号以电压串联的形式作用于净输入端 反馈信号与输入端信号以电压形式相加减 称为串联反馈 ube ui uf 如果反馈信号与输入信号以电流并联的形式作用于净输入端 反馈信号与输入端信号以电流形式相加减 称为并联反馈 ib ii if 串联负反馈 ib ii if 并联负反馈 并联反馈 串联反馈 同点连接法 若反馈支路与输入端同点连接为并联反馈 若反馈支路与输入端不同点连接为串联反馈 同点连接法 反馈量与输入量连在同一个输入端 为并联反馈 否则为串联 3 电流反馈和电压反馈 如果反馈信号xf取自输出电压uo xf与uo成正比 称为电压反馈 如果反馈信号xf取自输出电流io xf与io成正比 称为电流反馈 同点连接法 反馈量与输出量连在同一个端 为电压反馈 否则为电流反馈 串联电压负反馈 并联电流负反馈 串联电压负反馈 并联电压负反馈 串联电流负反馈 并联电流负反馈 4 2 3负反馈的作用 1 直流负反馈 稳定静态工作点射极偏置式放大电路2 交流负反馈 改善放大特性 1 能够使放大电路的放大倍数稳定性提高 2 电压型负反馈 减小输出电阻 稳定输出电压 3 电流型负反馈 增大输出电阻 稳定输出电流 4 串联型负反馈 提高输入电阻 5 并联型负反馈 减小输入电阻 4 3加法运算和积分运算 4 3 1反相比例求和运算电路 因 由线性区的特点得 可见输出电压与两个输入电压之间是一种反相输入加法运算关系 这一运算关系可推广到有更多个信号输入的情况 当R1 R2 RF时 而 由图可得 则 4 3 2积分运算电路 输出电压与输入电压对时间的积分成正比 应用举例 输入方波 输出是 4 4测量实用电路 4 4 1可调电压源 稳压管的稳定电压作为反向输入端的固定电压 则 改变R1和RF 可以调节输出电压的大小 故为连续可调的恒压源 4 4 2直流电压测量电路 为测量电路的电压和电流 一般要求电压表内阻要大 电流表内阻要小 实际很难满足要求 高精度直流电压表电路如图 实际上是电压 电流转换器 由集成运放的特点得 表明电流表的电流与表头内阻无关 只与ui和R1有关 电流表指针偏转的角度 便可指示出待测电压的大小 4 4 3直流电流测量电路 高精度直流电流表电路如图 实际上是电流 电流转换器 由集成运放的特点得 该式表明电流表的电流i与表头内阻无关 只与待测电流ii有关 滤波器 是一种能使有用频率信号通过 而使无用频率信号受到抑制或大为衰减的电路 即选出所需要的频率范围内的信号 使其顺利通过 而对于频率超出此范围的信号 使其不易通过 4 5有源滤波器 4 5 1滤波器的功能和分类1 按滤波器所含元器件的不同无源滤波器 仅R C构成的滤波器 有源滤波器 由R C和放大电路构成的滤波器 2 按允许通过的信号的频率范围的不同 低通滤波器 允许低频信号通过 将高频信号衰减 高通滤波器 允许高频信号通过 将低频信号衰减 带通滤波器 允许某一个通频带范围内的信号通过 将之外的信号衰减 带阻滤波器 与带通滤波器相反 带通滤波器的功能是允许某一个频率范围的信号通过 而在此范围之外的信号不能通过 图中f1为下限频率 f2为上限频率 低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 4 5 2低通滤波器 LPF 1 电压放大倍数 幅频特性 相频特性 2 幅频特性 该电路可使低频信号通过而抑制高频信号通过 在实际应用中 输出电压不能下降太多 通常规定电压下降到输入电压的0 707为最低限 此时 0 称为截止角频率 3 相频特性 4 5 3高通滤波器 HPF 1 电压放大倍数 幅频特性 相频特性 2 幅频特性 该电路可使高频信号通过而抑制低频信号通过 3 相频特性 4 6电压比较器 电压比较器是波形的产生与变换电路 其基本功能是对两个输入电压的大小进行比较 在输出端显示出比较的结果 常用作模 数字电路的接口电路转换 越限报警以及各种非正弦波的产生和变换等场合 ud 0 即u u uo UOMud 0 即u u uo UOM 1 简单比较器 1 同相输入 UR 门限电压或基准电压 当u u 即ui UR 当u u 即ui UR uo UOM uo UOM 当u u 即ui UR uO UOM 当u UR uO UOM 2 反相输入 UR 0时 输入电压ui与零电位比较 称为过零比较器 过零比较器 电压比较器 过零比较器的输入为正弦波 则输出端为 ui 0 uo UOM ui 0 uo UOM ui UR时 uO UOM 2 稳压管限幅电路 设稳压管的稳定电压为UZ 忽略正向导通电压 则 ui UR时 稳压管反向稳压 uO UZ时 稳压管正向导通 uO 0 ui UR时 uO UOM 管1导通 管2稳压 uo UZ ui UR时 uO UOM 管2导通 管1稳压 uo UZ 设稳压管的稳定电压为UZ 忽略正向导通电压 则 例如图监控报警装置 如需对某一参数 如温度 压力等 进行监控时 可由传感器取得监控信号ui UR是参考电压 当ui超过正常值时 报警灯亮 试说明电路的工作原理 VD截止 晶体管导通 报警指示灯亮 说明监控信号ui已超过正常值 教学要求 1 理解运算放大器的电压传输特性 掌握理想运算放大器在线性和非线性应用时的分析方法 2 掌握集成运算放大器的反相 同相和差动3种基本输入方式及其电路的特点和分析 3 掌握集成运算放大器的加法和积分运算电路分析 4 能分析由基本运算电路组合而成的其他运算电路 5 了解有源滤波器的工作原理 6 理解电压比较器的工作原理和应用 7 理解反馈的概念及负反馈类型的判断 了解负反馈对放大电路性能的影响 本章考点 1 集成运算放大器线性应用和非线性应用的基本条件和分析依据 2 应用 虚断 和 虚短 分析各种线性运算放大电路 3 电压比较电路的分析计算 4 负反馈极性与类型的判断 5 负反馈对放大电路性能的影响