16章集成運算放大器第1、2節(jié)、3濾波器

1、,,§16.1 集成運算放大器的簡單介紹,§ 16.2 運算放大器在信號運算方面的應用,§16.3 運算放大器在信號處理方面的應用,§16.4 運算放大器在波形產生方面的應用,目 錄,第16章 集成運算放大器,集成運算放大器：是一種高放大倍數、高輸入 電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路,,輸出級主要提高帶負載能力，給出足夠的輸出電流io ，輸出阻抗 ro小。,中間級應有足夠大的電壓放大倍數

2、,盡量減小零點漂移,盡量提高KCMRR , 輸入阻抗 ri盡可能大,§16.1 集成運算放大器的簡單介紹,輸出級主要提高帶負載能力，給出足夠的輸出電流io ，輸出阻抗 ro小。,中間級應有足夠大的電壓放大倍數,,輸出級主要提高帶負載能力，給出足夠的輸出電流io ，輸出阻抗 ro小。,F007（5G24）外引線圖,接 線 圖,頂 視 圖,運放的特點和符號,,運算放大器的傳輸特性,,線性區(qū)很窄,所以運放在線性區(qū)工作,

3、通常引入深度電壓負反饋,§16.2 運算放大器在信號運算方面的應用,(1) 反相比例運算放大器,虛地點,,i1=iF+ ib-=iF , ib- =0,ib+ =0,u+ =0,u－=u+=0,平衡電阻(使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等):RP=R1//RF,F,例題1. R1=10k? , RF=20k? , ui =-1V。求:uo ，RP應為多大？,Au=-（RF/R1）=-20/10=-2uo= Au ui=(-2)(-

4、1)=2VRP=R1//RF=10//20=6.7 k?,反相比例運算放大器輸入電阻及反饋方式：,反饋電阻,,(2) 同相比例運算放大器,u-= u+= ui,ib+ =0,ib- =0,iF=if,RP=Rf//RF,例題2. Rf=10k? , RF=20k? , ui =-1V。求:uo ，RP應為多大？,uo= Au ui=(3)(-1)=-3VRP=Rf//RF =10//20=6.7 k?,電壓串聯負反饋,同相比例運算放

5、大器輸入電阻及反饋方式：,輸入電阻(高),,當RF=0時,,Au=1,uo=ui,(3) 電壓跟隨器,,此電路是電壓并聯負反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。,,,(4) 差動放大器,ib+ =0,ib- =0,u- = u+,,,,,,,以上電路的比較歸納：,1.它們都引入電壓負反饋，因此輸出電阻都比較小。2.關于輸入電阻 反相輸入的輸入電阻小， 同相輸入的輸入電

6、阻高。3.以上放大器均可級聯,級聯時放大倍數分別獨立計算。,例題3. R1=10k? , R2=20k? , ui 1=-1V， ui 2=1V 。求:uo,例題3. 若ui1=sin? t V， ui 2=1V ，求:uo,uo1= ui1= sin? t V,uo2= ui2(1+R2/R1)=3V,,,,,,(5) 反相求和算：,虛地,若R1 =R2 =R,,取RP= R1// R2//RF,,i1 + i2= iF,,(6)

7、同相求和運算：,取R1//R2=RF//Rf,(7) 微分運算：,u-= u+= 0,,ib- =0,,,(8) 反相積分運算,uc = -uo,u-= u+= 0,反相積分器：如果u i=直流電壓U,輸出將反相積分，經過一定的時間后輸出飽和。,,,,積分時限,設Uom=15V,U=+3V, R=10k? ,C=1?F,=0.05秒,反相積分器：如果ui =-U=-3V，畫出uo的波形圖。,設Uom=15V,U=3V,

8、 R=10k? ,C=1?F,應用舉例：輸入方波，輸出是三角波。,運算電路要求,1.熟記前8種基本運算電路的電路圖及放大倍數公式。2. 以上基本運算電路級聯后輸出的計算。3. 會用 ib- =0, ib+ =0, u+ = u- 分析給定運算電路的 放大倍數。,§16.3 運算放大器在信號處 理方面的應用,濾波電路的種類:,,,低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器,16.3.

9、1、 概述,,,傳遞函數：,,幅頻特性,,相頻特性,傳遞函數、幅頻特性,濾波器分類(按頻率特性進行分類)：,,,,,低通,高通,帶通,帶阻,一階RC低通濾波器(無源),,,幅頻特性、幅頻特性曲線,通頻帶寬度(帶寬),帶寬:0 - ?0,設R=10k?,C為下列各值時的帶寬:,C fo1?F 16Hz0.047 ?F 340Hz0.01 ?F

10、 1600Hz,,,16.3.2 有源濾波器,1.一階有源低通濾波器,傳遞函數中出現? 的一次項,故稱為一階濾波器,相頻特性：,幅頻特性及幅頻特性曲線,電路特點:,2. 一階有源高通濾波器,幅頻特性及幅頻特性曲線,3.二階有源低通濾波器,,，AF=1+RF/R1,傳遞函數中出現? 的二次項,故稱為二階濾波器,，,,,,,,,幅頻特性曲線,R1=? 時：AF=1,時：,一階低通和二階低通幅頻特性曲線的區(qū)別,階數越高，幅頻特性曲線越

11、接近理想濾波器,16.4.3電壓比較器,16.4.4 遲滯比較器,16.4.1 信號發(fā)生器 16.4.2方波發(fā)生器,§16.4 運放在波形產生方面的應用,§16.5 運算放大器在波形產生方面的應用,即非線性應用，是指：由運放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關系uo=f(ui)是非線性函數。,16.4.1 限幅器,1.雙向穩(wěn)壓管接于輸出端,R限流電阻一般取100 ?,特點：電路中的運放處于線性

12、放大狀態(tài)，但外圍電路有非線性元件（二極管、穩(wěn)壓二極管）。,DZ雙向穩(wěn)壓管,UZ穩(wěn)壓值, UF正向壓降,傳輸特性,2.雙向穩(wěn)壓管接于負反饋回路上,16.4.2 電壓比較器,UR,UR為參考電壓,當ui > UR時 , uo = +Uom當ui < UR時 , uo = -Uom,特點:運放處于 開環(huán)狀態(tài),UR,當ui UR時 , uo = -Uom,若ui從反相端輸入,電壓比較器(續(xù)),過零比較器: 當

13、UR =0時,電壓比較器(續(xù)),例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ā?用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓,忽略了UF,電壓比較器的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負反饋回路上,R ´=R,,16.4.3 遲滯比較器,1.遲滯比較器(下行),特點:電路中使用正反饋, 運放處于非線性狀態(tài),1、因為有正反饋，所以輸出飽和。,2、當uo正飽和時(uo =+UOM) ：,3、當uo負飽和時(uo =-UOM) ：,遲滯比較器(下行)(續(xù)),設ui ?

14、, 當ui = < U+L, uo從-UOM ? +UOM,這時, uo =-UOM , U+= U+L,設初始值: uo =+UOM , U+= U+H 設ui ?, 當ui = > U+H , uo從+UOM ? -UOM,傳輸特性,U+H上門限電壓U+L下門限電壓U+H - U+L稱為回差,,,,,,,,例:設輸入為正弦波, 畫出輸出的波形。,加上參考電壓后的遲滯比較器(下行)

15、：,上下限：,例題：R1=10k?，R2=20k ? ，UOM=12V， UR=9V當輸入ui為如圖所示的波形時，畫 出輸出uo的波形。,上下限：,=10V,=2V,遲滯比較器(下行)兩種電路傳輸特性的比較:,2.遲滯比較器(上行),u+=0 時翻轉，可以求出上下門限電壓。,當u+> u- =0 時, uo= +UOM當u+< u- =0時, uo= -UOM,當uo= -UOM,當uo= +UOM,ui=,ui=,傳輸

16、特性曲線,遲滯比較器(上行)(續(xù)),上下門限電壓,加上參考電壓后的遲滯比較器(上行) ：,上下門限電壓,加上參考電壓后的遲滯比較器(上行)傳輸特性：,1.電路結構,16.4.4方波發(fā)生器,下行的遲滯比較器，輸出經積分電路再輸入到此比較器的輸入端。,上下限:,2.工作原理：,(1) 設 uo = + UOM ,,此時，輸出給C 充電, uc ?,則：u+=U+H,,,一旦 uc > U+H , 就有 u- > u+ ,,在

17、 uc < U+H 時，,u- < u+ ,,uo 立即由＋UOM 變成－UOM,, 設uC初始值uC(0+)= 0,方波發(fā)生器,uo保持+UOM不變,此時，C 經輸出端放電,再反向充電,(2) 當uo = -UOM 時，,u+=U+L,uc達到U+L時，uo上翻,,當uo 重新回到＋UOM 以后，電路又進入另一個周期性的變化。,,,,,,,,,,,,,,,,周期與頻率的計算：,,f = 1/T,此期間是分析問

18、題時的假設,實際上用示波器觀察波形時看不到這段波形.,周期與頻率的計算：,,,T= T1 + T2 =2 T2， 因正反向充電條件一樣T1 = T2。,T2階段uc(t)的過渡過程方程為:,UC (?)=+UOM,周期與頻率的計算：,,思考題：點 b 是電位器 RW 的中點，點 a 和點 c 是 b 的上方和下方的某點 。試定性畫出點電位器可動端分別處于 a、b、c 三點時的 uo - uc 相對應的波形圖。,設Rwa> Rwc,