【教学课件】第10章集成运算放大器.ppt

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1、第第1010章章 集成运算放大器集成运算放大器集成电路集成电路本章内容本章内容10.1 10.1 集成运算放大器集成运算放大器概述概述10.2 10.2 反馈的基本概念反馈的基本概念10.4 10.4 基本基本运算运算电路电路10.6 10.6 RCRC正弦波振荡器正弦波振荡器10.5 10.5 电压比较器电压比较器10.3 10.3 理想理想运算放大器运算放大器10.7 10.7 有源滤波器有源滤波器本章本章要求要求1.了解集成运放的基本组成及主要参数。了解集成运放的基本组成及主要参数。2.了解掌握运算放大器的电压传输特性和基了解掌握运算放大器的电压传输特性和基 本分析方法。本分析方法。3.

2、掌握用集成运放组成的比例、加减、微分掌握用集成运放组成的比例、加减、微分 和积分运算电路的工作原理。和积分运算电路的工作原理。4.4.了解有源滤波器的工作原理。了解有源滤波器的工作原理。5.理解电压比较器的工作原理和应用。理解电压比较器的工作原理和应用。10.110.1 集成运算放大器的集成运算放大器的概述概述 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。它是发展最早、的多级直接耦合放大电路。它是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。应用最广泛的一种模拟集成电路。运放的应用领域：运放的应用领域：信号处理、信号测量信号处理、信号测量 、波、波

3、 形转换、自动控制等。形转换、自动控制等。运放的模拟计算：运放的模拟计算：信号的加、减、乘、除、积信号的加、减、乘、除、积 分、微分、对数等运算。分、微分、对数等运算。10.110.1 集成运算放大器的集成运算放大器的概述概述一、运算放大器的组成一、运算放大器的组成输入级：输入级：都采用带恒流源的差分放大电路，输入电都采用带恒流源的差分放大电路，输入电 阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号。阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号。输入级输入级 中间级中间级输出级输出级输入端输入端输出端输出端中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路。共

4、发射极放大电路。输出级：输出级：要求输出电阻低，带负载能力强，一般由要求输出电阻低，带负载能力强，一般由 互补对称电路或射极输出器构成。互补对称电路或射极输出器构成。1 1 1 1、电路组成：、电路组成：、电路组成：、电路组成：uo+u+u10.110.1 集成运算放大器的集成运算放大器的概述概述2 2 2 2、运放的电路符号：、运放的电路符号：、运放的电路符号：、运放的电路符号：+UCCUEEuo+u+u uo+u+u 一、运算放大器的组成一、运算放大器的组成反相输入端反相输入端反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端输出端输出端10.110.1 集成运算放大

5、器的集成运算放大器的概述概述二、集成运算放大器的特点二、集成运算放大器的特点1、Auo 高高:8080dBdB140dB140dB2、rid 高高:10:105 510101111 3、ro 低低:几十几十 几百几百 4、KCMR高高:7070dBdB 130dB130dB电压放大倍数高、输入电阻大、输出电阻小、电压放大倍数高、输入电阻大、输出电阻小、电压放大倍数高、输入电阻大、输出电阻小、电压放大倍数高、输入电阻大、输出电阻小、零点漂移小，抗干扰能力强，可靠性高、体积零点漂移小，抗干扰能力强，可靠性高、体积零点漂移小，抗干扰能力强，可靠性高、体积零点漂移小，抗干扰能力强，可靠性高、体积小，低

6、成本、能耗小等。小，低成本、能耗小等。小，低成本、能耗小等。小，低成本、能耗小等。10.110.1 集成运算放大器的集成运算放大器的概述概述三、主要参数三、主要参数1.最大输出电压最大输出电压 UOPP 使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2.开环差模电压增益开环差模电压增益 Auo 未接反馈电路时的差模电压放大倍数。未接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈高，愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。6.共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM 运放能承受的最大共模输入电压。超出此值，运运放能承受

7、的最大共模输入电压。超出此值，运 放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。愈小愈好愈小愈好愈小愈好愈小愈好3.输入失调电压输入失调电压 UIO4.输入失调电流输入失调电流 IIO5.输入偏置电流输入偏置电流 IIB10.110.1 集成运算放大器的集成运算放大器的概述概述四、运算放大器电压传输特性四、运算放大器电压传输特性电压传输特性电压传输特性 uo=f(ui)+UOMUOM线性区线性区饱和区饱和区 u+u uo Ouo=Auoui=Auo(u+u)1、线性区：、线性区：uo=Auo(u+u)2、非线性区、非线性区饱和区：饱和区：u+-u X 时，时，

8、uo=+UOM u+-u 1，称为，称为深度负反馈深度负反馈，此时：，此时：在深度负反馈的情况下，闭环放在深度负反馈的情况下，闭环放在深度负反馈的情况下，闭环放在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。大倍数仅与反馈电路的参数有关。大倍数仅与反馈电路的参数有关。大倍数仅与反馈电路的参数有关。例例：|A|=300，|F|=0.01。10.210.2 反馈的基本概念反馈的基本概念三、负反馈对放大电路性能的改善三、负反馈对放大电路性能的改善1.1.1.1.提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性2.2.改善波形失真改善波形失真改善波形失真改善波

9、形失真Auiuf加反馈后加反馈后加反馈后加反馈后uo大大略小略小略大略大略小略小略大略大 负反馈负反馈负反馈负反馈是利用是利用是利用是利用失真的波形来改善波形的失真，失真的波形来改善波形的失真，失真的波形来改善波形的失真，失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。因此只能减小失真，而不能完全消除失真。因此只能减小失真，而不能完全消除失真。因此只能减小失真，而不能完全消除失真。uo AF小小接近正弦波接近正弦波正弦波正弦波10.210.2 反馈的基本概念反馈的基本概念三、负反馈对放大电路性能的改善三、负反馈对放大电路性能的改善uiud3.3.3.3.展宽通频带展宽通频带展

10、宽通频带展宽通频带引入负反馈使电路的通频带宽度增加引入负反馈使电路的通频带宽度增加引入负反馈使电路的通频带宽度增加引入负反馈使电路的通频带宽度增加无负反馈无负反馈有负反馈有负反馈BWBWf fBWBWf|Au|O O10.210.2 反馈的基本概念反馈的基本概念三、负反馈对放大电路性能的改善三、负反馈对放大电路性能的改善uiubeib+4.4.对输入电阻的影响对输入电阻的影响对输入电阻的影响对输入电阻的影响在同样的在同样的 ib下下，ui=ube+uf ube，所以所以 rif 提高。提高。串联负反馈串联负反馈串联负反馈串联负反馈无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：uf+使电路的输

11、入电阻提高使电路的输入电阻提高使电路的输入电阻提高使电路的输入电阻提高10.210.2 反馈的基本概念反馈的基本概念三、负反馈对放大电路性能的改善三、负反馈对放大电路性能的改善if无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：在同样的在同样的在同样的在同样的u ubebe下，下，下，下，i ii i =i ib b+i if f i ib b，所以所以所以所以 rif 降低。降低。降低。降低。并联负反馈并联负反馈并联负反馈并联负反馈使电路的输入电阻降低使电路的输入电阻降低使电路的输入电阻降低使电路的输入电阻降低iiibube+4.4.对输入电阻的影响对输入电阻的影响对输入电阻的影响对输入电阻

12、的影响10.210.2 反馈的基本概念反馈的基本概念三、负反馈对放大电路性能的改善三、负反馈对放大电路性能的改善 电压负反馈具有稳定输出电压的作用，电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。即有恒压输出特性，故输出电阻降低。电流负反馈具有稳定输出电流的作用，电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。即有恒流输出特性，故输出电阻提高。电压负反馈使电路的输出电阻降低电压负反馈使电路的输出电阻降低电压负反馈使电路的输出电阻降低电压负反馈使电路的输出电阻降低电流负反馈使电路的输出电阻提高电流负反馈使电路的输出电阻提高电流负反馈使电路的输出电阻提高电流

13、负反馈使电路的输出电阻提高5.5.5.5.对输出电阻的影响对输出电阻的影响对输出电阻的影响对输出电阻的影响10.210.2 反馈的基本概念反馈的基本概念三、负反馈对放大电路性能的改善三、负反馈对放大电路性能的改善10.310.3 理想运算放大器理想运算放大器一、理想运算放大器的条件一、理想运算放大器的条件1 1、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数 Auo +UCCUEEuo+u+u 2 2、开环输入电阻、开环输入电阻、开环输入电阻、开环输入电阻 ri 3 3、开环输出电阻、开环输出电阻、开环输出电阻、开环输出电阻 ro 04 4、共模抑制比、共模抑制比、共模

14、抑制比、共模抑制比 KCMR 10.310.3 理想运算放大器理想运算放大器二、理想运算放大器的特性二、理想运算放大器的特性1.1.工作在饱和区的特点工作在饱和区的特点工作在饱和区的特点工作在饱和区的特点u+u 时，时，uo=+UOM u+0 ui=Ui 0 采用运放组成的积分电路采用运放组成的积分电路,由于充电电流基本恒定由于充电电流基本恒定,故故 uo 是时间是时间 t 的一次函数的一次函数,从而提高了它的线性度。从而提高了它的线性度。输出电压随时输出电压随时间线性变化间线性变化U Ui i U Ui i四四、积分运算电路积分运算电路10.410.4 基本运算电路基本运算电路比例比例-积分

15、运算电路积分运算电路uoCFuiR2R1+RFifi1上式表明：输出电压是对输入电压的比例上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分积分 这种运算器又称这种运算器又称 PI 调节器调节器,常用于控制系统常用于控制系统中中,以以保证自控系统的稳定性和控制精度保证自控系统的稳定性和控制精度。改变改变 RF 和和 CF，可调整比例系数和积分时间，可调整比例系数和积分时间常数常数,以满足控制系统的要求。以满足控制系统的要求。10.410.4 基本运算电路基本运算电路五、微分运算电路五、微分运算电路ifi1由虚短及虚断可得由虚短及虚断可得 i1=ifuoC1uiR2RF+uitOuotOU Ui i U

16、 Ui i动画动画10.410.4 基本运算电路基本运算电路10.410.4 基本运算电路基本运算电路比例比例-微分运算电路微分运算电路PDPD调节器调节器C1uiR2RF+uo+R1ifiCiR上式表明：输出电压是对输入电压的比例上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分微分 控制系统中，控制系统中，PD调节器在调节过程中起加速作用，调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。电压比较器的基本功能：电压比较器的基本功能：电压比较器的基本功能：电压比较器的基本功能：电压比较器用来对两个输入电压信号的大小进电压比较器用来对两个输入电压

17、信号的大小进行比较。在输出端显示比较结果。行比较。在输出端显示比较结果。电压比较器的用途：电压比较器的用途：电压比较器的用途：电压比较器的用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合术领域，以及波形产生及变换等场合。电压比较器的组成：电压比较器的组成：电压比较器的组成：电压比较器的组成：运放工作在开环或引入正反馈状态。运放工作在开环或引入正反馈状态。运放工作在开环或引入正反馈状态。运放工作在开环或引入正反馈状态。工作在非工作在非工作在非工作在非线性饱和区。线性饱和区。线性饱和区。线性饱和区。10.5 10.5 电压比

18、较器电压比较器一、单限电压比较器一、单限电压比较器10.5 10.5 电压比较器电压比较器输入信号输入信号输入信号输入信号ui从运放的一端输入从运放的一端输入从运放的一端输入从运放的一端输入,而另一端加固定的而另一端加固定的而另一端加固定的而另一端加固定的参考电压参考电压参考电压参考电压UR。URuouiR2+R1+1 1 1 1、反相输入电压比较器、反相输入电压比较器、反相输入电压比较器、反相输入电压比较器电压传输特性电压传输特性 U UOMOM +U UOMOMuiuoOURu ui iUUUR R 时，时，时，时，u uo o=U UOMOM可见，在可见，在 ui=UR 处输处输出电压出

19、电压 uo 发生跃变。发生跃变。输出跃变所对应的输入电压称输出跃变所对应的输入电压称阈值电压阈值电压(门限电平门限电平)。一、单限电压比较器一、单限电压比较器10.5 10.5 电压比较器电压比较器URuouiR2+R1+1 1 1 1、反相输入电压比较器、反相输入电压比较器、反相输入电压比较器、反相输入电压比较器 U UOMOM +U UOMOMuiuoOURuitOUROuot+UOM UOMt1t2当当 ui 单方向变化时，单方向变化时，uo 只变化一次。只变化一次。一、单限电压比较器一、单限电压比较器10.5 10.5 电压比较器电压比较器2 2 2 2、同相输入电压比较器、同相输入电

20、压比较器、同相输入电压比较器、同相输入电压比较器ui UR，uo=+UOMui UR，uo=UOMuiuoURR2+R1+uiuoOURtuiOURt1t2Ouot+UOMUOMU UOMOM+U UOMOM3 3 3 3、输出带限幅的电压比较器、输出带限幅的电压比较器、输出带限幅的电压比较器、输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为U UZ Z，忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降则则则则 u ui i U UR R，u uo o=U UZ ZUZ UZuoRDZURuo

21、uiR2+R1+电压传输特性电压传输特性 UOM +UOMuiuoOUR10.5 10.5 电压比较器电压比较器一、单限电压比较器一、单限电压比较器一、单限电压比较器一、单限电压比较器4 4 4 4、过零电压比较器、过零电压比较器、过零电压比较器、过零电压比较器利用电压比较器利用电压比较器利用电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波将正弦波变为方波将正弦波变为方波将正弦波变为方波 U UOMOM +U UOMOMu ui iu uo oO OU UR R=0=0tuiO Otuo+UOMUOMO O10.5 10.5 电压比较器电压比较器一、单限电压比较器一、单限电压比较器一、单限电压比较器一

22、、单限电压比较器UR=0uouiR2+R1+5 5 5 5、电压比较器应用、电压比较器应用、电压比较器应用、电压比较器应用过热保护过热保护过热保护过热保护RTRTRTRT是负温度系数热敏电阻，温度高，电阻小是负温度系数热敏电阻，温度高，电阻小是负温度系数热敏电阻，温度高，电阻小是负温度系数热敏电阻，温度高，电阻小 ui i大大大大 uo=UOM T导通导通 KAKA有电有电 停止电加热停止电加热。10.5 10.5 电压比较器电压比较器一、单限电压比较器一、单限电压比较器一、单限电压比较器一、单限电压比较器URuoR2+R1uiRTR3R4DKA+UCC控控制制对对象象电加热器电加热器KA22

23、0V二、滞回电压比较器二、滞回电压比较器电路中引入正反馈电路中引入正反馈电路中引入正反馈电路中引入正反馈RFR2uoui+R1+10.5 10.5 电压比较器电压比较器单限比较器电路简单，但抗干扰能力差。单限比较器电路简单，但抗干扰能力差。单限比较器电路简单，但抗干扰能力差。单限比较器电路简单，但抗干扰能力差。在在在在u ui i U U U UR R时，干扰易引起输出误跳变，故时，干扰易引起输出误跳变，故时，干扰易引起输出误跳变，故时，干扰易引起输出误跳变，故常采用滞回电压比较器。常采用滞回电压比较器。常采用滞回电压比较器。常采用滞回电压比较器。提高了比较器的响应提高了比较器的响应提高了比较

24、器的响应提高了比较器的响应 速度速度速度速度输出电压的跃变不是输出电压的跃变不是输出电压的跃变不是输出电压的跃变不是 发生在同一门限电压发生在同一门限电压发生在同一门限电压发生在同一门限电压 上。上。上。上。二、滞回电压比较器二、滞回电压比较器上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压当当 uo=+UOM，则则 当当 uo=UOM，则则门限电压受输门限电压受输出电压的控制出电压的控制RFR2uoui+R1+10.5 10.5 电压比较器电压比较器上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压 UU+：u ui i 逐渐增加时的门限电压逐渐增加时的门限电压逐渐增加

25、时的门限电压逐渐增加时的门限电压下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压UU+：u ui i 逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压uiuoO UOM+UOM电压传输特性电压传输特性uitOuoOt+UOMUOM两次跳变之间具两次跳变之间具有迟滞特性有迟滞特性滞回比较器滞回比较器10.5 10.5 电压比较器电压比较器RFR2uoui+R1+二、滞回电压比较器二、滞回电压比较器根据叠加原理，有根据叠加原理，有根据叠加原理，有根据叠加原理，有改变参考电压改变参考电压改变参考电压改变参考电压U UR R，可使传输特性沿横轴移动，可使传输特性沿横轴移动，可使

26、传输特性沿横轴移动，可使传输特性沿横轴移动。可见：可见：传输特性不再对称于纵轴，传输特性不再对称于纵轴，+URRFR2uoui+R1+u ui iu uo oO O U UOMOM+U UOMOM电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性当参考电压当参考电压当参考电压当参考电压U UR R不等于零时不等于零时不等于零时不等于零时10.5 10.5 电压比较器电压比较器定义：定义：定义：定义：回差电压回差电压回差电压回差电压 与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点：1.1.改善了输出波形在跃变时的陡度。改善了输

27、出波形在跃变时的陡度。改善了输出波形在跃变时的陡度。改善了输出波形在跃变时的陡度。2.2.回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力，U U越大，抗干扰越大，抗干扰越大，抗干扰越大，抗干扰 能力越强。能力越强。能力越强。能力越强。结论：结论：结论：结论：1.1.调节调节调节调节R RF F 或或或或R R2 2 可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。2.2.改变改变改变改变U UR R可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压，可以改变上、下

28、门限电压，但不影回差但不影回差但不影回差但不影回差 电压电压电压电压 U U。电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。警和波形发生等电路中得到广泛应用。警和波形发生等电路中得到广泛应用。警和波形发生等电路中得到广泛应用。10.5 10.5 电压比较器电压比较器解：解：解：解：对图（对图（对图（对图（1 1）上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压 下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压例：例：例：例：电路如图所示，电路如图所示，电路

29、如图所示，电路如图所示，U UOM OM=6V=6V，U UR R =5V=5V，R RF F =20k=20k ，R R2 2=1=10k0k ，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。（1 1）R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+（2 2）10.5 10.5 电压比较器电压比较器解：解：解：解：对图（对图（对图（对图（2 2）例：例：例：例：电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，U UOM OM=6V=6V，U UR R =5V=

30、5V，R RF F =20k=20k ，R R2 2=1=10k0k ，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。（1 1）R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+（2 2）10.5 10.5 电压比较器电压比较器（1 1）R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+（2 2）u ui iu uo oO O-6 6-2-22 26 6 图图图图(1)(1)的电压

31、传输特性的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性图图图图(2)(2)的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性u uo ou ui iO O -6 66 61.331.335.335.3310.5 10.5 电压比较器电压比较器10.5 10.5 电压比较器电压比较器三、双限电压比较器三、双限电压比较器uiuoO+UOM电压传输特性电压传输特性双限电压比较器应用双限电压比较器应用双限电压比较器应用双限电压比较器应用于判断于判断于判断于判断u ui i在两个给定在两个给定在两个给定在两个给定电压之间。电压之间。电压之间。电压之间。uoui+UHULD1D210.6 RC10.6

32、RC正弦波振荡器正弦波振荡器由于学时限制由于学时限制,该节自学。该节自学。一、有源滤波器一、有源滤波器 滤波器是一种选频电路。滤波器是一种选频电路。滤波器是一种选频电路。滤波器是一种选频电路。它能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使一定它能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使一定它能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使一定它能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大。率范围以外的

33、信号不易通过，衰减很大。率范围以外的信号不易通过，衰减很大。率范围以外的信号不易通过，衰减很大。无源滤波器：无源滤波器：无源滤波器：无源滤波器：由电阻、电容和电感组成的滤波器。由电阻、电容和电感组成的滤波器。由电阻、电容和电感组成的滤波器。由电阻、电容和电感组成的滤波器。有源滤波器：有源滤波器：有源滤波器：有源滤波器：含有运算放大器的滤波器。含有运算放大器的滤波器。含有运算放大器的滤波器。含有运算放大器的滤波器。缺点：缺点：缺点：缺点：低频时体积大，很难做到小型化。低频时体积大，很难做到小型化。低频时体积大，很难做到小型化。低频时体积大，很难做到小型化。优点：优点：优点：优点：体积小、效率高、

34、频率特性好。体积小、效率高、频率特性好。体积小、效率高、频率特性好。体积小、效率高、频率特性好。按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等。带通和带阻等。带通和带阻等。带通和带阻等。10.7 10.7 有源滤波器有源滤波器1.1.有源低通滤波器有源低通滤波器有源低通滤波器有源低通滤波器uiuoRFuCCR+R1+设设ui为正弦波信号为正弦波信号,则则故：故：一、有源滤波器一、有源滤波器10.7 10.7 有源滤波器有源滤波器若频率若频率若频率若频率 为变量，

35、则为变量，则为变量，则为变量，则电路的传递函数电路的传递函数电路的传递函数电路的传递函数其模为其模为 幅频特性幅频特性 0|Auf0|T(j)|O10.7 10.7 有源滤波器有源滤波器 当当 0时，时，|T(j)|衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于 0的的信号顺利通过，衰减很小，信号顺利通过，衰减很小，而使高于而使高于 0的信号不易通过，的信号不易通过，衰减很大，衰减很大，称一称一 阶有源低通阶有源低通滤波器。滤波器。为了改善滤波效果，为了改善滤波效果，使使 0 时信号衰减得时信号衰减得更快些，常将两节更快些，常将两节RC滤滤波环节串接起来，波环节串接起来，组成组成二阶有

36、源低通滤波器。二阶有源低通滤波器。uoRFCR+R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性 0|Auf0|T(j)|O2.2.有源高通滤波器有源高通滤波器有源高通滤波器有源高通滤波器uiuoRFCR+R1+设设ui为正弦波信号，则为正弦波信号，则故：故：一、有源滤波器一、有源滤波器一、有源滤波器一、有源滤波器10.7 10.7 有源滤波器有源滤波器2.2.有源高通滤波器有源高通滤波器有源高通滤波器有源高通滤波器一、有源滤波器一、有源滤波器一、有源滤波器一、有源滤波器10.7 10.7 有源滤波器有源滤波器 可见，电路使频率大于可见，电路使频率大于 0 的信号通过的信号通过，而小于，而小

37、于 0 的信号被阻止，称为的信号被阻止，称为有源高通滤波器有源高通滤波器。其模为其模为 幅频特性幅频特性 0|Auf0|T(j)|O控制信号控制信号模拟开关模拟开关模拟输入信号模拟输入信号1.1.1.1.电路电路电路电路二、采样保持电路二、采样保持电路 SuC+ui+uo+采样保持电路采样保持电路，多用于模，多用于模-数转换电路（数转换电路（A/DA/D）之前之前。由于。由于A/DA/D转换需要一定的时间转换需要一定的时间,所以在所以在A/DA/D转换前必须对模拟量进行瞬间采样转换前必须对模拟量进行瞬间采样,并把采样值并把采样值保存一段时间，以满足保存一段时间，以满足A/DA/D转换电路的需要

38、。转换电路的需要。用于数字电路、用于数字电路、用于数字电路、用于数字电路、计算机控制及程序计算机控制及程序计算机控制及程序计算机控制及程序控制等装置中。控制等装置中。控制等装置中。控制等装置中。采样存储电容采样存储电容电压跟随器电压跟随器10.7 10.7 有源滤波器有源滤波器2.2.2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理1.1.1.1.电路电路电路电路采样阶段：采样阶段：采样阶段：采样阶段：uG为高电平，为高电平，S S闭合闭合(场效应管导通场效应管导通)，ui对存储电容对存储电容C C充电，充电，u uo o=u=uC C =u=ui i 。保持阶段：保持阶段：保持阶段：保持阶段：uG为

39、为0 0，S S断开断开(场效应管截止场效应管截止)，输出，输出 保持该阶段开始瞬间的值不变。保持该阶段开始瞬间的值不变。采样脉冲采样脉冲采样脉冲采样脉冲uitouGto采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。SuC+ui+uo+二、采样保持电路二、采样保持电路10.7 10.7 有源滤波器有源滤波器10.8 10.8 运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用波形发生器的作用：波形发生器的作用：波形发生器的作用：波形发生器的作用：产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、三产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、三产生一定频率、幅值的波形（如正

40、弦波、方波、三产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、三 角波、锯齿波等）。角波、锯齿波等）。角波、锯齿波等）。角波、锯齿波等）。特点：特点：特点：特点：不用外接输入信号，即有输出信号。不用外接输入信号，即有输出信号。不用外接输入信号，即有输出信号。不用外接输入信号，即有输出信号。一、矩形波发生器一、矩形波发生器1.1.1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构 由滞回比较器、由滞回比较器、由滞回比较器、由滞回比较器、RCRC充放电电路组成，充放电电路组成，充放电电路组成，充放电电路组成，电容电压电容电压电容电压电容电压u uC C 即是比较器即是比较器即是比较器即是比较器的输入电压，的输入电

41、压，的输入电压，的输入电压，2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理设电源接通时，设电源接通时，设电源接通时，设电源接通时，u uo o =+=+U Uo o(sat)(sat)，u uC C(0)=0(0)=0。电阻电阻电阻电阻R R2 2两端的电压两端的电压两端的电压两端的电压U UR R即是比较器即是比较器即是比较器即是比较器的参考电压。的参考电压。的参考电压。的参考电压。u uo o 通过通过通过通过 R RF F 对电容对电容对电容对电容C C充电，充电，充电，充电，u uC C 按指数规律增长。按指数规律增长。按指数规律增长。按指数规律增长。R RF FC Cu uC C+R R1

42、 1R R2 2u uo o+充电充电充电充电U UR R+10.8 10.8 运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用当当当当 u uo o =+=+U Uo o(sat)(sat)时，时，时，时，电电电电容充电，容充电，容充电，容充电，u uC C上升，上升，上升，上升，电容放电，电容放电，电容放电，电容放电，u uC C下降，下降，下降，下降，当当当当u uC C=U=UR R 时，时，时，时，u uo o 跳变成跳变成跳变成跳变成 U Uo o(sat)(sat)当当当当 u uC C=U=UR R 时，时，时，时，u uo o 跳变成跳变成跳变成跳变成 +U Uo o(sat

43、)(sat)，电容又重新充电。，电容又重新充电。，电容又重新充电。，电容又重新充电。放电放电放电放电2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理R RF FC Cu uC C+R R1 1R R2 2u uo o+充电充电充电充电U UR R+R RF FC Cu uC C+R R1 1R R2 2u uo o+U UR R+动画动画10.8 10.8 运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形充电充电充电充电放电放电放电放电uouCt t1 1t t3 3t t2 2T=TT=T1 1+T+T2 2电容充放电过程，电容充放电过程，电容充放电过程，电容

44、充放电过程，u uC C 的响应规律为的响应规律为的响应规律为的响应规律为4.4.周期与频率周期与频率周期与频率周期与频率T T1 1T T2 2T T U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)10.8 10.8 运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用在充电过程中在充电过程中在充电过程中在充电过程中在放电过程中在放电过程中在放电过程中在放电过程中矩形波的周期矩形波的周期矩形波的周期矩形波的周期矩形波的频率矩形波的频率矩形波的频率矩形波的频率充放电时间常数相同：充放电时间常数相同：充放电时间常数相同：充放电时间常数相同：=RC 矩形波常用于数字电路中作为信号源

45、矩形波常用于数字电路中作为信号源矩形波常用于数字电路中作为信号源矩形波常用于数字电路中作为信号源 A A1 1：滞回比较器：滞回比较器：滞回比较器：滞回比较器 因因因因 u u =0 =0，所以当所以当所以当所以当 u u+=0 =0 时时时时，A A1 1状态改变状态改变状态改变状态改变二、三角波发生器二、三角波发生器1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构A A2 2：反相积分电路：反相积分电路：反相积分电路：反相积分电路C Cu uo1o1R R3 3D DZ ZR R2 2+R R6 6u uo oR R5 5R R4 4+A A2 2A A1 1R R1 110.8 10.8 运放在

46、波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理A1：滞回比较器：滞回比较器 因因 u-=0，所以当，所以当 u+=0时时，A1状态状态改变改变输出输出输出输出 u uo1o1 改变改变改变改变(+(+(+(+U UZ Z 跃变到跃变到跃变到跃变到 U UZ Z 或或或或 U UZ Z 跃变到跃变到跃变到跃变到 +U UZ Z)，当当同时积分电路的输入、输出电压也随之改变。同时积分电路的输入、输出电压也随之改变。同时积分电路的输入、输出电压也随之改变。同时积分电路的输入、输出电压也随之改变。Cuo1R3DZR2+R6uoR5R4+A2A1R1动画动画10.8

47、10.8 运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用TT1T23.3.工作波形工作波形工作波形工作波形4.4.周期与频率周期与频率周期与频率周期与频率T=T1+T2=2T1=2T2uo1 UZ UZtOuo (1)改变比较器的输出改变比较器的输出 uo1、电阻、电阻R1、R2 即可改即可改变三角波的幅值。变三角波的幅值。(2)改变积分常数改变积分常数RC 即可改变三角波的频率。即可改变三角波的频率。动画动画10.8 10.8 运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用三、锯齿波发生器三、锯齿波发生器1.1.电路电路电路电路C Cu uo1o1R R3 3D DZ ZR R2 2+R

48、 R6 6u uo oR R5 5R R4 4+A A2 2A A1 1R R1 1三角波发生器三角波发生器三角波发生器三角波发生器C CR R3 3D DZ ZR R2 2+R R6 6u uo oR R5 5R R4 4+A A2 2A A1 1R R1 1u uo1o1R R 4 4D D在三角波在三角波在三角波在三角波发生器的发生器的发生器的发生器的电路中，电路中，电路中，电路中，使积分电使积分电使积分电使积分电路的正、路的正、路的正、路的正、反向积分反向积分反向积分反向积分的时间常的时间常的时间常的时间常数不同，数不同，数不同，数不同，即可使其即可使其即可使其即可使其 输出锯齿输出锯

49、齿输出锯齿输出锯齿波。波。波。波。10.8 10.8 运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用2.2.波形波形波形波形C CR R3 3D DZ ZR R2 2+R R6 6u uo oR R5 5R R4 4+A A2 2A A1 1R R1 1u uo1o1R R4 4 D D1.1.电路电路电路电路t tU UZ ZUUZ Zu uo ou uo1o1Ou uo o动画动画三、锯齿波发生器三、锯齿波发生器10.8 10.8 运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用本章作业本章作业P P300300：10.10.4.24.2 10.10.4.44.4 10.10.4.54.5 P P303303：10.10.4.64.6 10.10.4.74.7 10.10.4 4.12.12