【教学课件】第三章集成运算放大器及其应用.ppt

《【教学课件】第三章集成运算放大器及其应用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教学课件】第三章集成运算放大器及其应用.ppt（94页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章第三章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 第一节第一节 直接耦合放大器直接耦合放大器 第二节第二节 差动放大电路差动放大电路 第三节第三节 集成放大器简介集成放大器简介 第四节第四节 集成运放在信号运算电路中的应用集成运放在信号运算电路中的应用 第五节第五节 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈 第六节第六节 集成运放在信号处理方面的应用集成运放在信号处理方面的应用 第七节第七节 集成运放在信号产生方面的应用集成运放在信号产生方面的应用 习习 题题 目录目录第一节第一节 直接耦合放大器直接耦合放大器返返 回回 直接耦合放大器直接耦合放大器 级与级之间不经电抗元件而直接连接的方

2、式，级与级之间不经电抗元件而直接连接的方式，称为直接耦合。称为直接耦合。U UCCCC返回返回RB1RRC1RC2UCCRB2VT1VT2 零点漂移零点漂移 当输入信号为零时，输当输入信号为零时，输出端电压偏离原来的起始电压缓慢地无规则的出端电压偏离原来的起始电压缓慢地无规则的上下漂动，这种现象叫零点漂移。上下漂动，这种现象叫零点漂移。产生原因产生原因 温度变化、电源电压的波动、温度变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等等。电路元件参数的变化等等。第一级产生的零漂对放大电路影响最大。第一级产生的零漂对放大电路影响最大。各级工作点相互影响各级工作点相互影响 适于放大直流或变化缓慢的信号适于放

3、大直流或变化缓慢的信号 电压放大倍数为各级放大倍数之积电压放大倍数为各级放大倍数之积 零点漂移零点漂移返回返回第二节第二节 差动放大电路差动放大电路 基本差动放大电路基本差动放大电路 典型差动放大电路典型差动放大电路 具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路 差动放大电路的输入输出方式差动放大电路的输入输出方式返返 回回一、基本差动放大电路一、基本差动放大电路 电路由两电路由两个特性完全个特性完全相同的基本相同的基本放大电路组放大电路组成。成。1.抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理静态时，静态时，ui1=ui2=0，由于电路对称，由于电路对称RCRCRB1RB1ui1ui2RB2RB

4、2uiUCCuoVT1 VT2返回返回温度上升，引起两边电流变化温度上升，引起两边电流变化 由于电路对称，零漂被抑制。由于电路对称，零漂被抑制。2.动态工作原理动态工作原理 差模信号差模信号 极性相反，幅值相同的信号。极性相反，幅值相同的信号。u i1=u i2 共模信号共模信号 极性相同，幅值相同的信号。极性相同，幅值相同的信号。u i1=u i2返回返回差模输入（信号）差模输入（信号）共模输入（干扰信号）共模输入（干扰信号）差差动动放放大大电电路路对对差差模模信信号号有有放放大大作作用用，对共模信号有抑制作用。对共模信号有抑制作用。返回返回共模、差模同时输入共模、差模同时输入 若若电电路路

5、完完全全对对称称，AC0，只只有有差差模模信信号号输输出出，若若电电路路不不完完全全对对称称，AC0，既既有有差差模模信信号号又有共模信号输出。又有共模信号输出。返回返回二、典型差动放大电路二、典型差动放大电路 加入射极公共加入射极公共电阻电阻RE（共模反（共模反馈电阻）可以克馈电阻）可以克服电路不完全对服电路不完全对称引起的零漂称引起的零漂。负电源负电源EE的作的作用是补偿用是补偿RE上的上的电压降，从而保电压降，从而保证两管有合适的证两管有合适的静态工作点。静态工作点。RCRCRB1RB1RPREEEUCCui1ui2uiuoVT1 VT2返回返回TIC1IC2IEUEUBE1UBE2IB

6、1IB2IC1IC2 RE 能够抑制零漂、共模信号，对差模信号无影能够抑制零漂、共模信号，对差模信号无影响。且响。且RE越大，抑制作用越强。但越大，抑制作用越强。但EE也需增大。也需增大。RP 为调零电阻，用来调节平衡。一般取值不大。为调零电阻，用来调节平衡。一般取值不大。返回返回RL=RC/(RL/2)接入负载电阻接入负载电阻RL 电路分析电路分析静态时静态时流过流过RE电流电流=IE1+IE2=2IE动态时动态时由于由于RE对差模信号无影响。忽略对差模信号无影响。忽略RP的影响的影响KCMR是衡量放大信号的能力的技术指标。是衡量放大信号的能力的技术指标。Ad:差模放大倍数；差模放大倍数；A

7、C:共模放大倍数共模放大倍数KCMR 越大，抑制共模信号越强。越大，抑制共模信号越强。共模抑制比（共模抑制比（KCMR）差模输入电阻差模输入电阻rid2(RB1+rbe)忽略忽略RP输出电阻输出电阻ro2RC返回返回三、具有恒流源的差动放大电路三、具有恒流源的差动放大电路RCRCRB1RB1RPUCCuoVT1 VT2UEERRR1R2RE3V3ui R1、R2提供提供 稳定的稳定的iB，晶体管工作在放大，晶体管工作在放大区时，区时，iC近似恒定近似恒定。rCE。ui1ui2VT3、RE3、R1、R2组成组成具有恒流源具有恒流源特性的电路。特性的电路。电路采电路采用恒流源代用恒流源代替替RE，

8、其等，其等效电阻大，效电阻大，抑制共模信抑制共模信号、零漂能号、零漂能力强，又不力强，又不需要过大的需要过大的负电源负电源UEE。返回返回UEEuiuo四、差动放大电路的输入输出方式四、差动放大电路的输入输出方式 双端输入、双端输出的差动电路双端输入、双端输出的差动电路 单端输入、双端输出的差动电路单端输入、双端输出的差动电路输入差模信输入差模信号近似均匀号近似均匀的分布在两的分布在两个管子上主个管子上主要技术指标要技术指标与双入双出与双入双出一致。一致。RB1单端输出只取单端输出只取自一个管子的自一个管子的集电极变量。集电极变量。依对称性：依对称性：roRCuo 单端输入、单端输出的差动电路

9、单端输入、单端输出的差动电路RB1UCCRCRC 双端输入、单端输出的差动电路双端输入、单端输出的差动电路返回返回第三节第三节 集成运算放大器简介集成运算放大器简介 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍 集成运算放大器的主要技术指标集成运算放大器的主要技术指标 集成运算放大器的理想化模型集成运算放大器的理想化模型 集成运算放大器的电压传输特性及其分集成运算放大器的电压传输特性及其分析特点析特点返返 回回一、集成运算放大器的特点一、集成运算放大器的特点 集集成成电电路路：将将整整个个电电路路中中的的元元器器件件制制作作在在一一块块硅硅基基片片

10、上上，构构成成完完整整的的能能完完成成特特定定功功能能的的电电子电路。子电路。运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大器。低输出电阻的直接耦合放大器。返回返回二、集成运算放大器的简单介绍二、集成运算放大器的简单介绍1.集成运放的组成集成运放的组成差动输差动输入级入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路输入输入输出输出抑制零漂，共抑制零漂，共模抑制比高模抑制比高低输出电阻，低输出电阻，多采用射随器多采用射随器放大作用的放大作用的主要单元主要单元提供各级提供各级静态电流静态电流返回返回2.集成运放的管脚图及符号集成运放的管脚图及符

11、号F007管脚图管脚图F 741（F 0 07）12348765符号符号A 反相输入端反相输入端B 同相输入端同相输入端F 输出端输出端 Au u+uuoABF 信信号号从从反反相相输输入入端端输输入入时时，输出与输入相位相反。输出与输入相位相反。信号从同相输入端输入时，信号从同相输入端输入时，输出与输入相位相同。输出与输入相位相同。返回返回三、集成运算放大器的主要技术指标三、集成运算放大器的主要技术指标1.输入失调电压输入失调电压Uio当当无无输输入入信信号号时时，为为使使输输出出的的电电压压值值为为零零，在输入端加入的补偿电压。在输入端加入的补偿电压。其值越小越好其值越小越好 （0.55m

12、V）2.输入失调电流输入失调电流Iio输输入入电电压压为为零零时时，流流入入放放大大器器两两个个输输入入端端的静态基极电流之差。的静态基极电流之差。IioIB1IB2 其值越小越好其值越小越好 （110nA）3.开环差模放大倍数开环差模放大倍数Auo运放在开环时的差模放大倍数运放在开环时的差模放大倍数 其值越高越好其值越高越好 （104107）5.最大输出电压最大输出电压Uopp 输出不失真的最大输出电压值输出不失真的最大输出电压值6.共模抑制比共模抑制比KCMR返回返回 F741 通用型集成运放通用型集成运放 F324通用型单电源四运放通用型单电源四运放 AD547 低温漂精密运放低温漂精密

13、运放 OP07低输入失调电压精密运放低输入失调电压精密运放 AD744 高速运放高速运放常用集成运放芯片常用集成运放芯片返回返回四、集成运算放大器的理想化模型四、集成运算放大器的理想化模型 实际运放实际运放 u+uuoriroAuoUiuiAuo很高，很高，104ri很高，几十很高，几十几百几百kro很低，几十很低，几十几百几百KCMR 很高很高 理想运放理想运放 u+uuoAuoUiuiAuori=ro=0KCMR返回返回五、集成运算放大器的电压传输特性五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点及其分析特点 运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性 集成运放的输出电压集成运放的输

14、出电压uo与输入电压与输入电压ui (u+u)之间的关系之间的关系uof(ui)称为集成运放的电压传输特称为集成运放的电压传输特性。性。uoui+UOMUOMuoAuo ui =Auo(u+u)ui|UiM|，运放饱和，运放饱和，工作在非线性区工作在非线性区线性区线性区引入深度负反馈，引入深度负反馈，可以使运放工作可以使运放工作在线性区。在线性区。返回返回O uoud反馈电路反馈电路开开环环系系统统：不不加加反反馈馈网网络络时时的的电电路路系系统统，此此时时的的放放大大倍倍数叫开环放大倍数。数叫开环放大倍数。uoui+UOMUOM理想运放的电压传输特性理想运放的电压传输特性ui 0，|uo|U

15、OM即即u+u时，运放处于时，运放处于非线性区。非线性区。闭环系统：加上反馈网络时闭环系统：加上反馈网络时的电路系统，此时的放大倍的电路系统，此时的放大倍数叫闭环放大倍数。数叫闭环放大倍数。返回返回O 运算放大器的分析特点运算放大器的分析特点1.线性区线性区 集集成成运运放放两两个个输输入入端端之之间间的的电电压压通通常常非非常常接接近近于于零零，但但不不是是短短路路，故简称为故简称为“虚短虚短”。虚短虚短 uoAuo（uu）AuouuuoAuo0uu 当当u0（接地）（接地）u u 0 称此时的反相输入端为称此时的反相输入端为“虚地点虚地点”。反之，。反之，也成立。也成立。u+uuoui返回

16、返回 虚虚 断断 流流入入集集成成运运放放两两个个输输入入端端的的电电流流通通常常为为零零，但但又又不不是是断断路路故故简简称称为为“虚断虚断”。riII+02.非线性区非线性区 在非线性区，虚短概念不成立，但虚断在非线性区，虚短概念不成立，但虚断概念成立。概念成立。u+IuouI+返回返回 例例、利利用用理理想想运运放放组组成成的的二二极极管管检检测测电电路路，求出流过求出流过VD的电流的电流 iD 及及VD两端的电压两端的电压uD。uoui15V1.5k0.67VVDiDiRii 解：解：虚地点虚地点返回返回第四节第四节 集成运放在信号运算电集成运放在信号运算电路中的应用路中的应用 分析线

17、性区理想运放的两个概念分析线性区理想运放的两个概念 基本运算电路基本运算电路返返 回回一、分析线性区理想运放的两个概念一、分析线性区理想运放的两个概念 虚短虚短uuII+0 虚断虚断 u+IuouI+返回返回二、基本运算电路二、基本运算电路 比例电路比例电路 uouiifi1R1R2Rf1.反相比例电路反相比例电路 i+0（虚断）（虚断）u+0 u+u 0（虚地点）（虚地点）i1=u iR1 if=uuo=uoRf i i+0 i 1 i f即即 ui/R1=uo/Rf 返回返回 uo、ui 符合比例关系，负号表示输出输入电符合比例关系，负号表示输出输入电压变化方向相反。压变化方向相反。电路中

18、引入深度负反馈，电路中引入深度负反馈，闭环放大倍数闭环放大倍数Auf 与运放的与运放的Au无关，仅与无关，仅与R1、Rf 有关。有关。R2 平衡电阻平衡电阻 同相端与地的等效电阻同相端与地的等效电阻。其作用是保持输。其作用是保持输入级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。入级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。R2R1/Rf 当当R1Rf 时时，uoui，该电路称为该电路称为反相器反相器。返回返回2.同相比例电路同相比例电路 uouiR2R1Rf i+0（虚断）（虚断）u+ui u+u ui（虚短）（虚短）i1=（0u i）R1 if=(uuo)Rf =(u iuo)Rf i i+0 i 1 i

19、f返回返回ifi1 当当Rf有限值时，有限值时，R1 +uoui R2 平衡电阻平衡电阻 R2R1/RfAuf=1 电路成为电路成为电压电压跟随器跟随器。uoui 此电路输入电阻大，输此电路输入电阻大，输出电阻小。出电阻小。返回返回例例1、应用运放来测量电阻的电路如图，应用运放来测量电阻的电路如图，U10V，R1=1M，输出端接电压表，被测电阻为输出端接电压表，被测电阻为Rx，试找出试找出Rx与电压表读数与电压表读数uo之间的关系。之间的关系。Rx R1 U V解解:此电路为反相比例电路此电路为反相比例电路返回返回例例2、理想化运放组成的电路如图，理想化运放组成的电路如图，试推算输出试推算输出

20、电压电压uo的表达式。的表达式。uouiR1R3R2R4解解:此电路为同相比例电路此电路为同相比例电路判断这个等式判断这个等式 、返回返回啊，见鬼了啊，见鬼了!习习 题题题题 解解哈，哈，very good!习习 题题题题 解解 uouiR1R3R2R4u+解解:此电路为同相比例电路此电路为同相比例电路返回返回例例3、图示电路为图示电路为T形反馈网络的反相比例电路，形反馈网络的反相比例电路，试推算输出输入之间的关系。试推算输出输入之间的关系。uouii2i1R1RR2R3R4i4i3Mu+u 0（虚地点）（虚地点）i i+0 i 1 i2=u iR1解解:此电路只在要求放此电路只在要求放大倍数

21、较大、输入电阻大倍数较大、输入电阻较高和避免阻值过高时较高和避免阻值过高时才采用。才采用。返回返回 加法运算电路加法运算电路uo ui2ifi2R2RPRfui3i3R3ui1i1R1返回返回 在调节某一路信号的输入电阻的阻值时，在调节某一路信号的输入电阻的阻值时，不影响其它输入电压与输出电压的比例关系，不影响其它输入电压与输出电压的比例关系，调节方便。调节方便。求和电路也可从同相端输入，但同相求和求和电路也可从同相端输入，但同相求和电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电路调节方便。路调节方便。返回返回 减法运算电路（差动运算电路）减法运算电路（差动运

22、算电路）uoui2ifi1R1R2Rfui1R3利用叠加原理利用叠加原理同相端输入同相端输入ui1反相端输入反相端输入返回返回当当 R1=R2=R3=Rf=R 时，时，uo=ui2ui1 (减法器）减法器）R2/R3=R1/Rf 返回返回当当例例4、用运放组成的直流毫伏表电路如图所示，用运放组成的直流毫伏表电路如图所示，设表的内阻可忽略，试求设表的内阻可忽略，试求Io与与VS的关系。的关系。VoVSI2I1R1R1mAIoI解解:电路实为反相电路实为反相比例电路比例电路RVo=VSI1=I2 (虚断）虚断）Io=II2=Vo/RVS/R1I=Vo/RI1=I2=VS/R1=VS(1/R+1/R

23、1)返回返回例例5、已知已知RF4R1，求，求uo与与ui1、ui2的关系式。的关系式。A1 +ui1 A2 uoui2R1R2RFuo解解:A1为跟随器；为跟随器；A2为差放。为差放。uo=ui1uo5 ui24 ui1返回返回例例6、如图，求如图，求uo 与与 ui1、ui2的关系式。的关系式。A1+ui1 A2 uoui210kuo10k30k10k6k解解:A1为反向加法器；为反向加法器；A2为反相比例电路。为反相比例电路。返回返回例例7、如图，求如图，求uo。A1 +A3 uo100kuo150k80k20k A2 +12k50k100k12k11k30k60kuo20.3V0.4V

24、 A1：反相比例：反相比例 A2：同相比例：同相比例 A3：差动输入：差动输入解：解：返回返回 积分电路积分电路 uouiiCi1RRPCuituotUOMuo正比于正比于ui的积分的积分返回返回OO 延迟延迟 积分电路的应用积分电路的应用uitUuotTU信号延迟时信号延迟时间间T后，电后，电压值达到压值达到U 方波转化为三角波方波转化为三角波 uituot返回返回OOOO 微分电路微分电路 iR uiRRPCiCuouo正比于正比于ui的微分的微分uituot返回返回OO例例8、电路如图，已知运放电路如图，已知运放UOM=10V，输入信，输入信号波形如图，号波形如图，R1M，C0.05F，

25、求输出波求输出波形。形。（电容初始能量为零）（电容初始能量为零）uiRRPCuoui/vt/s1ORC=11060.05106s=0.05suo=UOMAX10s=20 tt=0.5suo/vt/s100.5解解:返回返回O例例9、电路如图所示，已知电路如图所示，已知R1=R2=10k,C=0.1F,集成运放集成运放UOM=18V,求：求：试导出试导出uo与与u1、u2关系关系式；式；已知已知u1、u2波形，试画出波形，试画出uo波形波形。u1R1RCuou2R2 t=10ms =15V t=20ms uo=10Vu1/vt/ms10.50.5t/ms10102020u2/vuo/vt/ms1

26、510 201012返回返回OO例例10、已知运放已知运放UOM=15V试求图中试求图中uo1、uo2、uo3及开关及开关S闭合闭合0.2s后后uo的值。的值。A1+2Vuo1 A2 uo20.5VR10k10k10k20k A3 uo3R20k Ruo1F10kS解解:输出电压超出输出电压超出UOM，uo=15V 返回返回第五节第五节 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈 反馈的基本概念反馈的基本概念 反馈类型及其判别反馈类型及其判别 负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响返返 回回一、反馈的基本概念一、反馈的基本概念 正反馈：输入量正反馈：输入量不变，输出量由于不变，输出量由于加

27、反馈而变大。加反馈而变大。负反馈：输入量不负反馈：输入量不变，输出量由于加变，输出量由于加反馈而变小。反馈而变小。1.反馈：指将输出量的一部分或全部按一定方式反馈：指将输出量的一部分或全部按一定方式送回到输入回路来影响输入量的一种连接方式。送回到输入回路来影响输入量的一种连接方式。放大电路放大电路反馈电路反馈电路输出输出信号信号反馈反馈信号信号输入输入信号信号比较比较环节环节净输入净输入信号信号返回返回返回返回2.反馈放大器的一般分析反馈放大器的一般分析 开环放大倍数：开环放大倍数：反馈系数：反馈系数：闭环放大倍数闭环放大倍数:返回返回 负反馈放大器的一般关系负反馈放大器的一般关系 反馈深度反

28、馈深度正反馈正反馈负反馈负反馈返回返回深度负反馈深度负反馈 当当A很大时很大时,负反馈放大器的闭环放大负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关，只与反馈网络有关。倍数与晶体管无关，只与反馈网络有关。二、反馈类型及其判别二、反馈类型及其判别电电压压负负反反馈馈 反反馈馈信信号号取取自自输输出出电电压压,反反馈馈信号与输出电压成比例信号与输出电压成比例;电电流流负负反反馈馈 反反馈馈信信号号取取自自输输出出电电流流,反反馈馈信号与输出电流成比例信号与输出电流成比例;串串联联负负反反馈馈 反反馈馈信信号号与与输输入入信信号号以以串串联联的的形式作用于输入端；形式作用于输入端；并并联联负负反反馈馈 反反

29、馈馈信信号号与与输输入入信信号号以以并并联联的的形式作用于输入端。形式作用于输入端。串联串联电流电流负反馈负反馈 电压电压并联并联返回返回1.反馈类型反馈类型2.反馈类型的判别反馈类型的判别 反馈类型的判别包括反馈极性反馈类型的判别包括反馈极性、直流反馈或、直流反馈或交流反馈、电压反馈或电流反馈以及串联或并联交流反馈、电压反馈或电流反馈以及串联或并联反馈的分析判定。反馈的分析判定。正反馈或负反馈的判别正反馈或负反馈的判别 瞬时极性法瞬时极性法 假定输入信号在某一瞬时对地极性为正。假定输入信号在某一瞬时对地极性为正。由各级输入、输出之间的相位关系，分别由各级输入、输出之间的相位关系，分别推出其它

30、有关各点的瞬时极性。推出其它有关各点的瞬时极性。判别反映到电路输入端的作用是加强了输判别反映到电路输入端的作用是加强了输入信号还是削弱了输入信号。若加强则为正入信号还是削弱了输入信号。若加强则为正反馈，削弱则为负反馈。反馈，削弱则为负反馈。返回返回返回返回 电压反馈与电流反馈的判别电压反馈与电流反馈的判别 输出短路法输出短路法 令输出电压端口短路，若此时反馈信号仍令输出电压端口短路，若此时反馈信号仍存在（非存在（非0），则电路为电流反馈，反之为电），则电路为电流反馈，反之为电压反馈。压反馈。并联反馈或串联反馈的判别并联反馈或串联反馈的判别净输入信号与负反馈信号是并联关系，且有净输入信号与负反馈

31、信号是并联关系，且有净输入信号与负反馈信号是串联关系，且有净输入信号与负反馈信号是串联关系，且有返回返回 A1 +ui A2 uoRRRuoRRF例、判断下图反馈类别。例、判断下图反馈类别。负反馈负反馈若若ui0，uo0，则则uo0电压反馈电压反馈İiİf显然有显然有并联反馈并联反馈交、直流并联交、直流并联电压负反馈电压负反馈三、负反馈对放大器性能的影响三、负反馈对放大器性能的影响 电压放大倍数被降低电压放大倍数被降低 电路加入负反馈，使净输入信号减小，等电路加入负反馈，使净输入信号减小，等于削弱了输入信号，使得放大倍数减小。于削弱了输入信号，使得放大倍数减小。增加放大倍数的增加放大倍数的稳定

32、性稳定性 电路加入负反馈，电路加入负反馈，放大倍数被降低的同时，放大倍数被降低的同时，也也使由于温度、负载、元器件等条件变化而引使由于温度、负载、元器件等条件变化而引起的放大倍数的变化大大减小，放大倍数起的放大倍数的变化大大减小，放大倍数的稳的稳定性定性得到提高。得到提高。返回返回扩展通频带扩展通频带|A|fBOBF 电路加入负反电路加入负反馈，馈，通频带由通频带由BO加宽到加宽到BF。减小非线性失真减小非线性失真 电路加入负反馈，使净输入信号减小，电路加入负反馈，使净输入信号减小，iC减小，改善了非线性失真。减小，改善了非线性失真。返回返回、|Af|O串联负反馈增加输入电阻，并联负串联负反馈

33、增加输入电阻，并联负反馈减小输入电阻。反馈减小输入电阻。电压反馈能稳定输出电压，减小输出电阻；电压反馈能稳定输出电压，减小输出电阻；电流反馈能稳定输出电流，增加输出电阻。电流反馈能稳定输出电流，增加输出电阻。抑制干扰和噪声抑制干扰和噪声放大电路放大电路反馈电路反馈电路加入负反馈的电路，以降低放大加入负反馈的电路，以降低放大倍数为代价，换来了放大器诸多倍数为代价，换来了放大器诸多方面性能的改善。方面性能的改善。返回返回第六节第六节 集成运放在信号处理方集成运放在信号处理方面的应用面的应用 有源滤波器有源滤波器 采样保持电路采样保持电路 电压比较器电压比较器返返 回回运放的非线性应用运放的非线性应

34、用 非线性应用电路具有两种类型，非线性应用电路具有两种类型，一一类类是是运运放放本本身身工工作作在在非非线线性性状状态态，如如开开环或正反馈状态。环或正反馈状态。另另一一类类是是运运放放本本身身工工作作在在线线性性状状态态，由由外外部部电电路路中中引引入入了了非非线线性性元元件件，使使输输出出与与输输入入不不再是线性关系。再是线性关系。返回返回返回返回滤波电路的种类滤波电路的种类:按电路功能按电路功能:低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器按所用元件按所用元件:无源滤波器和有源滤波器无源滤波器和有源滤波器按阶数按阶数:一阶、二阶、一阶、二阶、高阶、高阶

35、 一、有源滤波器一、有源滤波器 所谓滤波器，它能使一定频率范围内的信号所谓滤波器，它能使一定频率范围内的信号顺利通过，而在此频率范围以外的信号衰减很大，顺利通过，而在此频率范围以外的信号衰减很大，不易通过。不易通过。返回返回RR1RFC+-+一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器返回返回返回返回称称0 0为截止角频率为截止角频率|Auf|Auf0|0.707|Auf0|0幅频特性曲线幅频特性曲线O返回返回 二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器RR1RFC+-+CR阶数越高，幅频特性曲阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器线越接近理想滤波器|Auf|Auf0|理想低通理想低通一阶低通一阶低通二阶低

36、通二阶低通O返回返回二、采样保持电路二、采样保持电路RC+-+S控制信号控制信号控制信号控制信号ui/uot采样采样采样采样采样采样保持保持保持保持保持保持 采样保持电路能采样保持电路能快速而准确地跟随快速而准确地跟随输入信号的变化进输入信号的变化进行间隔采样。行间隔采样。OO三、电压比较器三、电压比较器 过零比较器过零比较器 比较器是一种用来比较输入信号比较器是一种用来比较输入信号ui和参考电和参考电压压UR的电路。的电路。uiRRPuououi+UOMUOMu+u时，时，即即ui 0，uoUOMui 0 负饱和负饱和uo UOM uoui+UOMUOM返回返回O若若ui为正弦波为正弦波 u

37、ituotUOM+UOMuo为方波为方波 关于关于UOM 饱和电压饱和电压UOM UCC 返回返回OO 任意电平比较器任意电平比较器 限幅措施限幅措施 uiRRPuoUZui 0 负饱和负饱和uo(UZ+UD)uoui+UZUZui UR 负饱和负饱和uo UZ uoui+UZUZUR uiR1R2uoUZUR返回返回OO常用集成比较器常用集成比较器LM311电压比较器电压比较器12348765+V+GNDV返回返回 比较器的特点及分析方法比较器的特点及分析方法 比较器中运放处于开环或正反馈状态，输入比较器中运放处于开环或正反馈状态，输入与输出之间成非线性关系，因此虚短等深度与输出之间成非线性

38、关系，因此虚短等深度负反馈概念不再适用，仅在判断临界状态时负反馈概念不再适用，仅在判断临界状态时才适用。才适用。uT=UR临界电压，可称为门槛电平临界电压，可称为门槛电平 ui=UT时，时，u+=u，uo=0在在 ui UT 和和 ui UT 两两种种不不同同情情况况下下，比比较较器器输输出出两两个个不不同同的的电电平平（高高、低低），当当ui变化经过变化经过UR时，输出发生跃变。时，输出发生跃变。返回返回比较器的分析应从输出跳变时所对应的输入比较器的分析应从输出跳变时所对应的输入电压值（即阀值电压值）来分析输入输出之电压值（即阀值电压值）来分析输入输出之间的关系。间的关系。ui 3V 正饱和

39、正饱和uo+4.7 uo/Vui/V4.74.73 3VR1R2uo4Vui返回返回例例1、比较器电路如图，试画出电路传输特性曲比较器电路如图，试画出电路传输特性曲线。稳压管正向导通电压线。稳压管正向导通电压0.7V。O例例2、电电压压比比较较器器电电路路如如图图所所示示，已已知知运运放放UOM=15V,UZ=7V,稳压管正向电压忽略稳压管正向电压忽略 (1)画出电压传输特性画出电压传输特性uo=f(ui)曲线。曲线。(2)若若在在输输入入端端加加入入如如图图所所示示正正弦弦曲曲线线，试试画画输出电压波形。输出电压波形。uiR1Ruo2VRU+=(2/2R)R=1V ui=u1V uo=UZ=

40、7V ui=u1V uo=+UZ=7V解：解：ui/Vt4uo/Vui/V+7711uo/Vt7+7返回返回OOO例例3、电路如图所示，已知运放电路如图所示，已知运放UOM，画出电压，画出电压传输特性传输特性uo=f(ui)曲线。曲线。解：解：u 0 负饱和负饱和uo UOM u0，ui=UTuoui+UOMUOMUT uiR2RPuoR1UR返回返回O第七节第七节 集成运放在信号产生方集成运放在信号产生方面的应用面的应用 正弦信号发生器正弦信号发生器 非正弦信号发生器非正弦信号发生器返返 回回一、正弦信号发生器一、正弦信号发生器返回返回1自激振荡的条件自激振荡的条件1S2当开关当开关S接在接

41、在“1”端时端时开关开关S换接到换接到“2”端端放大器的输出电压将保持不变放大器的输出电压将保持不变 放大器不需外接输入电压信号，而是通放大器不需外接输入电压信号，而是通过合适的正反馈来维持一定的输出电压，就过合适的正反馈来维持一定的输出电压，就可以形成自激振荡。可以形成自激振荡。返回返回要产生自激振荡必须满足两个条件要产生自激振荡必须满足两个条件 振幅条件振幅条件 相位条件相位条件返回返回起振过程起振过程电路接电路接通电源通电源输入端产生输入端产生微小的电压微小的电压变化量变化量产生正产生正反馈反馈满足相位平衡条满足相位平衡条件的频率的信号件的频率的信号输出信号输出信号被放大被放大电路开电路

42、开始振荡始振荡稳幅稳幅振荡振荡返回返回2RC桥式正弦信号发生器桥式正弦信号发生器 R+RfR1 C RCUo选频选频网络网络放大器放大器返回返回 选频网络选频网络R RC CR RC C返回返回 当当 =0时，时，RC串并联电路的串并联电路的幅频特幅频特性的幅值为最大性的幅值为最大F13，相频特性的相相频特性的相角为角为0。返回返回幅频特性幅频特性013相频特性相频特性090900的大小取决于的大小取决于RCOO返回返回二、非正弦信号发生器二、非正弦信号发生器1方波发生器方波发生器 方波发生器是一种能直接产生方波或矩形方波发生器是一种能直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生器，又称为多谐振荡器。

43、波的非正弦信号发生器，又称为多谐振荡器。若若uo=+UZ+RfR2R1CuCuoUZuRuo=UZC充电充电,uC 当当uCUR时时C放电再反向充电放电再反向充电,uC 当当uCUR时时uo=UZ返回返回OURuCtURUZuoOt UZ T波形图波形图周期周期T的大小的大小与与Rf、C、R1、R2有关系有关系返回返回+R2R1CuoVD1VD2RP1RPRP2RUZ2.占空比可调的矩形波波发生器占空比可调的矩形波波发生器 积分电路中串积分电路中串入了入了RP，使得，使得C的的正向、反向充电时正向、反向充电时间常数不相等，间常数不相等，调节调节RP就可调就可调节矩形波的占空比节矩形波的占空比。返回返回3三角波发生器三角波发生器+R5R2CuoUZ+R4R1uo1R3RA1过零过零 比较器比较器A2反相反相 积分器积分器t0时，时，uo0 ，设设uo1 UZ电容电容C充电，充电，uo下降下降A1A2返回返回电容电容C反向充电，反向充电，uo上升上升当当u1下降至下降至0时，时，A1翻转翻转 uo1 UZ当当u1上升至上升至0时，时，A1再次翻转再次翻转 uo1 UZ返回返回OuotUZuoOt UZ 波形图波形图