武汉大学模电课件第六章.pptx

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1、概述+理想运放的特性1、开环电压增益Aod=2、差模输入电阻Rid=3、输入偏置电流IB1=IB2=04、输出电阻R0=05、共模抑制比KCMR=6、频带宽度BW=7、输入失调电压、输入失调电流以及它们的漂移均为零第1页/共61页集成运放的应用集成运放的应用按功能分类按工作区域分类放大信号传递，AV、AI、AR（V/I）、）、AG（I/V）运算处理滤波、峰值、有效值、绝对值、限幅比较判断电压大小信号产生正弦、方波、三角波（第9章）线性应用非线性应用电压比较器第2页/共61页线性应用的条件线性应用的条件 必须引入负反馈，用Xf抵消Xi，使Vid R3,R4(k)R4=99k R3=1k 第5页/

2、共61页二、同相放大器二、同相放大器电压串联负反馈虚短、虚断性能特点输入电阻大（Ri=）运放共模输入电压 vi对运放KCMR要求较高电压跟随器第6页/共61页三、电流与电压转换器三、电流与电压转换器RfvoRsRPi1RfvoR1R2i1R3电流电压转换器电压电流转换器第7页/共61页四、差动放大四、差动放大器器特点：电阻要配对、无虚地、电阻很大时才能获得高增益和高输入阻抗输入电阻虚短第8页/共61页五、仪器放大五、仪器放大器器第二级A3差分电路第一级A1、A2第9页/共61页6.2 集成运放组成的基本运算电路集成运放组成的基本运算电路反相比例加法同相比例加法反相器一、加减法电路第10页/共6

3、1页例例(1)求vO表达式(2)说明A1,A2各构成什么功能电路。解:第一级A1反相比例第二级A2反相加法利用反相信号求和以实现减法运算多级运放结构第11页/共61页例例求vO表达式解:方法一，虚短、虚断方法二，叠加定理vS1单独作用，vS2=0:vS2单独作用，vS1=0:反相比例同相比例第12页/共61页减法电路减法电路(1)(1)利用反相信号求和(2)(2)利用差分式电路分析方法小结：(1)(1)基本的虚短、虚断(2)(2)分解为基本电路（多个运放）(3)(3)叠加原理特点：有虚地、结构简单输入电阻小特点：电阻要配对、无虚地、输入电阻不等第13页/共61页例例求电压增益表达式解：A1、A

4、2为电压跟随器，所以对A3利用虚短、虚断有A4为反相比例解得：第14页/共61页 二、积分电路二、积分电路 特点：反相比例 Rf C 输出表达式推导：根据“虚短、虚断”，得反相积分运算方法二：C ZC=1/sC第15页/共61页voviRPRC例如，设R=10k，C=0.05F。在t=0时VCO=0。而v0经过+6V时，电子开关动作，若vi在t=0时，由0-3V，则解得T=1ms即延迟时间为1msvit-3VtvoT+6V用途用途（1）延迟：将积分电路的输出作为电子开关的输入。第16页/共61页vitvot（2）将方波变为三角波第17页/共61页voviRPRCiiC（3）移相900设输入信号

5、是正弦波，则vo比vi超前900，且这个相位差与频率无关，但输出电压的幅度随频率升高而下降。第18页/共61页iiR工作原理因输入端存在“虚地”，故而i也流过R，故电路存在的问题：（1）vo与vi成正比，vo对vi的变化非常敏感，故抗干扰能力差。（2）RC环节对于反馈信号具有滞后作用，它和运放电路的滞后作用合在一起，可能引起自激振荡。（3）当vi突变时，vo过大，严重时将使电路不能正常工作。voviRPRC改进措施：限流限制vo相位补偿三、微分电路三、微分电路第19页/共61页缺点：（1）因VT和IS是温度的函数，故运算精度受温度的影响。（2）小信号时与1相差不多，因而误差大。（3）大电流时，

6、伏安特性与PN结方程差别大，故上式只在小电流时成立。1、对数电路iRiD工作原理voviRPRD设vi0，D导通，则有四、对数和反对数电四、对数和反对数电路路 第20页/共61页iRiDvoviRPRD以三极管代替二极管，以获得较大的工作范围。时时而voviRPRiRiC注意：vi必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏改进措施：改进措施：第21页/共61页vivoRPRDifi1vivoRPRifiC2、指数运算电路、指数运算电路 第22页/共61页五、综合运算电路加减法运算器反对数运算器vo对数运算器vi3lnvi3对数运算器vi2lnvi2对数运算器vi1lnvi1同相运算器mlnvi1反

7、相运算器-nlnvi2第23页/共61页6.3 集成电压比较器集成电压比较器一、电压比较器的作用，+单限电压比较器分类：滞回（迟滞）电压比较器窗口电压比较器电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路第24页/共61页1、单门限电压比较器、单门限电压比较器特点：开环，运放工作在非线性状态下工作原理：传输特性：直观逻辑1（高电平）逻辑0（低电平）第25页/共61页其他电路：其他电路：同相比较反相比较同相过零比较器反相过零比较器同(c)图（虚断）第26页/共61页分析任务及方法分析任务及方法求传输特性方向输出电平VOH、VOL门限电压Vth同相和反相Vom(运放线性范围=VCC-VCES)Vom=V

8、CC(忽略饱和压降)Vom=VZ(稳压电路)输出vO翻转时相应的输入电压显然当v+v-时状态翻转，可用虚短、虚断第27页/共61页分析举例分析举例1设运放是理想的，且VREF=-1V,VZ=5V，试求门限电压Vth，画出传输特性解:求门限电压Vth利用虚短、虚断画传输特性由稳压管电路，得：VO=VZ=5V。vI反相端反相电压比较器第28页/共61页比较器的应用比较器的应用基本应用判断电压大小，如安全监控等获取周期T 过零比较器第29页/共61页 波形整形波形整形应为高电平错误电平单门限比较器的抗干扰能力差第30页/共61页 2、滞回电压比较器滞回电压比较器特点：正反馈，显然在非线性状态，输出只

9、有2种状态工作原理：vI最大（vI+6V）vI居中（-6V vI+6V）vI最小（vI vF时vO vO=VZRC反向充电vC vF=-FVZ当vCvF时vO 周而复始，形成振荡第37页/共61页波形波形4.计算周期问题：能否调整占空比，产生矩形波？第38页/共61页占空比可变的方波产生电路占空比可变的方波产生电路问题：能否同时产生方波和三角波？第39页/共61页反相迟滞比较器RC积分环节锯齿波产生电路锯齿波产生电路方波、三角波产生电路电路变换反相积分电路同相迟滞比较器第40页/共61页例题例题求振荡频率；画出vO1、vO的波形。反相积分电路同相迟滞比较器第41页/共61页tvO20vO10t

10、求振荡频率；画出vO1、vO的波形。第42页/共61页6.4 有源滤波电路有源滤波电路一、基本概念滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置。有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。滤波电路滤波电路滤波电路传递函数定义时，有模，幅频响应相位角，相频响应时延响应为第43页/共61页低通（LPF）用于工作信号为低频（或直流），并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合整流后滤波。高通（HPF）用于信号处于高频，并且需要削弱低频的场合阻容放大器的耦合。带通（BPF）用于突出有用频段的信号，削弱其它频段的信号或干扰和噪声载波通信。带阻（BEF）用于抑制干扰。全通（APF

11、）通阻通Av阻通Av通阻Av阻阻通Av2、分类、分类按幅频特性分按幅频特性分类类第44页/共61页无源滤波电路：由无源元件R、L、C组成的滤波电路。有源滤波电路：由晶体管和R、C网络组成的滤波电路。RviRLCvoviRLCLvo4、由集成运放（工作在线性区）和RC网络组成的有源滤波电路的优点：（1）体积小，重量轻，不需要加磁屏蔽。（2）电路中的集成运放可加串联负反馈，使ri高，ro低。（3）除了有源滤波作用外，还可以放大，而且放大倍数容易调节。3、无源滤波电路和有源滤波电、无源滤波电路和有源滤波电路路第45页/共61页1、低通滤波器RviCvo最简单的滤波电路缺点：带负载的能力差，例如R=2

12、7k，RL=3k，对直流而言，vo只有vi的十分之一，而当RL断开时，vo=vi，其中当为了提高带负载的能力，可以减小R，提高C，但这不现实，此时可以加电压跟随器，以提高带负载的能力。二、一阶二、一阶RC有源滤波电路有源滤波电路第46页/共61页传递函数特征角频率幅频相应为一阶一阶RC有源低通滤波电有源低通滤波电路路第47页/共61页可由低通和高通串联得到必须满足3、带通滤波电路低通特征角频率高通特征角频率2、高通滤波电高通滤波电路路第48页/共61页可由低通和高通并联得到必须满足一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频程），与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求不高的场合。4.带

13、阻滤波电带阻滤波电路路第49页/共61页1.压控电压源低通滤波电路压控电压源电路（VCVS）对于滤波电路，有得滤波电路传递函数（二阶）三、二阶有源滤波电路三、二阶有源滤波电路第50页/共61页称为通带增益称为特征角频率称为等效品质因数则滤波电路才能稳定工作注意：第51页/共61页归一化的幅频响应相频响应用代入，可得传递函数的频率响应第52页/共61页归一化的频率响应波特图归一化的频率响应波特图直流时的幅频响应电压增益下降-40db在Q0.707和=n时，出现-3db的转折点第53页/共61页将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。传递函数归一化的幅频响应滤波电路才能稳定工作2.压控电压源

14、高通滤波电压控电压源高通滤波电路路第54页/共61页归一化的幅频响应波特图归一化的幅频响应波特图第55页/共61页可由低通和高通串联得到3.压控电压源带通滤波电压控电压源带通滤波电路路令传递函数第56页/共61页归一化的幅频响应波特图归一化的幅频响应波特图第57页/共61页双T T选频网络4.4.双双T T带阻滤波电路带阻滤波电路第58页/共61页双双T带阻滤波电路带阻滤波电路第59页/共61页小小 结结1、理想运放工作时，两输入端之间的电压差为零，输入电流为零；2、运放有两种工作状态：线性和非线性；3、运放的两种基本电路为同相放大器和反相放大器；4、利用运放的两种基本电路可以组成运算电路（加减法、积分、微分、对数、反对数、乘法器等）5、运放与电阻电容可构成滤波器电路，实现对频率的选择作用。第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页