集成运放在信号的运算与处理上的应用.ppt
重点：,第九章 集成运放在信号的运算 与处理上的应用,1.比例运算电路,3.积分与微分电路,2.求和电路,目 录,9-5 模拟乘法器,9-4 对数与反对数电 路,9-3 积分与微分电路,9-1 比例运算电路,9-2 求和电路,9-6 电压比较器,线性放大区,9-1 比例运算电路,集成运放有线性区（放大区）和非线性区（饱和区）两部分,确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。,若有负反馈，则运放工作在线性区；若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。,集成运放电压传输特性,1.理想运放在线性工作区引入负反馈,理想运放工作在线性区特点：,a.理想运放的差模输入电压等于零,b.理想运放的输入电流等于零,由于 Rid=，两个输入端均没有电流，即,“虚断路”,信号的放大、运算电路,有源滤波电路,运放线性应用,2.理想运放在非线性工作区开环或引入正反馈,理想运放工作在非线性区特点：,当 uP uN时，uO=+UOM当 uP uN时,uO=-UOM,a.uO 的值只有两种可能,b.理想运放的输入电流等于零,“虚断”依然存在,实际运放 Aod，当 uP 与 uN差值比较小时，仍有 Aod(uP-uN)，运放工作在线性区，但线性区范围很小。,电压比较器,波形发生电路,运放的非线性应用,比例运算电路,作用：将信号按比例放大。,类型：同相比例放大和反相比例放大。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,i1=i2,(1)放大倍数,虚短路虚地,虚开路,1.反相比例运算电路,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。电压并联负反馈,(2)电路的输入电阻,Ri=R1,RP=R1/Rf,为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大Rf，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。,例：T型反馈反相比例运算电路求Au,i1=i2,虚短路虚地,虚开路,该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但R3的存在，削弱了负反馈。,2.同相比例运算电路,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。电压串联负反馈,虚短路,虚断路,此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。,特例：电压跟随器,结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。,电压跟随器是同相比例运算放大器的特例,若同相比例运算电路中Rf=0或R1=,则Auf=1,Uo=Ui,解出：,3.差动输入比例运算电路,虚短路,虚断路,差动放大器放大了两个信号的差,三种比例运算电路特点不同，见P229表,作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。,类型：同相求和和反相求和。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,1.反相求和运算电路,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,平衡电阻,9-2 求和运算电路,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,2.同相求和运算电路,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。,左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？,提示：1.虚开路：2.虚短路：3.节点电压法求uP。,虚短路,虚开路,虚开路,3.差动求和电路加减运算电路,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,例：设计一个加减运算电路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3,解:,(1)画电路。,系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。,(2)求各电阻值。,uo=10ui1+8ui2-20ui3,优点：元件少，成本低。,缺点：要求R1/R2/Rf=R3/R4/R6。阻值的调整计算不方便。,单运放的加减运算电路,改进：采用双运放电路。,4.双运放的加减运算电路,5.三运放电路,虚短路：,虚开路：,三运放电路是差动放大电路，放大倍数可变。由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。,1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。,2.关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。,3.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。,比例运算电路与加减运算电路小结,输入方波，输出是三角波。,1.积分运算电路,9-3 积分与微分运算电路,思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请自己计算。运放实验中请自己验证。,uN=uP=0,2.微分运算电路,非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系 uo=f(ui)是非线性函数。,由运放组成的非线性电路有以下三种情况：,1.电路中的运放处于非线性状态。,比如：运放开环应用或有正反馈,9-6 电压比较器,2.另一种情况，电路中的运放处于非线性状态，外围电路也有非线性元件（二极管、三极管）。,3.电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。,ui0时：,ui0时：,由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同，所以分析电路前，首先确定运放是否工作在线性区。,确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。,若有负反馈，则运放工作在线性区；若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。,处于非线性状态运放的特点：,1.虚短路不成立。2.输入电阻仍可以认为很大。3.输出电阻仍可以认为是0。,一、过零比较器:(UR=0时),例：利用电压比较器将正弦波变为方波。,过零比较器电路改进：用稳压管稳定输出电压。,特点：运放处于开环状态。,当ui UR时,uo=+Uom当ui UR时,uo=-Uom,1.若ui从同相端输入,二、单门限比较器,当ui UR时,uo=-Uom,2.若ui从反相端输入,1.下行滞回比较器,分析,1.因为有正反馈，所以输出饱和。,2.当uo正饱和时(uo=+UOM)：,UP,3.当uo负饱和时(uo=UOM)：,单限比较器结构简单，但抗干扰能力差,(1)没加参考电压的下行滞回比较器,三、滞回比较器,分别称UH和UL上下门限电压。称(UH-UL)为回差。,当ui 增加到UH时，输出由Uom跳变到-Uom；,当ui 减小到UL时，输出由-Uom跳变到Uom。,传输特性：,小于回差的干扰不会引起跳转。跳转时，正反馈加速跳转。,(2)加上参考电压后的下行滞回比较器,加上参考电压后的上下限：,下行滞回比较器两种电路传输特性的比较:,uP=0 时翻转，可以求出上下门限电压。,2.上行滞回比较器,当uP uN=0 时,uo=+UOM当uP uN=0时,uo=-UOM,(1)没加参考电压的上行滞回比较器,上下门限电压：,上下门限电压：,当uo=+UOM时：,当uo=-UOM时：,(2)加上参考电压后的上行滞回比较器,上行滞回比较器两种电路传输特性的比较:,滞回比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管。,思考题：如何计算上下门限电压？,四、窗口比较器：可以检测两个电平,
