集成运算放大器及其应用电路(已修改).ppt

第六章 集成运算放大器及其应用电路,第六章 集成运放的应用电路,6.3 集成电压比较器,6.2 集成有源滤波器,6.1 集成运放应用电路的组成原理,第六章 集成运放的应用电路,6.1 集成运放应用电路的组成原理,根据集成运放自身所处的工作状态，运放应用电路分：线性应用电路和非线性应用电路两大类。,线性应用电路,Z1或Zf采用非线性器件（如三极管），则可构成对数、反对数、乘法、除法等运算电路。,Z1或Zf采用线性器件(R、C)，则可构成加、减、积分、微分等运算电路。,组成：集成运放外加深度负反馈。,因负反馈作用，使运放小信号工作，故运放处于线性状态。,第六章 集成运放的应用电路,非线性应用电路,组成特点：运放开环工作。,由于开环工作时运放增益很大，因此较小的输入电压就可使运放输出进入非线区工作。例如电压比较器。,6.1.1 集成运放理想化条件下两条重要法则,因,则,因,则,关于虚短、虚断的说明：,第六章 集成运放的应用电路,相当于运放两输入端“虚短路”。,虚短路不能理解为两输入端短接，只是(v-v+)的值小到了可以忽略不计的程度。实际上，运放正是利用这个极其微小的差值进行电压放大的。,同样，虚断路不能理解为输入端开路，只是输入电流小到了可以忽略不计的程度。,相当于运放两输入端“虚断路”。,实际运放低频工作时特性接近理想化，因此可利用“虚短、虚断”运算法则分析运放应用电路。此时，电路输出只与外部反馈网络参数有关，而不涉及运放内部电路。,第六章 集成运放的应用电路,集成运放基本应用电路,反相放大器,（反馈类型：电压并联负反馈）,因,则,反相输入端“虚地”。,因,则,由图,输出电压表达式：,输入电阻：,输出电阻,因,因深度电压负反馈，,第六章 集成运放的应用电路,同相放大器,类型：电压串联负反馈,因,则,注：同相放大器不存在“虚地”。,因,由图,输出电压表达式：,输入电阻,输出电阻,因深度电压负反馈，,因,则,第六章 集成运放的应用电路,同相跟随器,由图得,因,由于,所以，同相跟随器性能优于射随器。,归纳与推广,当R1、Rf为线性电抗元件时，在复频域内：,反相放大器,同相放大器,得,注：拉氏反变换时,第六章 集成运放的应用电路,6.1.2 运算电路,加、减运算电路,反相加法器,因,则,因,则,即,整理得,说明：线性电路除可以采用“虚短、虚断”概念外，还可采 用叠加原理进行分析。,第六章 集成运放的应用电路,同相加法器,利用叠加原理：,则,减法器,令vs2=0，,则,令vs1=0，,第六章 集成运放的应用电路,积分和微分电路,有源积分器,方法一：利用运算法则,方法二：利用拉氏变换,拉氏反变换得：,第六章 集成运放的应用电路,有源微分器,利用拉氏变换：,拉氏反变换得,波形变换,输入方波,积分输出三角波,微分输出尖脉冲,第六章 集成运放的应用电路,对数、反对数变换器,对数变换器,利用运算法得：,由于,整理得,缺点：,vo受温度影响大、动态范围小。,vs必须大于0。,第六章 集成运放的应用电路,反对数变换器,利用运算法则得,由于,整理得,缺点：,vo受温度影响大。,vs必须小于0。,第六章 集成运放的应用电路,乘、除法器,因T1、T2、T3、T4 构成跨导线性环，,则,分析方法一：,由图,整理得,（实现乘、除运算）,分析方法二：,第六章 集成运放的应用电路,A4反对数放大器,第六章 集成运放的应用电路,6.1.3 仪器放大器,仪器放大器是用来放大微弱差值信号的高精度放大器。,特点：KCMR很高、Ri 很大，Av 在很大范围内可调。,三运放仪器放大器,由,得,由,得,由减法器A3得：,若R1=R2=R、R3=R5、R4=R6,整理得,6.1.4 精密整流电路,第六章 集成运放的应用电路,精密半波整流电路,利用集成运放高差模增益与二极管单向导电特性，构成对微小幅值电压进行整流的电路。,vI=0时 vO=0 D1、D2 vO=0,vI 0时 vO 0 D1、D2 vO=0,vI 0 D1、D2,vO=-(R2/R1)vI,工作原理：,输入正弦波,输出半波,精密转折点电路,第六章 集成运放的应用电路,由图，,vO 0 D1、D2,vO 0 D1、D2,则,戴文南等效电压源,6.3 有源滤波电路,第六章 集成运放的应用电路,有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。,滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号，保留下有用信号。,滤波器的分类：,低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BEF）,第六章 集成运放的应用电路,有源滤波器的频响,本节讨论由运放及RC元件构成的滤波器。,一阶有源低通滤波器,第六章 集成运放的应用电路,传递函数中出现 的一次项,故称为一阶滤波器,第六章 集成运放的应用电路,幅频特性及幅频特性曲线,相频特性：,电路特点:,第六章 集成运放的应用电路,二阶有源低通滤波器,第六章 集成运放的应用电路,，A0=1+RF/R1,传递函数中出现 的二次项,故称为二阶滤波器,，,二阶低通电路的幅频特性曲线,第六章 集成运放的应用电路,当Ao3时，Q=，有源滤波器自激。由于将C1接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。,以上两式表明，当21，在f=fo 处的电压增益将大于 Ao，幅频特性在f=fo处将抬高。,高通有源滤波器,第六章 集成运放的应用电路,1.一阶有源高通滤波器,幅频特性及幅频特性曲线,第六章 集成运放的应用电路,2.二阶有源高通滤波器,第六章 集成运放的应用电路,由此绘出频率响应特性曲线,(1)通带增益,(2)频率响应,其中：,，,结论：当ff0时，幅频特性曲线的斜率为+40 dB/dec；当AO3时，电路自激。,有源带通滤波器,第六章 集成运放的应用电路,可由低通和高通串联得到,必须满足,低通特征角频率,高通特征角频率,有源带阻滤波器,第六章 集成运放的应用电路,可由低通和高通并联得到,必须满足,第六章 集成运放的应用电路,6.4 集成电压比较器,电压比较器的作用,比较两输入信号大小，并以输出高、低电平来指示。,电压比较器的特点,输入模拟量，输出数字量。实现模拟量与数字量间的转换。,6.4.1 电压比较器的作用,电压比较器工作原理,只要开环Avd很大，则v+、v-间的微小差值，即可使运放输出工作在饱和状态。,v+v-时，vo=Vomax（正饱和值）,v+v-时，vo=Vomin（负饱和值）,v+=v-时，逻辑状态转换,因此,第六章 集成运放的应用电路,理想比较特性,vI VREF 时，vo=Vomax,vI VREF 时，vo=Vomin,vI=VREF 时，逻辑状态转换,理想特性,实际比较特性,实际特性,vI VREF-Vomax/Avd 时，vo=Vomax,vI VREF-Vomin/Avd 时，vo=Vomin,注：Avd 越大，比较特性越接近理想特性，VREF作为门限值的比较精度越高。,第六章 集成运放的应用电路,6.4.1 具有不同比较特性的电压比较器,单限电压比较器,特点：运放开环工作。,过零比较器,（VREF=0）,R1限流电阻，与D1、D2共同构成电平变换电路。,第六章 集成运放的应用电路,单限比较器,分析方法：,1）令v-=v+求出的输入电压vI 即门限电平。,2）分别分析vI大于门限、小于门限时的输出vO电平。,令,得门限电平,第六章 集成运放的应用电路,单限比较器优、缺点：,优点：电路结构简单，可不计有限KCMR的影响。,缺点：电路抗干扰能力差。,例如：过零比较器，当门限电平附近出现干扰信号时，输出会出现误操作。,第六章 集成运放的应用电路,迟滞比较器（施密特触发器）,令,得门限电平：,反相输入迟滞比较器,迟滞宽度：,第六章 集成运放的应用电路,同相输入迟滞比较器,令,得门限电平：,迟滞宽度：,将反相迟滞比较器中的vI与VREF交换，即得同相输入迟滞比较器。,迟滞比较器优点：,第六章 集成运放的应用电路,电路抗干扰能力强。,例：反相输入迟滞比较器的比较特性如图示，在已知输入信号时，试画输出信号波形。,第六章 集成运放的应用电路,窗孔比较器,第六章 集成运放的应用电路,对A2令,当0 0 D1、D2,得下门限,由A2令,当vI 0，且vI VREF1 时:vO1 0 D1、D2,得上门限,此时,第六章 集成运放的应用电路,窗口宽度,