集成运算放大器的基本应用课件.ppt
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1、,目 录,*7.1.9精密整流电路,7.1集成运算放大器的线性应用,7.1.1比例运算电路,7.1.2加法运算电路,7.1.3减法运算电路,7.1.4积分运算电路,7.1.5微分运算电路,7.1.6电压电流转换电路,7.1.7电流电压转换电路,7.1.8有源滤波器,1,7.2 集成运放的非线性应用,7.2.1单门限电压比较器,7.2.2滞回电压比较器,7.3 集成运放的使用常识,7.3.1 合理选用集成运放型号,7.3.2 集成运放的引脚功能,7.3.3 消振和调零,7.3.4 保护,2,本章重点:,1. 集成运算放大器的线性应用:比例运算电路、加减法运算电路、积分微分运算电路、一阶有源滤波器
2、、二阶有源滤波器,2. 集成运算放大器的非线性应用:单门限电压比较器、滞回比较器,3,本章难点:,3. 集成运算放大器的组成与调试,1. 虚断和虚短概念的灵活应用,2. 集成运算放大器的非线性应用,集成运算放大器(简称集成运放)在科技领域得到广泛的应用,形成了各种各样的应用电路。从其功能上来分,可分为信号运算电路、信号处理电路和信号产生电路。从本章开始和以后的相关章节分别介绍它们的应用。,4,7.1集成运算放大器的线性应用,5,虚短:,虚断:,因为有负反馈,利用虚短和虚断,反馈方式:,电压串联负反馈,7.1集成运算放大器的线性应用,1. 同相比例运算电路,7.1.1比例运算电路,i1=if,u
3、-= u+,i-=i+= 0,6,第7章 集成运算放大器的基本应用,2. 反相比例运算,i-=i+= 0(虚断),因为有负反馈,利用虚短和虚断,u+ =0,u=u+=0(虚地),电压放大倍数:,反馈方式:,电压并联负反馈,7.1集成运算放大器的线性应用,i1=if,(7-2),7,【例7-1】两级运放放大电路如图7-3所示,求该电路的闭环电压增益。,7.1集成运算放大器的线性应用,解:,8,7.1集成运算放大器的线性应用,第一级放大电路的放大倍数:,第二级放大电路的放大倍数:,总增益:,因为Rf=0,R1=所以为电压跟随器,9,7.1.2加法运算电路,7.1集成运算放大器的线性应用,若R1 =
4、R2 =R,i1 + i2= if,i-=i+= 0(虚断),u-=u+= 0(虚地),虚地,(7-3),10,7.1集成运算放大器的线性应用,【例7-2】在图7-4电路中,设R1=220k ,运放的最大输出电压UOPP=12V ,电路的输出电压为 uo=-(10ui1+22ui2)。 (1) 确定R1、R2和 R的阻值; (2) 若ui2=0.5V ,求 ui1的允许变化范围。,解:,(1)由,得,图7-4 反相求和电路,11,(2)由于该运放的Vopp=12V ,因此必须满足,12,7.1集成运算放大器的线性应用,7.1.3减法运算电路,叠加定理,ui1作用,ui2作用,叠加:,当R1=R
5、2=R3=Rf=R时,(7-4),13,7.1集成运算放大器的线性应用,【例7-3】图7-6是由三级集成运放组成的仪用放大器,试分析该电路的输出电压与输入电压的关系式。,解:,14,15,16,17,7.1集成运算放大器的线性应用,7.1.4积分运算电路,反相积分器:如果ui=直流电压U,输出将反相积分,经过一定的时间后输出饱和。,=,(7-6),(7-7),18,7.1集成运算放大器的线性应用,7.1.4积分运算电路 式(7-6)表明输出电压与积分时间t近似成线性关系,且是一条起始电压为零,终点电压为 的斜率为 的直线,波形如下图(a)所示。 当输入为方波信号时,输出则为三角波;当输入为正弦
6、信号时,输出则为余弦波信号,输出波形分别如下图(b)、(c)所示。,为限制电路的低频电压增高,通常将反馈电容C与电阻并联(见图7-9),当电路输入信号频率大于 时,电路为积分器。若输入信号的频率远低于fo,则电路近似为一个反相器,低频电压增益为,(7-8),19,7.1集成运算放大器的线性应用,积分时限,设Uom=15V,U=+3V, R1=10k ,C=1F,=0.05 (s),20,7.1集成运算放大器的线性应用,【例7-4】用集成运放741组成如图7-9(a)所示的积分电路,设 R=R=10K, Rf=510K ,C=0.05F,电路把Uom=10V ,f=1KHZ 的对称方波变换为三角
7、波,如图7-9(b)所示。 (1) 求输出三角波电压的幅值和积分误差=t/(2RiC) ; (2) 在无输入信号电压的情况下,运放输入端的失调电压为 Uio,求积分漂移电压Uo 。,图7-9 例7-4图,(a),(b),21,sdx,7.1集成运算放大器的线性应用,解: (1),输出电压为,即,(2),积分漂移电压为,22,7.1集成运算放大器的线性应用,7.1.5微分运算电路,u-= u+= 0,(虚短),23,7.1集成运算放大器的线性应用,阻塞现象:,对于基本的微分运算电路,当输入电压呈阶跃变化,或有大幅值脉冲干扰时,便会使集成运放内的放大管进入饱和或截止状态。当管子尚不能脱离上述两个状
8、态而已到放大状态 ,便出现阻塞现象。,此外基本微分运算电路易于产生自激振荡。,解决办法:,解决的办法是在输入端串联一个小阻值的电阻 ,以限制流过Rs 、Rf 上的电流,在反馈电阻 Rf上并联稳压二级管以限制输出电压,以保证集成运放中的放大管始终工作在放大区,不至于出现阻塞现象;在 Rf上并联小容量电容Cp 起到相位补偿作用,提高电路的稳定性。,24,7.1集成运算放大器的线性应用,实用的微分运算电路,图7-11 实用微分电路及波形,(a),(b),RsCT/2 (微分条件),25,7.1集成运算放大器的线性应用,由于电容C的容抗与频率成反比关系,结果是,输出电压随频率升高而增加。为限制电路的高
9、频增益,在输入端与电容C之间接入一小电阻Rs。,当输入频率低于,电路起微分作用,如果输入频率远高于上式,则电路近似于一个反相放大器,高频电压增益为,(7-10),(7-9),26,若微分电路输入电压为对称三角波,则输出电压为对称方波。上图为三角波方波变换电路,右图为三角波方波变换波形 。,27,7.1集成运算放大器的线性应用,7.1.6电压电流转换电路,能将输入电压变换为输出电流的电路,称为电压电流转换器,这种电路在自动控制系统,用它来驱动继电器、仪表等。,(1) 负载悬浮(负载未接地),(-11),28,7.1集成运算放大器的线性应用,(2) 负载未悬浮(负载接地),若满足关系,,则,(因为
10、 ),满足直流平衡条件R1/Rf=R2/RL,因此R1=Rf=R2=RL,(7-12),图7-13 电压电流转换器 (a),29,7.1集成运算放大器的线性应用,7.1.7电流电压转换电路,在光电检测装置中,需要把光电池输出的微弱电流转换成与之成正比的电压,这时就需要用到电流电压转换电路。,Uo= -ifRf = -i1Rf,(7-13),30,7.1集成运算放大器的线性应用,7.1.8有源滤波器,有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。但其工作频率较低,一般在几千赫以下。在频率由较高的场合,常采用C无源滤波器或固态滤波器。,滤波器的功能:对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号,而保留其
11、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),31,7.1集成运算放大器的线性应用,图7-15 各种滤波器的理想幅频特性,32,7.1集成运算放大器的线性应用,1. 一阶有源低通滤波器(LPF),传递函数中出现 的一次项,故称为一阶滤波器,传递函数:,(7-14),33,7.1集成运算放大器的线性应用,幅频特性:,相频特性:,幅频特性及幅频特性曲线,传递函数:,截止频率:,(7-15),34,7.1集成运算放大器的线性应用,3、,时:运放输出,带负载能力强。,电路特点:,图7-17 一阶低通滤波器的幅频特性,35,7.1集成运算放
12、大器的线性应用,2. 一阶有源高通滤波器(HPF),传递函数:,(7-16),(7-17),36,7.1集成运算放大器的线性应用,幅频特性及幅频特性曲线,幅频特性:,传递函数:,图7-19 一阶高通滤波器的对数幅频特性,其中,37,7.1集成运算放大器的线性应用,3.二阶有源低通滤波器(LPF),Aup=1+Rf/R1,传递函数中出现 的二次项,故称为二阶滤波器,(7-18),式中:,38,2022/12/2,39,以上两式表明,当21,在 f=f0处的电压增益将大于Aup,幅频特性在 f=f0 处将抬高。,当Aup3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
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