集成运放的应用.ppt

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1、集成运放的应用,网络资源：中国学术期刊全文数据库：我校校园网可以直接访问，里面收录了八百多万篇各种各样的学术论文，涵盖了所有的技术内容。是武汉力源公司的技术资料网站，大部分芯片的数据手册几乎都可以找到。是一个分栏目分应用提供技术资料的网站，主要包括传感与控制；单片机；模拟技术；EDA/PLD；嵌入式系统；电源技术；存储器；DSP；接口电路；无线通信；电测仪表等。是专业芯片供应网站，为芯片的购买提供方便。,参考资料,电子电路设计的基本方法,1）必须清楚地知道题目要求我们做什么-即读懂题 明确设计任务的性能、指标、内容、要求，尽可能对一些参数细化，如果有些参数暂时确定不下来，在选择设计方案时要考虑

2、一些余量。2）要明确知道实现该题目我们该怎么做-即方案选择利用电路、电子课程所学基本知识，借助网络信息资源，查找电路设计所需要的材料。将材料归类处理，结合所需要达到的设计目标，根据性价比以及电路实现的难易程度、集成电路购置的情况，选择最佳方案，完成电路设计。画出总体方框图。,电子电路设计的基本方法,3）开始行动-即模块设计、参数计算、器件选取、安装及调试 设计单元电路：尽可能利用已经成熟的电路、集成电路、集成电路生产厂家提供的典型电路，与其他电路之间的配合。计算参数：考虑裕量选择元器件：阻容元件选用标称值系列产品，极限参数要留有裕量，一般按1.倍取值，型号取材上尽可能统一，以便采购、装配和调试

3、。安装调试单元电路：在面包版上或万能板上完成。检查接线正确后上电调试。通过调试发现问题、深入思考、分析原因、改进设计，使性能指标达到要求。联机统调：整个系统总体运行，联合调试，发现问题解决问题。4）整理资料-即撰写报告,一般低频电子电路可有分立元件和集成电路两种构成方法，由于集成电路简单、性价比高、调试方便，因此被广泛采用。,按工作原理,电压放大型：输入量与输出量均为电压电流放大型：输入量与输出量均为电流跨导型：输入量为电压，输出量均为电流互阻型：输入量为电流，输出量均为电压,按可控性,可控增益:利用外加控制电压控制增益的大小选通控制:输入为多通道，利用输入的逻辑信 号控制那个通道的信号放大,

4、集成运放的种类及选择,按性能指标,高 阻 型：rid可高于1012。用于测量放大器、信号发生器。高 速 型：fH和SR高，fH可达1.7GHz，SR可达 103V/S。用于A/D、D/A转换电路、视频放大器。高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益，Aod高于105dB。用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。低功耗型：工作电源电压低、静态功耗小，在100200W。用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。大功率型、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器,集成运放的种类及选择,运算放大器图片,理想运算放大器及其模型,简化的集成运放低频等效模型,1、开环差模放大倍数无限大：Aod2、差模输入电阻无限

5、大：rid3、输出电阻为零：ro04、单位增益带宽无限大：fBW 5、共模抑制比无限大：KCMR 6、失调电压UIO，失调电流IIO为零：UIO 0，IIO 0,运算放大器构成的信号运算和处理电路,集成运放的应用,运算放大器构成的信号产生电路,运算放大器构成的信号变换电路,+,_,虚断：iN=iP=0，虚短：uN=uP=0虚地,在节点N：,一、反相比例运算电路,1.基本电路,_,为提高精度，一般取,输出与输入反相,平衡电阻，保证静态时两输入端对称。,运算放大器构成的信号运算和处理电路,2.T形反馈网络反相比例运算电路,利用R4中有较大电流来获得较大数值的比例系数。,i1,一、反相比例运算电路,

6、1、同相比例基本运算电路,2、电压跟随器,R=R/Rf,二、同相比例运算电路,运算放大器构成的信号运算和处理电路,方法一：节点电流法,1.反相求和运算电路,三、求和运算电路,运算放大器构成的信号运算和处理电路,方法二：利用叠加原理 首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。,运算放大器构成的信号运算和处理电路,1.反相求和运算电路,设 R1 R2 R3 R4 R Rf,与反相求和运算电路的结果差一负号,必不可少吗？,2.同相求和运算电路：,节点电流法求,由于RN=RP，,三、求和运算电路,设 R1 R2 R3 R4 R Rf,利用叠加

7、原理求解：令uI2=uI3=0，求uI1单独作用时的输出电压,同理可得，uI2、uI3单独作用时的uO2、uO3，形式与uO1相同，uO=uO1+uO2+uO3。,2.同相求和运算电路,三、求和运算电路,利用求和运算电路的分析结果,设 R1 R2 Rf R3 R4 R5,若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?,实现了差模信号的比例运算,四、加减运算电路,表示输出电压uO为与两输入电压之差（uI2-uI1）成正比，实现了求差的功能。,五、运算放大器组成的仪表放大电路,六、积分运算电路,在求解t1到t2时间段的积分值时：,移相,利用积分运算的基本关系实现不同的功能,1)输入为阶跃信号时的输出

8、电压波形？,2)输入为方波时的输出电压波形？,3)输入为正弦波时的输出电压波形？,波形变换,线性积分，延时,七、微分运算电路,输入为阶跃信号时的输出电压波形？,说明微分电路对输入信号的突变比较敏感，常用于自动控制系统中，提高系统的动态灵敏度。,由于输入信号源内阻的影响，在t=0时，输出电压仍为一个负的有限值，随着C的充电，输出电压将逐渐衰减，最后趋于零。,输出与输入成比例-积分关系，称为比例-积分调节器，简称PI调节器，常用于自动控制系统中，作为校正电路，保证系统的稳定性和控制精度。,输出与输入成比例-积分-微分关系，称为比例-积分-微分调节器，简称PID调节器，常用于自动控制系统中，保证系统

9、的稳定性、控制精度以及对输入信号的灵敏度。,对输入电压的极性和幅值有何要求？,实用电路中常常采取措施消除IS对运算关系的影响,利用PN结端电压与电流的关系,八、对数运算电路,注意：uI必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏,对输入电压的极性和幅值有何要求？,九、指数运算电路,要求,以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路，常采用热敏电阻。,十、除法运算电路,只有当ux2为正极性时，才能保证运算放大器是处于负反馈工作状态，而ux1则可正可负。,模拟乘法器的符号,十一、开平方电路,十二、低通滤波器和高通滤波器,1.RC正弦波振荡电路,此时若放大电路的电压增益为,用瞬时极性法判断可知，电路满

10、足相位平衡条件,则电路满足振幅平衡条件,电路可以输出频率为 的正弦波,(+),(+),(+),(+),运算放大器构成的信号产生电路,带稳幅环节的RC正弦波振荡电路,电流增大时，二极管的动态电阻rd减小；电流减小时，二极管的动态电阻rd增大，使输出电压稳定。,此时，,频率可调的文氏电桥振荡器,改变电位器滑动端可以产生几赫兹到几百千赫的振荡频率。,同轴电位器,运算放大器构成的信号产生电路,2.双T选频网络正弦波振荡电路,运算放大器构成的信号产生电路,3.正交信号发生器,运算放大器构成的信号产生电路,运算放大器构成的信号产生电路,4.单限比较器,输出限幅电路,(1)过零比较器,UT0,UO=VCC,

11、电压传输特性,输入端 限幅电路,运算放大器构成的信号产生电路,讨论：（1）若UREF0，则UT 0（2）若uI作用在同相端，则改变曲线跃变方向（3）若改变输出限幅电路，则改变UOL、UOH,4.单限比较器,设UREF0,作用于反相输入端,(2)一般单限比较器,运算放大器构成的信号产生电路,5.滞回比较器,(1)反相滞回比较器,5.滞回比较器,(2)同相滞回比较器,常见的非正弦波,矩形波,三角波,锯齿波,尖顶波,阶梯波,矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。,6.非正弦波发生器,运算放大器构成的信号产生电路,脉冲宽度,(1)矩形波发生器,正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。,(

12、2)占空比可调电路,(3)三角波发生器,RW的滑动端在最上端和最下端时的波形？,(4)锯齿波发生器,RwR3,7.阶梯波发生器,7.阶梯波发生器,运算放大器构成的信号变换电路,1.正弦波-矩形波变换电路,运算放大器构成的信号变换电路,2.矩形-三角波变换电路,运算放大器构成的信号变换电路,3.矩形波-锯齿波变换电路,利用电子开关改变比例系数,微分电路,如何得到？,电子开关电路,uC为低电平，开关断开，uO=uI；uC为高电平，开关闭合，uO=-uI。,4.三角波-锯齿波变换电路,运算放大器构成的信号变换电路,若输入信号的频率变化不大，则可用滤波法实现。,三角波用傅立叶级数展开，除基波外，还含有

13、3次、5次谐波。,5.三角波-正弦波变换电路,运算放大器构成的信号变换电路,若输入信号的频率变化较大，则可用折线法实现。,fH3fL,电阻的选取应保证u1u2u3,5.三角波-正弦波变换电路,运算放大器构成的信号变换电路,运算放大器构成的信号变换电路,6.精密半波整流电路,运算放大器构成的信号变换电路,6.精密半波整流电路,运算放大器构成的信号变换电路,7.精密全波整流电路,运算放大器构成的信号变换电路,7.精密全波整流电路,运算放大器构成的信号变换电路,8.电流-电压变换电路,运算放大器构成的信号变换电路,8.电流-电压变换电路,运算放大器构成的信号变换电路,8.电流-电压变换电路,运算放大

14、器构成的信号变换电路,9.电压-电流变换电路,运算放大器构成的信号变换电路,9.电压-电流变换电路,运算放大器构成的信号变换电路,10.输出电流增大电路,11.交流-直流变换电路,12.电流检测电路,13.峰值检测电路,集成功率放大电路,简单电压放大器的设计,电路如下所示，要求直流输入电压Ui=0.5V时，输出电压Uo=5V，误差不超过1%。试计算图中各电阻值。,设计要求,解题过程,解题过程,高精度数据放大器的设计,高精度数据放大器能完成系统对小信号放大的要求。试设计一个放大器，能将传感器输出的5mV信号转换为2V的信号。要求画出原理图，说明参数设计过程。,设计要求,一、电路选择,放大电路种类

15、很多，能将微弱信号进行放大，常采用高精度数据放大器，如下图所示。电路中A1和A2的失调电压的大小和方向相同，可以互相抵消，所以精度比较高。,二、参数计算,三、器件选择,波形发生器的设计,设计振荡频率为500Hz的方波-三角波发生器，要求方波输出电压为12V，三角波输出电压为6V。要求写出设计思路、电路结构、元器件参数的计算过程，并选择适当的方法对所设计的电路进行分析、测试；若测试结果不满足设计要求，调整电路结构或改变电路元器件参数，直至测试结果符合设计要求。,设计要求,1、设计思路,设计波形发生器电路通常考虑两个方面的因素：一是选择什么样的输出波形电路，其次是确定该电路的振荡频率。对于10KH

16、z以下的振荡电路，通常对器件（即运放性能）要求不高，选择余地较大。当要求的工作频率较高时，需要考虑性能较好的专用集成运算放大器。在确定振荡频率时，应先选择积分电容的大小，一般在0.01uF-0.33uF之间，然后再确定电阻的大小，一般在几k-100k之间。,2、确定电路形式,一般来说，方波-三角波发生器是由一个迟滞比较器和一个积分电路组成，电路框图如下：,3、电路结构,4、计算元件参数,5、取元器件，画电路图，仿真分析,6、结论,从仿真设计过程可以看出，在Multisim环境下进行电路的仿真实验，与实际动手进行实验有很多相同之处，而且更加方便快捷，其仿真结果对实际电路设计是一个很好的参考。但我

17、们不能过分的依赖仿真软件，毕竟现实环境中有很多干扰因素。,7、报告,一律用word文档书写，包括以下几个部分：摘要（中英文）（1）方案论证与比较：包括常见的方法；比较、论证、确定方案。（2）系统设计：包括总体设计（画出设计电路的方框图）；各模块设计及参数计算；软件系统设计（流程图、程序清单等）；系统设计图（整个电路的系统图）。（3）调试：包括硬件调试、软件调试和联机调试。电路级先模块调试、再互连调试；单片机软件先在小系统上调试，确保外部存储器工作正常外，在与硬件系统联调。（4）指标测试：主要按照设计要求进行，包括使用的测试仪器、指标的具体测量值等。（5）结论：主要是阐述基本要求和发挥部分完成的

18、情况，并列表说明。,作 业,设计任务：利用运算放大器设计一个如下图所示功能的电路，能产生正弦波信号和三角波信号，并将这两路信号按一定的关系进行相加、滤波、放大和比较的电路，具体要求如下：1、基本部分(1)三角波发生器：T=0.1ms10%，Vp-p=2V10%(2)加法器：Ui2=7Ui1+Uo1(3)选频滤波器：f02=100Hz，低通(4)比较器：Vp-p=2V10%,作 业,2、发挥部分(1)自制正弦波信号发生器代替图中的低频信号源(2)正弦信号发生器峰-峰值：0.5V(3)正弦信号发生器频率：100Hz(4)增加比较器输出信号的稳定度3、设计要求(1)系统电源不得超过5V(2)使用Mu

19、ltisim仿真软件4、设计报告(1)按照技术指标和要求，设计完整的系统框图及电路图(2)电路参数计算及方案论证(3)电路模块的分析(4)系统指标的测量(5)收获与体会,作 业,要求设计满足如图所示波形关系的电路，已知输入信号ui=100sint(mV)，要求uo1=1000sint(mV)，uo2是频率为1KHz，峰峰值为20V的方波。,作 业,研究仪表放大器的性能。自己选取电路参数，设计一个电压放大倍数为500倍的交流放大器，测量电路的差模电压放大倍数、工模电压放大倍数和幅频特性。,假设差模输入为1KHz，30mV；共模输入为1KHz，2V,作 业,设计一信号放大电路，要求闭环放大倍数为500，输入电阻大于2M，已知输入信号ui20mV，频率f10KHZ，运放单位增益上限频率为1MHz，输入电阻1 M。如果只对输入信号中1KHz-2KHz的信号进行放大，电路应做何改进？,