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1、章集成运算放大器第节滤波器,16.1 集成运算放大器的简单介绍, 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用,16.3 运算放大器在信号处理方面的应用,16.4 运算放大器在波形产生方面的应用,目 录,第16章 集成运算放大器,章集成运算放大器第节滤波器,集成运算放大器：是一种高放大倍数、高输入 电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路,输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io ，输出阻抗 ro小。,中间级应有足够大的电压放大倍数,尽量减小零点漂移,尽量提高KCMRR , 输入阻抗 ri尽可能大,16.1 集成运算放大器的简单介绍,章集成运算放大器第节滤波器,输出级主要提高带负载能力，给出足够
2、的输出电流io ，输出阻抗 ro小。,中间级应有足够大的电压放大倍数,章集成运算放大器第节滤波器,输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io ，输出阻抗 ro小。,章集成运算放大器第节滤波器,F007（5G24）外引线图,接 线 图,顶 视 图,章集成运算放大器第节滤波器,运放的特点和符号,章集成运算放大器第节滤波器,运算放大器的传输特性,线性区很窄,所以运放在线性区工作,通常引入深度电压负反馈,章集成运算放大器第节滤波器,16.2 运算放大器在信号运算方面的应用,(1) 反相比例运算放大器,虚地点,i1=iF+ ib-=iF , ib- =0,ib+ =0,u+ =0,u=u+=0,平
3、衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):RP=R1/RF,F,章集成运算放大器第节滤波器,例题1. R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，RP应为多大？,Au=-（RF/R1）=-20/10=-2uo= Au ui=(-2)(-1)=2VRP=R1/RF=10/20=6.7 k,章集成运算放大器第节滤波器,反相比例运算放大器输入电阻及反馈方式：,反馈电阻,章集成运算放大器第节滤波器,(2) 同相比例运算放大器,u-= u+= ui,ib+ =0,ib- =0,iF=if,RP=Rf/RF,章集成运算放大器第节滤波器,例题2. Rf=10k , RF=20k , ui =
4、-1V。求:uo ，RP应为多大？,uo= Au ui=(3)(-1)=-3VRP=Rf/RF =10/20=6.7 k,章集成运算放大器第节滤波器,电压串联负反馈,同相比例运算放大器输入电阻及反馈方式：,输入电阻(高),章集成运算放大器第节滤波器,当RF=0时,Au=1,uo=ui,(3) 电压跟随器,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。,章集成运算放大器第节滤波器,(4) 差动放大器,ib+ =0,ib- =0,u- = u+,章集成运算放大器第节滤波器,以上电路的比较归纳：,1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比
5、较小。 反相输入的输入电阻小， 同相输入的输入电阻高。3.以上放大器均可级联,级联时放大倍数分别独立计算。,章集成运算放大器第节滤波器,例题3. R1=10k , R2=20k , ui 1=-1V， ui 2=1V 。求:uo,章集成运算放大器第节滤波器,例题3. 若ui1=sin t V， ui 2=1V ，求:uo,uo1= ui1= sin t V,uo2= ui2(1+R2/R1)=3V,章集成运算放大器第节滤波器,(5) 反相求和算：,虚地,若R1 =R2 =R,取RP= R1/ R2/RF,i1 + i2= iF,章集成运算放大器第节滤波器,(6) 同相求和运算：,取R1/R2=
6、RF/Rf,章集成运算放大器第节滤波器,(7) 微分运算：,u-= u+= 0,ib- =0,章集成运算放大器第节滤波器,章集成运算放大器第节滤波器,(8) 反相积分运算,uc = -uo,u-= u+= 0,章集成运算放大器第节滤波器,反相积分器：如果u i=直流电压U,输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。,积分时限,设Uom=15V,U=+3V, R=10k ,C=1F,章集成运算放大器第节滤波器,反相积分器：如果ui =-U=-3V，画出uo的波形图。,设Uom=15V,U=3V, R=10k ,C=1F,章集成运算放大器第节滤波器,应用举例：输入方波，输出是三角波。,章集成运算放
7、大器第节滤波器,运算电路要求,1.熟记前8种基本运算电路的电路图及放大倍数公式。2. 以上基本运算电路级联后输出的计算。3. 会用 ib- =0, ib+ =0, u+ = u- 分析给定运算电路的 放大倍数。,章集成运算放大器第节滤波器,16.3 运算放大器在信号处 理方面的应用,滤波电路的种类:,低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器,16.3.1、 概述,章集成运算放大器第节滤波器,传递函数：,幅频特性,相频特性,传递函数、幅频特性,章集成运算放大器第节滤波器,滤波器分类(按频率特性进行分类)：,低通,高通,带通,带阻,章集成运算放大器第节滤波器,一阶RC低通滤波器(无源),章集成运算
8、放大器第节滤波器,幅频特性、幅频特性曲线,章集成运算放大器第节滤波器,通频带宽度(带宽),带宽:0 - 0,设R=10k,C为下列各值时的带宽:,C fo1F 16Hz0.047 F 340Hz0.01 F 1600Hz,章集成运算放大器第节滤波器,16.3.2 有源滤波器,传递函数中出现 的一次项,故称为一阶滤波器,章集成运算放大器第节滤波器,相频特性：,幅频特性及幅频特性曲线,章集成运算放大器第节滤波器,电路特点:,章集成运算放大器第节滤波器,2. 一阶有源高通滤波器,章集成运算放大器第节滤波器,幅频特性及幅频特性曲线,章集成运算放大器第节滤波器,，AF=1+RF/R1,传递函数中出现 的
9、二次项,故称为二阶滤波器,，,章集成运算放大器第节滤波器,幅频特性曲线,章集成运算放大器第节滤波器,R1= 时：AF=1,时：,章集成运算放大器第节滤波器,一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别,阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器,章集成运算放大器第节滤波器,16.4.3电压比较器,16.4.4 迟滞比较器,16.4.1 信号发生器 16.4.2方波发生器,16.4 运放在波形产生方面的应用,章集成运算放大器第节滤波器,16.5 运算放大器在波形产生方面的应用,即非线性应用，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。,章集成运算放大器第节滤波器,16
10、.4.1 限幅器,R限流电阻一般取100 ,特点：电路中的运放处于线性放大状态，但外围电路有非线性元件（二极管、稳压二极管）。,DZ双向稳压管,UZ稳压值, UF正向压降,章集成运算放大器第节滤波器,传输特性,章集成运算放大器第节滤波器,16.4.2 电压比较器,UR,UR为参考电压,当ui UR时 , uo = +Uom当ui UR时 , uo = -Uom,特点:运放处于 开环状态,章集成运算放大器第节滤波器,UR,当ui UR时 , uo = -Uom,若ui从反相端输入,电压比较器(续),章集成运算放大器第节滤波器,过零比较器: 当UR =0时,电压比较器(续),章集成运算放大器第节滤
11、波器,例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。,章集成运算放大器第节滤波器,用稳压管稳定输出电压,忽略了UF,章集成运算放大器第节滤波器,电压比较器的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上,R =R,章集成运算放大器第节滤波器,16.4.3 迟滞比较器,1.迟滞比较器(下行),特点:电路中使用正反馈, 运放处于非线性状态,1、因为有正反馈，所以输出饱和。,2、当uo正饱和时(uo =+UOM) ：,3、当uo负饱和时(uo =-UOM) ：,章集成运算放大器第节滤波器,迟滞比较器(下行)(续),设ui , 当ui = U+L, uo从-UOM +UOM,这时, uo =-UOM , U+= U
12、+L,设初始值: uo =+UOM , U+= U+H 设ui , 当ui = U+H , uo从+UOM -UOM,章集成运算放大器第节滤波器,传输特性,U+H上门限电压U+L下门限电压U+H - U+L称为回差,章集成运算放大器第节滤波器,例:设输入为正弦波, 画出输出的波形。,章集成运算放大器第节滤波器,加上参考电压后的迟滞比较器(下行) ：,上下限：,章集成运算放大器第节滤波器,例题：R1=10k，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当输入ui为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。,上下限：,=10V,=2V,章集成运算放大器第节滤波器,章集成运算放大器第节滤波器,迟滞比较
13、器(下行)两种电路传输特性的比较:,章集成运算放大器第节滤波器,2.迟滞比较器(上行),u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。,当u+ u- =0 时, uo= +UOM当u+ u- =0时, uo= -UOM,当uo= -UOM,当uo= +UOM,ui=,ui=,章集成运算放大器第节滤波器,传输特性曲线,迟滞比较器(上行)(续),上下门限电压,章集成运算放大器第节滤波器,加上参考电压后的迟滞比较器(上行) ：,上下门限电压,章集成运算放大器第节滤波器,加上参考电压后的迟滞比较器(上行)传输特性：,章集成运算放大器第节滤波器,下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的输入端。,上下
14、限:,章集成运算放大器第节滤波器,2.工作原理：,(1) 设 uo = + UOM ,此时，输出给C 充电, uc ,则：u+=U+H,一旦 uc U+H , 就有 u- u+ ,在 uc U+H 时，,u- u+ ,uo 立即由UOM 变成UOM, 设uC初始值uC(0+)= 0,方波发生器,uo保持+UOM不变,章集成运算放大器第节滤波器,此时，C 经输出端放电,再反向充电,(2) 当uo = -UOM 时，,u+=U+L,uc达到U+L时，uo上翻,当uo 重新回到UOM 以后，电路又进入另一个周期性的变化。,章集成运算放大器第节滤波器,周期与频率的计算：,f = 1/T,此期间是分析问题时的假设,实际上用示波器观察波形时看不到这段波形.,章集成运算放大器第节滤波器,周期与频率的计算：,T= T1 + T2 =2 T2， 因正反向充电条件一样T1 = T2。,T2阶段uc(t)的过渡过程方程为:,章集成运算放大器第节滤波器,UC ()=+UOM,周期与频率的计算：,