第4章集成运算放大器的应用

1、 扁平式扁平式 单列直插式单列直插式 双列直插式双列直插式 集成运算放大器与外部电阻、电容、半集成运算放大器与外部电阻、电容、半 导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信 号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、 反对数、乘法和除法等运算。反对数、乘法和除法等运算。 运算放大器工作在线性区时，通常要引入运算放大器工作在线性区时，通常要引入 深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压 的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构 和参数，而

2、与运算放大器本身的参数关系不大。和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。 改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以 实现不同的运算。实现不同的运算。 一、理想集成运算放大器的分析依据一、理想集成运算放大器的分析依据 1) ) u+ u( (虚短虚短) ) 证：证：uo = Aud (u+ u) = Aud uid u+ u = uo/Aud 0 2) ) i+ i 0 ( (虚断虚断) ) 证：证： i+ = uid / Rid 0 同理同理 i 0 2. 理想运放工作在非线性区的两个特点理想运放工作在非线性区的两个特点 1) )u+ u时，时， uo

3、 = Uomax u+ 0时，时，| T(j )| 衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于 0的的 信号顺利通过，衰减很小，信号顺利通过，衰减很小， 而使高于而使高于 0的信号不易通过，的信号不易通过， 衰减很大，衰减很大，称一称一 阶有源低通阶有源低通 滤波器。滤波器。 为了改善滤波效果，为了改善滤波效果， 使使 0 时信号衰减得时信号衰减得 更快些，常将两节更快些，常将两节RC滤滤 波环节串接起来，波环节串接起来，组成组成 二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器。 uo RF C R + + R1 + ui + R C 一阶一阶 二阶二阶 幅频特性幅频特性 f0 2 1 u

4、 A 0 | Auf0 | | T(j ) | O 0 1 F 1 F i o j1 1 j 1 1 1 R R RC R R U U i 1 j U C R R U U R R U )(1 1 F o 频率频率角角称为截止称为截止 RC 1 : 式中 0 ui uo RF C R + + R1 + + 设输入为正弦波信号，则有设输入为正弦波信号，则有 故：故： 可见，电路使频率大于可见，电路使频率大于 0 的信号通过的信号通过 ，而小于，而小于 0 的信号被阻止，称为的信号被阻止，称为有源高通滤波器有源高通滤波器。 ,0时时当当 ,时时当当 2 0 f0 )(1 )(j u A T f0 )

5、(j u AT 0)(j T 0 1 F i o j1 1 )(j )(j )(j R R U U T 0 f0 j1 u A 其模为其模为 , 0时 时当当 2 )(j f0u A T 幅频特性幅频特性 f0 2 1 u A 0 | Auf0 | | T(j ) | O 模拟开关模拟开关 模拟输入信号模拟输入信号 电路电路 S uC + ui + uo + + + 采样保持电路采样保持电路，多用于模，多用于模 - 数转换电路（数转换电路（A/D）之之 前前。由于。由于A/D 转换需要一定的时间，所以在进行转换需要一定的时间，所以在进行A/D 转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保转换前

6、必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保 存一段时间，以满足存一段时间，以满足A/D 转换电路的需要。转换电路的需要。 采样存储采样存储 电容电容 控制信号控制信号 电压跟随器电压跟随器 uG为高电平，为高电平， S 闭合闭合(场效应管导通场效应管导通)， ui对存储电容对存储电容C充电，充电， uo= uC = ui 。 uG为为 0， S 断开断开(场效应管截止场效应管截止)，输出，输出 保持该阶段开始瞬间的值不变。保持该阶段开始瞬间的值不变。 ui t o uG t o 采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。 S uC + ui + uo + +

7、+ 电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大 小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电 平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来 判断输入信号的大小和极性。判断输入信号的大小和极性。 数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等 技术领域，以及波形产生及变换等场合技术领域，以及波形产生及变换等场合 。 uo u+ u Uo(sat) +Uo(sat) 饱和区饱和区 O 电压传输特性电压传输特性 阈值电压阈值电压(门限电平门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。：输出跃变所对应的输入电压。 ui uo O UR UR uoui R2 + + R1 + + + 可见，在可见，在 ui =UR 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。 参考电压参考电压 动画动画 ui tO UR O uo t +Uo (sat) Uo (sat) t1t2 当当 ui 单方向变化时，单方向变化时， uo 只变化一次。只变化一次。 UR uoui R2 + + R1 + + + 电压传输特性电压传输特性