第六章集成运算放大器应用

1、第六章第六章集成运算放大器应用集成运算放大器应用6.16.1理想集成运算放大器理想集成运算放大器集成运放的基本应用电路集成运放的基本应用电路6.26.26.36.36.46.46.56.56.66.6集成运放在信号模拟集成运放在信号模拟运算中的运算中的应用应用集成运放在有源滤波电路中的应用集成运放在有源滤波电路中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在电压比集成运算放大器在电压比较电路较电路中的中的应用应用例题例题6.16.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器一一. .理想化条件理想化条件 Avd , Rid , KCMR 频带宽度, Ro 0

2、 ,失调与温漂 0 根据理想化条件，当集成运放线性工作时，只要V VO O为有限值 则由于Avd ，所以 差模输入电压 Vid=V+-V-=0 即 V+V- 称 虚短虚短6.16.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器同时Rid ， 可认为其输入电流I+ = I- =0即流入每个输入端的电流趋于零 称 虚断虚断2. 2. 理想运算放大器在线理想运算放大器在线性区和性区和非线性区时的非线性区时的分析特点分析特点: : 在线性区：在线性区：V+ = V- - I = 0 在非线性区：在非线性区：如电压比较器，只有在输出状态 转换过程中运放才工作在放大区 V V+ += V= V- - 才适用6.

3、26.2 集成运放的基本应用电路集成运放的基本应用电路一一. . 反相放大器反相放大器电压电压 并联并联 负反馈负反馈 根据 V+=V- I=0 可得 * 当 R1=Rf 时，Vo = - Vs -符号变换器sfOVRRV16.26.2 集成运放的基本应用电路集成运放的基本应用电路二二. . 同相放大器同相放大器*当Rf=0, R1 时Vo=Vs-跟随器跟随器电压电压 串联串联 负反馈负反馈sfoVRRV)1 (16.36.3 集成运放在信号模拟集成运放在信号模拟运算中的运算中的应用应用一一. . 加法器加法器因为因为所以所以 在构成实际应用电路时，为减小集成运 放输入偏置电流引起的失调，要求

4、它们 两个输入端向外看的直流电阻相等相等。222111 RVIRVISSfOfRVIfIII212211sfsfoVRRVRRV6.36.3 集成运放在信号模拟集成运放在信号模拟运算中的运算中的应用应用二二. 减法器减法器Vs1单独作用时:Vs2单独作用时:Vo =Vo1+Vo2(采用叠加法采用叠加法)*若若R2=R1, R3=Rf则则- 差分放大差分放大111sfoVRRV2323112)1 ()1 (sffoVRRRRRVRRV)(211SSfoVVRRV6.36.3 集成运放在信号模拟集成运放在信号模拟运算中的运算中的应用应用三三. . 积分器积分器11RVIsdtdVCIoffdtVC

5、RVsfo116.36.3 集成运放在信号模拟集成运放在信号模拟运算中的运算中的应用应用四四. . 微分器微分器dtdVCIs11fofRVIdtdVCRVsfo16.36.3 集成运放在信号模拟集成运放在信号模拟运算中的运算中的应用应用五五. 对数和指数运算器对数和指数运算器1 1对数运算器：对数运算器： 将反相放大器中的Rf用具有对数伏安特性 的二极管或晶体管的发射结代替Vs必须必须大于零大于零ID=IS eVD/VT1lnRIVVVssTo6.36.3 集成运放在信号模拟集成运放在信号模拟运算中的运算中的应用应用2.2.指数运算器指数运算器3.3.乘法器乘法器TsVVfsoeRIV6.4

6、6.4 集成运放在有源滤波电路中的应用集成运放在有源滤波电路中的应用一一. 一阶无源滤波器一阶无源滤波器缺点：缺点：增益小（最大为1）， 带负载能力低高高 通通低低 通通6.46.4 集成运放在有源滤波电路中的应用集成运放在有源滤波电路中的应用二二. . 一阶有源滤波器一阶有源滤波器 1. 高通高通 (a) 信号从同相端输入(b)(b) 信号从反相端输入6.46.4 集成运放在有源滤波电路中的应用集成运放在有源滤波电路中的应用2. 低通低通(a) 信号从同相端输入(b) 信号从反相端输入6.46.4 集成运放在有源滤波电路中的应用集成运放在有源滤波电路中的应用三三 带通及带阻有源滤波器带通及带

7、阻有源滤波器1 滤波器由二级组成滤波器由二级组成 带通滤波器带通滤波器 条件条件:126.46.4 集成运放在有源滤波电路中的应用集成运放在有源滤波电路中的应用四四. . 二阶有源滤波器二阶有源滤波器 1. 二阶低通二阶低通2. 二阶高通二阶高通6.56.5 集成运算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用线性变换线性变换 是电压源与电流源之间的变换非线性变换非线性变换 完成整流，限幅等一一. 线性变换电路中的应用线性变换电路中的应用 1. V/V变换器变换器 把低电压 高电压，或高电压 低电压如同前面讲的反相放大器和同相放大器2. V/I变换器变换器 有些控制系统中，负载要求

8、电流源驱动 而实际的信号可能是电压源信号 则要用V/I变换器6.56.5 集成运算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用如图如图则有则有 如图如图则有则有 若若R1R3=R2R43RVIio2RVIiL6.56.5 集成运算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用3. I/V变换器变换器（a）光电）光电流转电压流转电压Vo = 2IDR6.56.5 集成运算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用4I/I变换器变换器实质上是一种电流放大器，把容量小内阻又不够高的电流源变换成容量大的电流源1IIISL11RVIAfSARIV)1 (1RRIIfS

9、L6.56.5 集成运算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用二非线性变换电路中的应用二非线性变换电路中的应用1 精密二极管精密二极管 半波整流电路利用集成运放的优异性能与二极管组合可完成对微弱信号的整流功能.利用二极管的单向导电性可完成整流或检波的任务，但二极管有一个死区电压当输入信号的幅度小于死区电压时就无法实现信号的整流功能6.56.5 集成运算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用当 Vs0时, Vo0, 则D导通， Vo=Vs 同相跟随器同相跟随器当 Vs0时, Vo0, 则D截止， Vo=0 处于开环处于开环 工作状态工作状态6.56.5 集成运

10、算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用因为D截止时集成运放呈开环状态，运放进入负向饱和工作状态，为改进接入D2使Vs0时, Vo0, D1截止，D2通, Vo=Vs, Vo=0Vs0, D1通, D2止 , Vo= - (10k/10k)Vs = - Vs6.56.5 集成运算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用6.56.5 集成运算放大器在信号变换中的应用集成运算放大器在信号变换中的应用2. 绝对值电路绝对值电路 -也称全波整流器当Us0 则D1导通D2截止 U02=-US ;U0=-(-2US+US)=US R RR R+ +- -R R/ /2 2

11、R R+ +- -U UO OR RD D2 2D D1 1U US SU02当UsVc时, D导通， A1的输出对C充电当VsVR时, Vo = Vomin = -Vcc 低电平当 ViVR时, Vo = Vomax= +Vcc 高电平当 Vi=VR 时, 跳变6.66.6集成运算放大器在电压比较集成运算放大器在电压比较电路中的应用电路中的应用一一 单限比较器单限比较器1 电路构成电路构成 特点：开环特点：开环2 分析方法分析方法输出电压从一个电平跳变到另一个电平的临界条件是：临界条件是： V+ = V-此时所对应的输入电压值称门限比较电压门限比较电压6.66.6集成运算放大器在电压比较集成

12、运算放大器在电压比较电路中的应用电路中的应用3 传输特性及输出波形传输特性及输出波形6.66.6集成运算放大器在电压比较集成运算放大器在电压比较电路中的应用电路中的应用4过零比较器过零比较器5. 限幅措施限幅措施6.66.6集成运算放大器在电压比较集成运算放大器在电压比较电路中的应用电路中的应用6其它单限比较器电路其它单限比较器电路根据分析方法：输出电平跳变时 V+=V-而V+=0 ，则V+=V-时因为因为 RiVRRRVRRRV212211RiVRRV126.66.6集成运算放大器在电压比较集成运算放大器在电压比较电路中的应用电路中的应用二迟滞比较器二迟滞比较器 - 特点：反馈加在同相端形成

13、正反馈特点：反馈加在同相端形成正反馈 分析：分析：（1）设Vi由小到大时，即V-V+则Vo为低电平 则 当 Vi由大到小，到达VL时 Vo从Vomin Vomax6.66.6集成运算放大器在电压比较集成运算放大器在电压比较电路中的应用电路中的应用(3) 迟滞宽度迟滞宽度 V=VH - VL* 比较上述两种比较电路可见：单限比较器单限比较器 - 抗干扰能力差，若在跳变点附近有干扰 输出波形会不停跳变。迟滞比较器迟滞比较器 - 抗干扰能力强，只要干扰信号的幅度 不大于V，则输出状态不变化。例题例题例1 求 :1RIViCA解:20RIVVACABiiIRRIRIRI210201OI例题例题例2 求

14、Vo与Vi的关系解:043402VRRRV11RVIi2022RVI 21II因为iVRRRRRV414320)(OiVRRRRRVRV)(43242021所以例题例题例3例题例题例4 已知 VVZ4 . 31VVZ4 . 72导通电压0.6V解 1. 当Vi 由小 大 即 V+ V- 则 Vo= 4VVVVVVii3 . 12)4(4143tVi05.31.3tVo04-8例题例题例5解：Vi由小大，VO为负，VVKKKVA5)15(3015152VVVVAAoutA522, 1VVKVVKVioutAii5 . 2 10100, 1同理 Vi由大小，VO为正，VVA52此时：VVi5 . 2VVO6由图可得iVoVV5 . 2V5 . 2V6V6求：VO与Vi的关系曲线例题例题例6 如图 已知 R=100K C=10uF当 t=0t1(1s) 时 开关S接a点 当 t= t1(1s) t2(3s)时 开关S接b点;当tt2(3s) 后,开关接c点已知 运放电源电压15V Vc(0)=0 ，画出输出电压Vo(