模电第3版电子教案第5章课件

第5章教学基本要求要知道1.有源滤波器类型和用途；2.一阶低通滤波器的几种基本电路形式；3.测量放大器的基本结构、特点和用途；4.高精度半波整流特点;5.集成隔离放大器用途;6.集成运放使用常识和单电源使用方法.

会判断一阶低通滤波电路的截止频率和阻容值；测量放大器输出电压。会选用有源滤波电路类型、集成运放运算电路中电阻值。第5章教学基本要求要知道1.有源滤波器类型和用途；会判集成运放在信号处理方面的应用第

5

章5.1.1基本概念5.1.2一阶低通滤波电路5.1有源滤波电路(ActiveFilters)5.1.3一阶高通滤波电路5.1.4带通、带阻滤波电路集成运放在信号处理方面的应用第5章5.1.1基本概念5.1.1基本概念滤波器—

有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。1.分类按处理方法分硬件滤波软件滤波按所处理信号分模拟滤波器数字滤波器按构成器件分无源滤波器有源滤波器按频率特性分低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器按传递函数分一阶滤波器二阶滤波器

:n

阶滤波器5.1.1基本概念滤波器—有用频率信号通过，无用频率信2.理想滤波器的频率特性：f·f·f·f·通带阻带通带通带

阻带

通带阻带

通带

阻带阻带AupAupAupAupfHfLf0fHfLfHf0fL低通高通带通带阻3.有源滤波器无源滤波器

—

由无源元件

R、L、C

构成的滤波电路。有源滤波器

—

由有源器件、集成运放

+R、L、C

构成。优点：体积小、重量轻、能放大、带载能力强。缺点：受集成运放上限频率限制，一般使用频率在几kHz以下。高于几kHz采用LC滤波器，带通采用陶瓷、声表面波滤波器。2.理想滤波器的频率特性：f·f·f·f·通带阻带通带5.1.2一阶低通滤波电路LPF(LowPassFilter)一、频率特性表达式uOR8CRuIu+uORf8CR1RuIu+电压跟随器同相放大器通带电压放大倍数RC网络..频率特性表达式·······特点：电压串联负反馈Ri109Ro0.15.1.2一阶低通滤波电路LPF(LowPassFi8CR1RRuOuI反相放大器···其中，Aup=

–

R

/R1—反相比例放大器的放大倍数所以：·fn=1/2RC—特征频率当f=fn时，·所以：

fn=

1/2RC=fH

—低通截止频率8CR1RRuOuI反相放大器···其中，Aup=–R二、对数幅频特性曲线··归一化幅频特性0.1110102

0f/fn·-3–20-20

dB/十倍频二、对数幅频特性曲线··归一化0.115.1.3一阶高通滤波电路HPF(High

Pass

Filter)一、频率特性表达式uORf8CR1RuIu+·······通带电压放大倍数：当f=fn时，·所以：

fn=

1/2RC=fL

—高通截止频率5.1.3一阶高通滤波电路HPF(HighPassFi二、对数幅频特性曲线··归一化幅频特性0.1110102

0f/fn·-3–20-20

dB/十倍频一阶滤波器的问题：幅频特性在阻带区衰减不够快。改进思路：增加RC滤波的阶次。二、对数幅频特性曲线··归一化0.115.1.4带通、带阻滤波电路一、带通滤波电路BPF(BandPassFilter)构成思路：·ffHffLffLfHf0fH>fL8CR1RfRCR3R2uOuILPFBPF=R二阶压控电压源BPF=2R5.1.4带通、带阻滤波电路一、带通滤波电路BPF(B8CR1RfRCR3R2uOuI=R=2R···中心频率：等效品质因素：Q=1/(3-Aup)通带电压放大倍数：Au0

=Aup/(3-Aup)0.1110102

0f/fn·Q=1Q=10-3BWQ越大，带宽越窄，通带选择性越好。8CR1RfRCR3R2uOuI=R=2R···中心频率二、带阻滤波电路BEF(BandEliminationFilter)

（陷波器）思路：低通高通uIuO·ffHffLffLfHfL>fH双T二阶压控电压源BEF二、带阻滤波电路BEF(BandElimination·Q=1/2(2-Aup)·Q=1/2(2-Aup)[例5.1.1]为消除50Hz的交流干扰，要求

Q

=

10，选元件值。[解]取C=47000pF取R

=

68

kR

/

2用两只

68

k电阻并联2C

用两只

47000pF电容并联Q=1/2(2-Aup)=10Aup=1.95Rf

//R1

=

R

+

R=

136

kR1

=

279.15

k=

270

k+

9.1

kRf

=0.95R1

R1

=

256.5

k=

240

k+

16

k[例5.1.1]为消除50Hz的交流干扰，要求Q=5.2.1精密差分测量放大电路5.2.2集成精密测量放大器5.2精密仪用放大电路5.2.1精密差分测量放大电路5.2.2集成精密测量5.2.1精密差分测量放大电路电阻桥同相输入放大电路电压串联负反馈输入电阻很高差分放大电路输入信号之差为0则输出为05.2.1精密差分测量放大电路电阻桥同相输入放大电路电压5.2.1精密差分测量放大电路uo1uo2对共模信号：uO1=uO2

则uO=0对差模信号：R1中点为交流地采用精密电阻以减少误差5.2.1精密差分测量放大电路uo1uo2对共模信号：u5.2.2集成精密测量放大器一、概述

将高性能集成运放和精密电阻集成在单片电路中，能获得极高的精度和温度稳定性。常用集成精密放大器：LH0036、LH0037、LH0038、

LF352、AD521、AD522超精度集成精密放大器：INA101、INA104低功耗集成精密放大器：INA102精密型集成精密放大器：LM163、LM363数字可控增益型集成精密放大器：LH0086低漂移廉价型集成精密放大器：3626、36295.2.2集成精密测量放大器一、概述将高性二、INA101M型测量放大器简介输入限幅保护消除失调电压调节放大倍数当

RG

=

40.04

时，uO

=

1

000。

二、INA101M型测量放大器简介输入限幅保护消除失调电压调三、应用举例

—心电信号放大电路三、应用举例—心电信号放大电路5.3高精度整流电路5.3高精度整流电路5.3高精度整流电路uI8R1R’RuOu’OD1D2iIiF运放输入输出反相D1、D2同时只有一只导通当

uI>

0,u’O

<0D2导通，D1、截止，R上无电流uO=u–=0当

uI<

0,u’O>0D1导通，D2、截止tO23uitO23uO传输特性OuiuO即使

uI小于二极管起始导通电压，输出仍为–

uI，故为精密整流。高精度半波整流电路5.3高精度整流电路uI8R1R’RuOu’OD1D5.4集成隔离放大器5.4集成隔离放大器5.4集成隔离放大器功能：输入和输出全隔离，在测量信号在传输过程中叠加几百甚至几千伏共模干扰时，仍能对有用小信号进行测量放大。用途：远距离传输应用：巡回检测、计算机接口、电子设备、医疗监护。

类型：光电隔离：ISO100、3650~3655等电容隔离：ISO122P等变压器隔离：3656、AD293、AD294等5.4集成隔离放大器类型：AD289集成隔离放大器内部组成变压器隔离外接电源振荡器产生振荡,作为变压器输入输出信号输入

信号输出外接电阻Rg，使增益（1+Rf/Rg

）可调Rg电路的关键点：输入、输出和电源的接地端相互隔离。179AD289集成隔离放大器内部组成变压器隔离外接振荡器产生振荡AD289的引脚和典型接法

主要参数电压电压

V+=10

~

15

V

工作电流

I+30mA

输入信号范围

0

~

5

V

增益范围Au=2

~

100

输出电压uo

±10

V

输入电阻Ri

10M

输出电阻Ro

1共模抑制比

KCMR104dB输出隔离电源：

VISO=±10

VIISO=±5mA

BW=1

kHzAD289的引脚和典型接法主要参数5.5集成运放在使用中的一些问题5.5集成运放在使用中的一些问题5.5集成运放在使用中的一些问题一、合理选用集成运放兼顾性能要求和经济性，选用：

高放大倍数的通用型、高阻抗、低漂移、低功耗、高速、宽带、高压、大功率。二、了解集成运放引脚功能三、集成运放消振和调零四、集成运放的保护措施五、集成运放电路外接电阻值的选取六、双电源改用单电源的交流放大电路5.5集成运放在使用中的一些问题一、合理选用集成运放兼顾三、集成运放消振和调零1.自激的消除大多数集成运放内部已设置消振的补偿网络，有些需外接。2.电路的调零(1)有专用引脚外接调零电位器F004使输入端接地，调节RP，使输出为0。三、集成运放消振和调零1.自激的消除大多数集成运放内部已设(2)有专用引脚外接调零电位器反相输入端调零同相输入端调零*

应注意对电压传输特性和输入阻抗的影响。*无法调零时，应检查接线、焊接是否造成开环，或器件损坏。(2)有专用引脚外接调零电位器反相输入端调零同相输入端调零四、集成运放的保护措施1.电源保护防止电源接反，串二极管保护。2.输入保护为防止差模或共模信号过大，损坏输入级或引起自锁，采用二极管限幅。限制差模信号限制共模信号四、集成运放的保护措施1.电源保护防止电源接反，2.输入3.输出保护为防止输出端触及外不高电压引起过流或击穿，可采用稳压管限幅。uS8R1RPRfuODZuS8R1RPRfuODZUOM=(UZ+UD)3.输出保护为防止输出端触及外不高电压引起过流或击穿，可采uS8R1R2RfuOiIiFiO五、集成运放电路外接电阻值的选取电阻太小将超过运放最大负载能力，也降低输入阻抗，增加信号源负载。兆欧级电阻阻值随温度和时间变化产生时效误差，还因IIO引起误差。因为一般运放：Iom=（5~10）mAIom

运放外接电阻取值：几~几百千欧例如：Rf=100

kR1=10

kR2=R1//Rf采用电阻并联uS8R1R2RfuOiIiFiO五、集成运放电路外接电阻值六、双电源改用单电源的交流放大电路

要满足运放两个输入端和输出端在无信号时均应达到电源电压的一半。静态时：U+=U–=UO=VCC/2RiRi=R2//R3+

R4R4六、双电源改用单电源的交流放大电路要满足运放第5章教学基本要求要知道1.有源滤波器类型和用途；2.一阶低通滤波器的几种基本电路形式；3.测量放大器的基本结构、特点和用途；4.高精度半波整流特点;5.集成隔离放大器用途;6.集成运放使用常识和单电源使用方法.

会判断一阶低通滤波电路的截止频率和阻容值；测量放大器输出电压。会选用有源滤波电路类型、集成运放运算电路中电阻值。第5章教学基本要求要知道1.有源滤波器类型和用途；会判集成运放在信号处理方面的应用第

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章5.1.1基本概念5.1.2一阶低通滤波电路5.1有源滤波电路(ActiveFilters)5.1.3一阶高通滤波电路5.1.4带通、带阻滤波电路集成运放在信号处理方面的应用第5章5.1.1基本概念5.1.1基本概念滤波器—

有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。1.分类按处理方法分硬件滤波软件滤波按所处理信号分模拟滤波器数字滤波器按构成器件分无源滤波器有源滤波器按频率特性分低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器按传递函数分一阶滤波器二阶滤波器

:n

阶滤波器5.1.1基本概念滤波器—有用频率信号通过，无用频率信2.理想滤波器的频率特性：f·f·f·f·通带阻带通带通带

阻带

通带阻带

通带

阻带阻带AupAupAupAupfHfLf0fHfLfHf0fL低通高通带通带阻3.有源滤波器无源滤波器

—

由无源元件

R、L、C

构成的滤波电路。有源滤波器

—

由有源器件、集成运放

+R、L、C

构成。优点：体积小、重量轻、能放大、带载能力强。缺点：受集成运放上限频率限制，一般使用频率在几kHz以下。高于几kHz采用LC滤波器，带通采用陶瓷、声表面波滤波器。2.理想滤波器的频率特性：f·f·f·f·通带阻带通带5.1.2一阶低通滤波电路LPF(LowPassFilter)一、频率特性表达式uOR8CRuIu+uORf8CR1RuIu+电压跟随器同相放大器通带电压放大倍数RC网络..频率特性表达式·······特点：电压串联负反馈Ri109Ro0.15.1.2一阶低通滤波电路LPF(LowPassFi8CR1RRuOuI反相放大器···其中，Aup=

–

R

/R1—反相比例放大器的放大倍数所以：·fn=1/2RC—特征频率当f=fn时，·所以：

fn=

1/2RC=fH

—低通截止频率8CR1RRuOuI反相放大器···其中，Aup=–R二、对数幅频特性曲线··归一化幅频特性0.1110102

0f/fn·-3–20-20

dB/十倍频二、对数幅频特性曲线··归一化0.115.1.3一阶高通滤波电路HPF(High

Pass

Filter)一、频率特性表达式uORf8CR1RuIu+·······通带电压放大倍数：当f=fn时，·所以：

fn=

1/2RC=fL

—高通截止频率5.1.3一阶高通滤波电路HPF(HighPassFi二、对数幅频特性曲线··归一化幅频特性0.1110102

0f/fn·-3–20-20

dB/十倍频一阶滤波器的问题：幅频特性在阻带区衰减不够快。改进思路：增加RC滤波的阶次。二、对数幅频特性曲线··归一化0.115.1.4带通、带阻滤波电路一、带通滤波电路BPF(BandPassFilter)构成思路：·ffHffLffLfHf0fH>fL8CR1RfRCR3R2uOuILPFBPF=R二阶压控电压源BPF=2R5.1.4带通、带阻滤波电路一、带通滤波电路BPF(B8CR1RfRCR3R2uOuI=R=2R···中心频率：等效品质因素：Q=1/(3-Aup)通带电压放大倍数：Au0

=Aup/(3-Aup)0.1110102

0f/fn·Q=1Q=10-3BWQ越大，带宽越窄，通带选择性越好。8CR1RfRCR3R2uOuI=R=2R···中心频率二、带阻滤波电路BEF(BandEliminationFilter)

（陷波器）思路：低通高通uIuO·ffHffLffLfHfL>fH双T二阶压控电压源BEF二、带阻滤波电路BEF(BandElimination·Q=1/2(2-Aup)·Q=1/2(2-Aup)[例5.1.1]为消除50Hz的交流干扰，要求

Q

=

10，选元件值。[解]取C=47000pF取R

=

68

kR

/

2用两只

68

k电阻并联2C

用两只

47000pF电容并联Q=1/2(2-Aup)=10Aup=1.95Rf

//R1

=

R

+

R=

136

kR1

=

279.15

k=

270

k+

9.1

kRf

=0.95R1

R1

=

256.5

k=

240

k+

16

k[例5.1.1]为消除50Hz的交流干扰，要求Q=5.2.1精密差分测量放大电路5.2.2集成精密测量放大器5.2精密仪用放大电路5.2.1精密差分测量放大电路5.2.2集成精密测量5.2.1精密差分测量放大电路电阻桥同相输入放大电路电压串联负反馈输入电阻很高差分放大电路输入信号之差为0则输出为05.2.1精密差分测量放大电路电阻桥同相输入放大电路电压5.2.1精密差分测量放大电路uo1uo2对共模信号：uO1=uO2

则uO=0对差模信号：R1中点为交流地采用精密电阻以减少误差5.2.1精密差分测量放大电路uo1uo2对共模信号：u5.2.2集成精密测量放大器一、概述

将高性能集成运放和精密电阻集成在单片电路中，能获得极高的精度和温度稳定性。常用集成精密放大器：LH0036、LH0037、LH0038、

LF352、AD521、AD522超精度集成精密放大器：INA101、INA104低功耗集成精密放大器：INA102精密型集成精密放大器：LM163、LM363数字可控增益型集成精密放大器：LH0086低漂移廉价型集成精密放大器：3626、36295.2.2集成精密测量放大器一、概述将高性二、INA101M型测量放大器简介输入限幅保护消除失调电压调节放大倍数当

RG

=

40.04

时，uO

=

1

000。

二、INA101M型测量放大器简介输入限幅保护消除失调电压调三、应用举例

—心电信号放大电路三、应用举例—心电信号放大电路5.3高精度整流电路5.3高精度整流电路5.3高精度整流电路uI8R1R’RuOu’OD1D2iIiF运放输入输出反相D1、D2同时只有一只导通当

uI>

0,u’O

<0D2导通，D1、截止，R上无电流uO=u–=0当

uI<

0,u’O>0D1导通，D2、截止tO23uitO23uO传输特性OuiuO即使

uI小于二极管起始导通电压，输出仍为–

uI，故为精密整流。高精度半波整流电路5.3高精度整流电路uI8R1R’RuOu’OD1D5.4集成隔离放大器5.4集成隔离放大器5.4集成隔离放大器功能：输入和输出全隔离，在测量信号在传输过程中叠加几百甚至几千伏共模干扰时，仍能对有用小信号进行测量放大。用途：远距离传输应用：巡回检测、计算机接口、电子设备、医疗监护。

类型：光电隔离：ISO100、3650~3655等电容隔离：ISO122P等变压器隔离：3656、AD293、AD294等5.4集成隔离放大器类型：AD289集成隔离放大器内部组成变压器隔离外接电源振荡器产生振荡,作为变压器输入输出信号输入

信号输出外接电阻Rg，使增益（1+Rf/Rg

）可调Rg电路的关键点：输入、输出和电源的接地端相互隔离。179AD289集成隔离放大器内部组成变压器隔离外接振荡器产生振荡AD289的引脚和典型接法

主要参数电压电压

V+=10

~

15

V

工作电流

I+30mA

输入信号范围

0

~

5

V

增益范围Au=2

~

100

输出电压uo

±10

V

输入电阻Ri

10M

输出电阻Ro

1共模抑制比

KCMR104dB输出隔离电源：

VISO=±10

VIISO=±5mA

BW=1

kHzA