第4章集成运算放大器电路的应用

集成运算放大器的应用第4

章4.1模拟运算电路4.2信号处理电路4.3波形发生电路4.4使用运算放大器应注意的几个问题

小结第4章集成运算放大器电路的应用

理想集成运算放大器电路的分析。

电压比较器电路及其特性分析。有源滤波器电路的分析。重点难点第4章集成运算放大器电路的应用4.1模拟运算电路4.1.1比例运算电路4.1.2加法和减法运算电路4.1.3积分和微分运算电路1.反相输入比例运算电路4.1.1比例运算电路第4章集成运算放大器电路的应用由于“虚断”，i-=i+=0；由于“虚短”，u-=u+=0由i1=if，得——“虚地”图

4.1_++R1R2i1Rfifuii-i+u+u-uoR2=R1//Rf1.反相输入比例运算电路4.1.1比例运算电路电路的输入电阻为:Rif=R1第4章集成运算放大器电路的应用平衡电阻Rif图

4.1_++R1R2i1Rfifuii-i+u+u-平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。

根据“虚断”和“虚短”的特点，可知i+=i-=0；u-=u+=ui2.同相输入比例运算电路由i1=if

，得ui_++RfR1R2uoi-i+u+u-i1if图

4.3Rif=第4章集成运算放大器电路的应用2.同相输入比例运算电路Auf=1当R1=，Rf=0时第4章集成运算放大器电路的应用图

4.4电压跟随器_++uiuoif图

4.3ui_++RfR1R2uou+u-i1i-i+例4.3：已知：R1=100k，Rf=200k，

R2=100k，

R3=200k，ui=1V

，求输出电压uo=？第4章集成运算放大器电路的应用图

4.6_++R1R2uiuoR3u+u-i-i+Rf1.加法运算电路R3=R1//R2//Rfif=

i1+i2若Rf=R1=R2

则uO=

(uI1+uI2)若R1=R2=R则第4章集成运算放大器电路的应用4.1.2加法和减法运算电路图

4.7由于“虚断”，i-=i+=0；由于“虚地”，u-=u+=0i2ifi1R2_++RfR1ui2uoR3ui1u+u-i-i+利用叠加定理：uI2=0uI1使：uI1=0uI2使：如果R1=R2；Rf=R3uO=Rf/R1(ui2

ui1)减法运算实际是差动电路图

4.82.减法运算电路第4章集成运算放大器电路的应用uO=uO1+uO2=_++RfR1R2ui2uoR3ui1u+u-i-i+第4章集成运算放大器电路的应用1.积分运算电路图

4.13iR=iC得：τ=RC——积分时间常数由于“虚断”，i-=i+=0；由于“虚地”，u-=u+=0iRui-++RR1CuoiCu+u-i-i+4.1.3积分和微分运算电路例：积分电路应用举例1tui0tuo0U-UomTM积分时限图

4.14第4章集成运算放大器电路的应用iRiCtui0tuo0输入方波ui-++RR1Cuo例：积分电路应用举例2输出是三角波图

4.15第4章集成运算放大器电路的应用第4章集成运算放大器电路的应用2.微分运算电路图

4.16iC=iR得：由于“虚断”，i-=i+=0；由于“虚地”，u-=u+=0可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。ui–++uoRR1iCiRCuitOuotOU图

4.16图

4.17例：微分电路应用举例ui–++uoRR1iCifC第4章集成运算放大器电路的应用

模拟运算电路的输出电压与输入电压有一定的函数关系，如比例运算，加减法运算，积分微分以及他们的组合运算。第4章集成运算放大器电路的应用小结第4章集成运算放大器电路的应用4.2信号处理电路4.2.1有源滤波器4.2.2采样保持电路4.2.3电压比较器4.2.1有源滤波器滤波器：选出所需要的频率范围内的信号，使其顺利通过；而对于频率超出此范围的信号，使其不易通过。滤波器的分类:按工作频带:

低通滤波器（LPF-LowPassFilter）高通滤波器（HPF-HighPassFilter）带通滤波器（BPF-BandPassFilter）带阻滤波器（BEF-BandEliminationFilter）按所用元件:无源滤波器、有源滤波器通带：能够通过信号的频率范围。阻带：阻止通过或衰减信号的频率范围。截止频率：通带与阻带分界点的频率，也叫转折频率。分为上限截止频率和下限截止频率。f带通f1f2通带阻带阻带f低通fc(截止频率)通带阻带f高通fc(截止频率)通带阻带1.低通滤波器频率低于fc的信号可以通过，高于fc的信号被衰减，带宽△f=fc。2.高通滤波器频率高于fc的信号可以通过，低于fc的信号被衰减，实际带宽△f有限。f带通f1f2通带阻带阻带f带阻f1f2阻带通带通带3.带通滤波器频率为f1（下限截止频率)到f2（上限截止频率)的信号可以通过，低于f1或高于f2的信号被衰减，带宽△f=f2-f1。4.带阻滤波器频率低于f1和高于f2的信号可以通过，f1到f2的之间的信号被衰减，实际带宽△f有限

。无源滤波器：仅由无源元件R、C构成的滤波器。带负载能力较差；无源滤波器与负载间没有隔离；无放大能力，所以对输入信号总是衰减的。有源滤波器：由无源元件R、C和放大电路（双极型管、单极型管、集成运放）构成的滤波器。便于级联，以构成滤波特性好或频率特性有特殊要求的滤波器：集成运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗的特性，使滤波器输出和输入间有良好的隔离。RCR无源低通滤波器当f=0~∞时：电压放大倍数令当f=fp时：RCR3dBfpf–20dB/十倍频当f>>fp时：f→0时：RCR3dBfpf–20dB/十倍频可见频率每升高10倍，Au下降10倍，即过渡带的斜率为–20dB/十倍频。RLRCRf’p3dBfpf电路带负载后：f→0时：此电路的缺点：1、带负载能力差。带负载后，通带放大倍数减小，通带截止频率升高。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。f’p3dBfpf一阶低通有源滤波器式中为通频带放大倍数，截止角频率。电压放大倍数的幅频特性为：称为当ω=ω0时，当ω=0时，当ω=∞时，一阶有源低通滤波器的幅频特性与理想特性相差较大，滤波效果不够理想，采用二阶或高阶有源滤波器可明显改善滤波效果。图示为用二级RC低通滤波电路串联后接入集成运算放大器构成的二阶低通有源滤波器及其幅频特性。一阶高通有源滤波器截止角频率：4.2.2采样保持电路采样阶段：控制信号uG出现时，电子开关接通，输入模拟信号ui经电子开关使保持电容C迅速充电，电容电压即输出电压uo跟随输入模拟信号电压ui的变化而变化。保持阶段：uG=0，电子开关断开，保持电容C上的电压因为没有放电回路而得以保持。一直到下一次控制信号的到来，开始新的采样保持周期。采样保持电路的工作过程：集成运放的非线性工作区运放处于开环应用（即没有引入反馈），加有正反馈的运放电路，运放处于非线性状态。uou+–u–uo++∞u+u––4.2.3电压比较器比较器作用：对输入端的两个电压进行比较，判断哪一个电压大，输出端输出比较结果。输入端的两个电压：参考电压或基准电压UR，被比较的输入电压ui输出电压：高电平或低电平，即数字信号1或0。电压比较器的电压传输特性输入电压ui是模拟量，输出电压uo为高电平UOH或低电平UOL。参考电压（或基准电压）UR：是指输出电压uO从UOH跃变为UOL，或从UOL跃变为UOH时的输入电压值。uouiURUOHUOLuouiURUOHUOL电压比较器的种类单限比较器uouiOUOLUOHUR滞回比较器UH2uouiOUOLUOHUH1窗口比较器uouiOUOHUH1UH21.简单比较器

时，

时，

基准电压UR=0时，输入电压ui与零电位比较，称为过零比较器。uoui0+Uz–UDUR输出端接稳压管限幅。设稳压管的稳定电压为UZ，忽略正向导通电压，则ui>UR时，uo=+UZ;ui<UR，

uo=-UD

。要使输出电压正负对称，输出端接双向稳压管进行双向限幅。设稳压管的稳定电压为UZ，则ui>UR时，稳压管正向导通，uo=－UZ；ui<UR时，稳压管反向击穿，uo=＋UZ时。UR=0，为过零比较器。电压比较器广泛应用在模-数接口、电平检测及波形变换等领域。如图所示为用过零比较器把正弦波变换为矩形波的例子。2.滞回比较器设比较器初始状态uo=+UOM，此时同相输入端的电压为：当ui由低向高变化直至ui>uH1时，比较器的输出电压uo由＋UOM跳变至－UOM，此时同相输入端的电压为：当ui由高向低变化直至ui<uH2时，比较器的输出电压uo由－UOM跳变至＋UOM，此时同相输入端的电压又变为uH1。uH1称为上门限电压，uH2称为下门限电压，两者的差值称为回差电压，用uH表示，即：与简单比较器相比，滞回比较器具有以下两个优点：（1）引入正反馈后能加速输出电压的转变过程，改善输出电压在跳变时的波形。（2）提高了电路的抗干扰能力。由于回差电压的存在，输出电压uo一旦转变为＋UOM或－UOM后，运算放大器同相输入端的电压u+随即自动变化，因此，输入电压ui必须有较大的反向变化才能使输出电压uo转变。画电压传输特性必求的三要素：（1）输出电压高电平UOH和低电平UOL；（2）基准电压UR；（3）当ui的值经过UR时，uO跃变的方向，即是从UOH变为UOL，还是从UOL变为UOH。uouiURUOHUOLuouiURUOHUOL本章小结模拟运算电路的输出电压与输入电压之间有一定的函数关系，如比例运算、加减运算、积分、微分运算以及他们的组合运算。信号处理电路包括有源滤波、电压比较器、采样保持电路等。有源滤波器是由无源网络和带有深度负反馈的放大电路组成，具有高输入阻抗、低输出阻抗和良好的滤波特性等特点。电压比较器是一种差动输入的开环运算放大器，对两个输入电压进行比较，输出规定的高、低电平。作业课后题：4.15（P112）4.22（P114）4.23（P114）练习题1.图1同相比例运放的放大倍数Auf=

；R2≈