第7章集成运算放大器的应用(机械工业黄丽亚)

第7章集成运算放大器的应用7.1.2求和运算电路7.1基本运算电路7.1.1比例运算电路一、反相比例放大器二、同相比例放大器一、反相输入求和电路二、同相输入求和电路三、双端输入求和电路2023/2/31模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)7.1.3积分和微分运算电路一、积分运算电路二、微分运算电路7.1.4对数和反对数运算电路一、对数运算电路二、反对数运算电路2023/2/32模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)7.2.3迟滞比较器一、反相输入迟滞比较器7.2.1电压比较器概述7.2.2单门限比较器一、过零电压比较器二、固定电压比较器二、同相输入迟滞比较器7.2.4窗口比较器7.2电压比较器7.3驰张振荡器2023/2/33模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)第7章集成运算放大器的应用集成运放(IntegratedOperationalAmplifier)在信号的运算、处理和产生等方面得到广泛的应用。如放大器、加法器、减法器、积分器、微分器等2023/2/34模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)集成运放(IntegratedOperationalAmplifier)在信号的运算、处理和产生等方面得到广泛的应用。如限幅器、高频检波器、有源滤波器、电流／电压转换器、频率／电压转换器、数／模转换器、比较器、电压跟随器等第7章集成运算放大器的应用2023/2/35模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)集成运放(IntegratedOperationalAmplifier)在信号的运算、处理和产生等方面得到广泛的应用。如正弦波振荡器、多谐振荡器等第7章集成运算放大器的应用2023/2/36模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)集成运放由哪些单元电路构成？传输特性如何？集成运放知识回顾输入级中间级输出级偏置电路uPuOuN2023/2/37模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)uiduoUOHUOL线性区Aud越大，运放的线性范围越小。集成运放知识回顾若UOH=-UOL=12V，Aud=105，uid在什么范围内，运放工作在线性区间?答:|ui|<0.12mV时，运放处于线性区。思考：2023/2/38模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)通常为了保证运放工作在线性区间，引入深度负反馈。为保证运放工作在非线性区，运放开环工作或引入正反馈！uiduoUOHUOL线性区集成运放的工作区域运放工作在不同的区间，有不同的特点，因此分析集成运放首先应判断其工作区间。2023/2/39模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)一、反相比例放大器1.电路结构7.1.1比例运算电路7.1基本运算电路图7.1反相比例放大器2023/2/310模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)2.分析方法(1)运用深度负反馈分析(2)运用虚短、虚断特性分析3.传输特性2023/2/311模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)4.输入电阻和输出电阻2023/2/312模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)二、同相比例放大器图7.2同相比例放大器2023/2/313模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)图7.3电压跟随器2023/2/314模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)图7.4反相相加器一、反相输入求和电路2.分析方法(1)运用深度负反馈分析(2)运用虚短、虚断特性分析(3)以反相比例放大器为基础分析1.电路结构3.优点各信号源支路相互独立;无共模信号输入7.1.2求和运算电路2023/2/315模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)

二、同相输入求和电路图7.5同相求和运算电路当R1=R2=R时各信号源支路互不独立;有共模信号输入1.电路结构及分析方法2.电路缺点2023/2/316模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)

例1试设计一个相加器，完成uo=-(2ui1+3ui2)的运算，并要求对ui1、ui2的输入电阻均≥100kΩ。如何满足输入电阻阻值要求？2023/2/317模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)所以选Rf=300kΩ，R2=100kΩ，R1=150kΩ。为消除输入偏流IIB产生的误差，在同相输入端和地之间接入一直流平衡电阻R3，并令R3=R1‖R2‖Rf=50kΩ。解为满足输入电阻均≥100kΩ，选R2=100kΩ，针对2023/2/318模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)三、双端输入求和电路(分解)图7.7双端输入求和运算电路2023/2/319模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)2023/2/320模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)2023/2/321模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)例2A/D变换器要求其输入电压的幅度为0~+5V，现有信号变化范围为-5V~+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0~+5V。uO=0.5uI+2.5V电平抬高电路A/D计算机uIuO+5V-5VuIt+5V+2.5VuOt2023/2/322模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)uO=0.5uI+2.5V=0.5(uI+5)V_+10k20k+5V5kuI20kuO1uO_+20k20k10k2023/2/323模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)设电容电压的初始值uC(0)=0,则输出电压uo(t)为，所以图7-10积分运算电路7.1.3积分和微分运算电路在时域推导过程而一、积分运算电路2023/2/324模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)在频域推导过程(设电容电压的初始值uC(0)=0)图7-10积分运算电路2023/2/325模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)二、微分运算电路图7.12微分运算电路在时域推导过程在频域推导过程2023/2/326模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)7.1.4对数和反对数运算电路一、对数运算电路图7.13由二极管构成的基本对数运算电路2023/2/327模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)

二、反对数运算电路图7.16反对数运算电路2023/2/328模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)1.理想运放工作在线性(linear)状态时的特性本节内容小节2.比例运算电路、求和运算电路的结构、工作原理和分析方法(1)反相比例放大器、同相比例放大器(2)反相输入求和电路(3)同相输入求和电路(4)双端输入求和电路2023/2/329模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)1.理想运放工作在线性(linear)状态时的特性;上节内容回顾2.理想运放工作在非线性(nonlinear)状态时的特性;(1)“虚短”特性(virtualshortcircuit)(2)“虚断”特性(virtualopencircuit)(1)“离散”特性(2)“虚断”特性uiduoUOHUOL2023/2/330模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)7.2电压比较器7.2.1电压比较器概述电压比较器可由通用运放构成，也可用专用芯片（即电压比较器芯片）实现。2023/2/331模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)图7.17电压比较器的符号及传输特性当时，输出UOH

时，输出UOL；当鉴别不灵敏区即输出、输入不呈线性关系1.基本特性(1)输出呈开关特性(2)工作在非线性状态2023/2/332模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)(1)阈值电压(UT)2.参数(2)高电平(UoH)和低电平(UoL)通用运放外限幅(3)鉴别灵敏度

Aud越大,不灵敏区越小,鉴别灵敏度越高。(4)转换时间2023/2/333模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)7.2.2单门限比较器一、过零电压比较器(Zero-CrossingComparator)图7.19反相输入过零电压比较器2023/2/334模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)图7-21反相输入固定电压比较器二、固定电压比较器2023/2/335模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)2023/2/336模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)例3画出下面电路的传输特性。R2urR1uiuoRp分析方法：运放比较的是u-和u+。2023/2/337模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)当时，输出UOH

时，输出UOL

当也就是说，当即时，输出发生转折。故输入ui比较的阀值电压为：uouiUOHUOLUT2023/2/338模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)图7.23单门限电压比较器抗干扰能力波形图7.2.3迟滞比较器(HysteresisComparator)2023/2/339模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)

一、反相输入迟滞比较器图7.24反相输入迟滞比较器电路图与传输特性鉴别不灵敏区UTLUTHΔU上限阀值下限阀值2023/2/340模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)比较器输出、输入量关系分析的关键比较器的输出从一种电平跳到另一种电平的临界条件（u+=u-）所对应的输入电压（即阈值电压）。2023/2/341模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)UTLUTHΔUUTHUTLUr迟滞比较器应用举例1/22023/2/342模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)迟滞比较器应用举例2/2UTLUTHΔUUTHUTL2023/2/343模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)

二、同相输入迟滞比较器图7.25同相输入迟滞比较器及其传输特性2023/2/344模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)7.2.4窗口比较器(WindowComparator)图7.26窗口比较器2023/2/345模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)Uo1

Uo2uoLLLHHLHHLHHH2023/2/346模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)7.3驰张振荡器图7.27方波发生器一、电路结构2023/2/347模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)二、工作原理1.2.2023/2/348模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)2023/2/349模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)图7.29占空比可调的驰张振荡器2023/2/350模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)1.电压比较器的基本特性及其参数;本节内容小节(1)输出呈开关特性;(2)工作在非线性状态;2.单门限比较器;3.迟滞比较器;4.窗口比较器的工作原理;(3)高电平(UoH)和低电平(UoL)的确定;(2)上、下限阀值电压的求法及画电路传输特性;(1)反相输入、同相输入迟滞比较器电路结构;5.驰张振荡器的工作原理;2023/2/351模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)作业7.87.207.17.42023/2/352模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)UCCRCUC2RCUC1－UEEV1V2IuiR1uoRfRp=R1

//Rf反相端同相端接直流平衡电阻Rp使输入级的电路结构对称当输入全部为0时，确保输出也为02023/2/353模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)(1)运用深度负反馈分析方法u-=?又因为if=ii，则(2)运用虚短、虚断特性分析又因为if=ii，则2023/2/354模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)又因为if=i1+i2，则(1)运用深度负反馈分析方法当R1=R2=R时u-=?2023/2/355模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)又因为if=i1+i2，则(2)运用虚短、虚断特性分析2023/2/356模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)又因为uo=uo1+uo2，则(3)以反相比例放大器为基础进行分析2023/2/357模拟电子技术(analogelectronictechnology)模拟电子技术(analogelectronictechnology)例（1）分析图中各电路的功能；（2）分别