第7讲 集成运算放大器的应用

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计算机与信息学院毕春跃

bcy0622@QQ:82315956回顾：集成运放的理想模型（传输特性）第七讲集成运算在信号运算方面的应用对于工作在线性状态的理想集成运放，具有两个重要特性。1.理想集成运放两输入端间的电压为0，但又不是短路，故常称为“虚短”。u+≈u-

2.理想运放的两个输入端不取电流，但又不是开路，一般称为“虚断”。i+=i-=07.1比例运算电路1、反相输入比例运算电路练习：根据运放工作在线性区的虚短和虚断两条分析依据，可以推出图所示电路的闭环电压放大倍数为：B2、同相输入比例运算电路电压跟随器例在图示电路中，已知R1=100kΩ，Rf=200kΩ，ui=1V，求输出电压uo，并说明输入级的作用。例在图示电路中，已知R1=100kΩ，Rf=200kΩ，R2=100kΩ，R3=200kΩ，

ui=1V，求输出电压uo。7.2加法和减法运算电路1、加法运算电路2、减法运算电路例：求图示电路中uo与ui1、ui2的关系。解：电路由第一级的反相器和第二级的加法运算电路级联而成。例：求图示电路中uo与ui1、ui2的关系。解：电路由第一级的同相比例运算电路和第二级的减法运算电路级联而成。例试用两级运算放大器设计一个加减运算电路，实现以下运算关系：解

由题中给出的运算关系可知ui3与uo反相，而ui1和ui2与uo同相，故可用反相加法运算电路将ui1和ui2相加后，其和再与ui3反相相加，从而可使ui3反相一次，而ui1和ui2反相两次。根据以上分析，可画出实现加减运算的电路图，如图所示。由图可得：例：求图示电路中uo与ui的关系。U1-U2-4.1.3积分和微分运算电路1、积分运算电路积分电路波形积分电路用于方波－三角波转换例在图示的电路中。（1）写出输出电压uo与输入电压ui的运算关系。（2）若输入电压ui=1V，电容器两端的初始电压uC=0V，求输出电压uo变为0V所需要的时间。2、微分运算电路非正弦波产生电路电压比较器方波发生器三角波发生器7.4电压比较器运算放大器处在开环状态，由于电压放大倍数极高，因而输入端之间只要有微小电压，运算放大器便进入非线性工作区域，输出电压uo达到最大值UOM。1、简单比较器基准电压UR=0时，输入电压ui与零电位比较，称为过零比较器。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，稳压管正向导通，uo=0；ui>UR时，稳压管反向击穿，uo=UZ时。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，忽略正向导通电压，则ui>UR时，uo=－UZ；ui<UR时，uo=＋UZ时。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。简单电压比较器，灵敏度高，但抗干扰能力较差；迟滞电压比较器具有抗干扰能力。2、迟滞电压比较器限幅电路，使输出电压钳制在+/-UZ门限电压UTHUTH的值随输出电压而变化输出为高电平时，uo=+UZ，同相输入端的电压称为上限门限电压UTH+输出为低电平时，uo=-UZ，同相输入端的电压称为下限门限电压UTH-迟滞电压比较器传输特性上下门限电压可以通过调节参考电压UREF来控制，两门限电压的差值称为：迟滞宽度。迟滞宽度表示抗干扰能力的强弱，越宽，抗干扰能力越强，同时灵敏度降低。输入电压的峰值必须大于迟滞宽度，否则输出电压不可能跳变。举例：见P267电路及工作原理7.5方波发生器在迟滞比较器中增加一条由R1和C组成的负反馈支路，就组成了一个简单的方波发生器原理：将输出电压uo经C、R1支路反馈回比较器的反相端，利用电容C的充放电电压uc代替迟滞比较器的外输入电压ui，与同相输入端电压进行比较，使比较器的输出不断发生翻转，形成自激振荡。方波发生器的波形图

分析：振荡周期T

根据电路分析中的三要素法可以求得方波的周期T方波的频率为根据以上分析，由于电容充放电时间常数均为R1C，且幅值也相等，所以uo为方波。