第4章集成运算放大电路第3节集成运放应用

第4章集成运算放大电路第3节集成运放应用第一页，共44页。一、放大器1.同相并联型差分放大器R2R2R1Ui1Ui2Uo1Uo2R3R3R4R4++--iUo第二页，共44页。一、放大器1.同相并联型差分放大器对A1和A2,电流i=对A3有

改变R1的阻值，即可调节电压增益。第三页，共44页。2.同相串联型差分放大器对A1有第四页，共44页。2.同相串联型差分放大器对A1有对A2有电压增益当时，第五页，共44页。二、电压比较器电压比较器的功能：比较电压的大小。输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。广泛用于各种报警电路。2.电压比较器的描述方法

:电压传输特性uO＝f(uI)电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL（2）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向第六页，共44页。3、几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：

有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性

输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压：第七页，共44页。4、电压比较器工作原理：集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或引入正反馈理想运放工作在非线性区的特点：净输入电流为02)uP>uN时，

uO＝＋UOM

uP<uN时，

uO＝－UOM第八页，共44页。电路原理图及传输特性如图所示(b)传输特性1.零电平比较器单限电压比较器工作原理(a)电路原理图+UCCuoui+-+-_

R1+-UCCB第九页，共44页。电路原理图及电压传输特性如图所示2.非零电平比较器(b)电压传输特性(a)电路原理图UBuo+-R0+UCCui+-_R+-UCCDZ第十页，共44页。2.当ui＞UB，即v+＜v－时，则uo=－UZ当

ui＜UB时，则v+＞v－

有uo=+UZ

输入、输出电压波形(a)电路原理图UBuo+-R0+UCCui+-_R+-UCCDZ比较原理的分析第十一页，共44页。存在干扰时单限比较器的uI、uO

波形单限比较器的作用：用于报警电路。检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。缺点：抗干扰能力差。解决办法：采用具有滞回传输特性的比较器。第十二页，共44页。3.滞回比较器滞回电压比较器又称施密特触发器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。电压比较器有两个门限电平，故传输特性呈滞回形状。

第十三页，共44页。(1)滞回比较器的阈值电压UT第十四页，共44页。(2)工作原理及电压传输特性设uI＜－UT，∵

uN＜uP，

uO＝+UOM，此时uP＝+UT。增大

uI，直至+UT，再继续增大，

uO才从+UOM跃变为－UOM。设uI＞+UT，∵

uN＞uP，

uO＝－UOM，此时uP＝－UT。减小

uI，直至－UT，再减小，

uO才从－UOM跃变为+UOM。第十五页，共44页。

滞回电压比较器用于控制系统时主要优点是抗干扰能力强。当输入信号受干扰或噪声的影响而上下波动时，只要根据干扰或噪声电平适当调整滞回电压比较器两个门限电平UT+和UT-的值，就可以避免比较器的输出电压在高、低电平之间反复跳变。

第十六页，共44页。第十七页，共44页。三、采样保持电路

在数据采集处理系统中常常要将模拟量转换成数字量。在模拟-数字转换之前，要对模拟信号进行定期的瞬时采样，并在两次采样之间保持前一次的采样值，实现这种功能的电路称为采样保持电路(sampleandholdcircuit)。第十八页，共44页。三、采样保持电路模拟开关模拟开关是一种在数字信号控制下将模拟信号接通或断开的元件或电路。该开关由开关元件和控制（驱动）电路两部分组成。模拟开关的分类：按切换的对象使用的元件：机械触点式、电子式

机械触点式：干簧继电器，水银继电器及机械振子继电器等。

电子式开关：二极管、双极性晶体管、场效应晶体管、光耦合器件及集成模拟开关等。控制电路开关元件第十九页，共44页。电路结构用于数据采集、模数转换、数字电路、计算机控制等。电压跟随器采样存储电容控制信号模拟开关模拟输入信号第二十页，共44页。工作原理①采样状态：

uG为高电平，场效应管导通，uI对存储电容C充电，uO=uC

=uI

。②保持状态：

uG为低电平，场效应管截止，输出电压保持前面采样的值不变。采样脉冲

输出电压

输入电压第二十一页，共44页。组成：模拟开关模拟信号存储电容缓冲放大器采样与保持交替工作，均由存储电容完成，输入／输出缓冲放大器实现前后级电路阻抗匹配。

第二十二页，共44页。采样速度愈高，输出愈接近模拟信号的变化情况。第二十三页，共44页。四、有源滤波电路1、概述2、低通滤波器3、高通4、带通5、带阻滤波器第二十四页，共44页。一.

基本概念有源滤波电路滤波器(filter)：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置。有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。滤波电路ui(t)uo(t)通频带：信号能通过的频率范围，也称为通带。阻带：信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围。第二十五页，共44页。2.滤波电路的种类低通滤波器（LPF）通带放大倍数通带截止频率下降速率理想幅频特性无过渡带用幅频特性描述滤波特性，要研究

、(fP、下降速率)。第二十六页，共44页。高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BEF））理想滤波器的幅频特性通信电路抗已知频率的干扰低通滤波器（LPF）第二十七页，共44页。

分类低通(LPF)高通(HPF)带通(BPF)带阻(BEF)

各种滤波电路的幅频特性(a)低通(b)高通(c)带通(d)带阻第二十八页，共44页。二、RC一阶低通滤波电路+_+_CR令fH=ωH/2π=1/(2RC)，其中ωH=1/（RC）Ui•Uo•称为上截止角频率第二十九页，共44页。无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大。无源滤波电路可用于高电压大电流，如直流电源中的滤波电路;有源滤波电路是信号处理电路，其输出电压和电流的大小受有源元件自身参数和供电电源的限制。有源滤波电路

用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻第三十页，共44页。有源低通滤波器设输入为正弦波信号，则有故由同相比例运算放大器可得式中称为上截止角频率第三十一页，共44页。电压增益的模为电路使频率小于H

的信号通过，抑制大于H的信号，称为有源低通滤波器。第三十二页，共44页。一阶低通滤波电路--幅频特性为了使过渡带变窄，需采用多阶滤波器，即增加RC环节。第三十三页，共44页。只经过一对RC滤波，称为一阶滤波器；为了改善滤波效果，使

>

H的信号衰减得更快些，可由两对RC构成二阶有源低通滤波器。当

>

H时，信号受到两方面抑制：①电容C2阻抗减小，高频信号被旁路；②电容C1阻抗减小，高频信号负反馈增强。第三十四页，共44页。常见二阶低通滤波电路的幅频特性第三十五页，共44页。三、RC高通滤波电路+_+_CRUo•Ui•ωL称为下截止角频率第三十六页，共44页。有源高通滤波器设输入为正弦波信号，则有故式中称为下截止角频率由同相比例运算放大器可得第三十七页，共44页。电压增益的模为电路让频率大于L

的信号通过，抑制小于L的信号，称为有源高通滤波器。第三十八页，共44页。为了改善滤波效果，使

<L的信号衰减得更快些，可由两对RC构成二阶有源高通滤波器。第三十九页，共44页。OOO四、带通、带阻有源滤波器1.带通滤波器（BPF）2.带阻滤波器（BEF）fH＜fLfH＞fL第四十页，共44页。1.有源带通滤波器

R1C1和R2C2构成串并联谐振回路，连接于输出端和同相输入端之间。当输入信号角频率趋近谐振角频率，电路形成较强的正反馈，输出电压大；其他频率信号不形成正反馈，输出电压很小，因而可实现带通滤