集成運算放大器的應(yīng)用.ppt

第4章集成運算放大器的應(yīng)用 4 1比例運算電路4 2集成運算放大器中的負反饋4 3加法運算和積分運算電路4 4測量實用電路4 5有源濾波器4 6電壓比較器 4 1比例運算電路 4 1 1反相比例運算電路4 1 2同相比例運算電路4 1 3差動比例運算電路 4 1 1反相比例運算電路 因 由線性區(qū)的特點得 而 閉環(huán)電壓放大倍數(shù) 當R1 RF時 uo ui Af 1 該電路稱為反相器 圖中電阻Rp稱為平衡電阻 通常取 4 1 2同相輸入比例運算電路 因 由線性區(qū)的特點得 閉環(huán)電壓放大倍數(shù) 當RF 0或R1 時 u0 ui 輸出電壓跟隨輸入電壓 稱為電壓跟隨器 1 4 1 3差動比例運算電路 因 由線性區(qū)的特點得 ui1單獨作用時為反相輸入比例運算電路 輸出電壓為 ui2單獨作用時為同相輸入比例運算 輸出電壓為 疊加法 R1 R2 R3 RF時 R1 R2 R3 RF時 由此可見 輸出電壓與兩個輸入電壓之差成正比 實現(xiàn)了減法運算 例 求圖示電路中uo與ui1 ui2的關(guān)系 解 第一級反相器 第二級 加法運算電路級聯(lián)而成 例 求圖示電路中uo與ui1 ui2的關(guān)系 將放大電路的輸出電壓 或電流 的全部 或部分 通過某種電路 稱為反饋電路 引回到輸入端 引回的反饋電壓 或電流 與輸入端的輸入電壓 或電流 進行比較 從而影響放大電路的凈輸入信號 也叫驅(qū)動信號 的大小 這就是放大電路中的反饋 4 2放大電路中的負反饋 4 2 1反饋的概念 有反饋時 放大電路的電壓放大倍數(shù)稱為閉環(huán)電壓放大倍數(shù) 即 反饋信號與輸出信號之比稱為反饋系數(shù) 即 無反饋時 放大電路的電壓放大倍數(shù)稱為開環(huán)電壓放大倍數(shù) 即 反饋類型通常稱為反饋組態(tài) 交流負反饋放大電路有四種組態(tài) 串聯(lián)電壓負反饋 串聯(lián)電流負反饋 并聯(lián)電壓負反饋 并聯(lián)電流負反饋 4 2 2反饋的類型 按反饋信號的極性分為 正反饋和負反饋 按輸入信號的性質(zhì)分 直流反饋和交流反饋 按輸入端信號的連接方式分為 串聯(lián)型和并聯(lián)型 按輸出端的取樣方式分為 電壓型和電流型 按反饋的位置分為 級間反饋和本級反饋 1 正負反饋 如果反饋信號與輸入信號作用相反 使凈輸入信號xd減小 輸出xo減小 則為負反饋 如果反饋信號與輸入信號作用相同 使凈輸入信號xd增加 輸出xo增加 則為正反饋 ube ui uf 負反饋 負反饋與正反饋的判別 瞬時極性法 晶體管 場效應(yīng)管 集成運放的瞬時極性如圖 設(shè)接 地 參考點的電位為零 則電路中某點在某瞬時的電位高于參考點 則該點電位的瞬時極性為正 或瞬時值升高 用 標記 反之為負 或瞬時值降低 用 標記 方法 先假設(shè)輸入電壓信號ui在某一瞬時的極性為正 然后順著信號的傳輸方向 逐步推出輸出信號和反饋信號的瞬時極性為 或 最后判斷反饋信號是增強還是削弱凈輸入信號 削弱為負反饋 增強為正反饋 假設(shè)基極瞬時極性為正 經(jīng)過反饋元件 反饋到基極的瞬時極性為負 假設(shè)基極瞬時極性為正 經(jīng)過反饋元件 反饋到發(fā)射極的瞬時極性為正 這兩種情況下 為負反饋 否則為正反饋 分立元件放大電路的正負反饋 假設(shè)輸入端為正 經(jīng)過反饋元件 反饋到本輸入端的瞬時極性為負或反饋到另外一個輸入端的瞬時極性為正 這兩種情況下 為負反饋 正反饋還是負反饋 ib ii if 負反饋 2 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 如果反饋信號與輸入信號以電壓串聯(lián)的形式作用于凈輸入端 反饋信號與輸入端信號以電壓形式相加減 稱為串聯(lián)反饋 ube ui uf 如果反饋信號與輸入信號以電流并聯(lián)的形式作用于凈輸入端 反饋信號與輸入端信號以電流形式相加減 稱為并聯(lián)反饋 ib ii if 串聯(lián)負反饋 ib ii if 并聯(lián)負反饋 并聯(lián)反饋 串聯(lián)反饋 同點連接法 若反饋支路與輸入端同點連接為并聯(lián)反饋 若反饋支路與輸入端不同點連接為串聯(lián)反饋 同點連接法 反饋量與輸入量連在同一個輸入端 為并聯(lián)反饋 否則為串聯(lián) 3 電流反饋和電壓反饋 如果反饋信號xf取自輸出電壓uo xf與uo成正比 稱為電壓反饋 如果反饋信號xf取自輸出電流io xf與io成正比 稱為電流反饋 同點連接法 反饋量與輸出量連在同一個端 為電壓反饋 否則為電流反饋 串聯(lián)電壓負反饋 并聯(lián)電流負反饋 串聯(lián)電壓負反饋 并聯(lián)電壓負反饋 串聯(lián)電流負反饋 并聯(lián)電流負反饋 4 2 3負反饋的作用 1 直流負反饋 穩(wěn)定靜態(tài)工作點射極偏置式放大電路2 交流負反饋 改善放大特性 1 能夠使放大電路的放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高 2 電壓型負反饋 減小輸出電阻 穩(wěn)定輸出電壓 3 電流型負反饋 增大輸出電阻 穩(wěn)定輸出電流 4 串聯(lián)型負反饋 提高輸入電阻 5 并聯(lián)型負反饋 減小輸入電阻 4 3加法運算和積分運算 4 3 1反相比例求和運算電路 因 由線性區(qū)的特點得 可見輸出電壓與兩個輸入電壓之間是一種反相輸入加法運算關(guān)系 這一運算關(guān)系可推廣到有更多個信號輸入的情況 當R1 R2 RF時 而 由圖可得 則 4 3 2積分運算電路 輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比 應(yīng)用舉例 輸入方波 輸出是 4 4測量實用電路 4 4 1可調(diào)電壓源 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓作為反向輸入端的固定電壓 則 改變R1和RF 可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小 故為連續(xù)可調(diào)的恒壓源 4 4 2直流電壓測量電路 為測量電路的電壓和電流 一般要求電壓表內(nèi)阻要大 電流表內(nèi)阻要小 實際很難滿足要求 高精度直流電壓表電路如圖 實際上是電壓 電流轉(zhuǎn)換器 由集成運放的特點得 表明電流表的電流與表頭內(nèi)阻無關(guān) 只與ui和R1有關(guān) 電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度 便可指示出待測電壓的大小 4 4 3直流電流測量電路 高精度直流電流表電路如圖 實際上是電流 電流轉(zhuǎn)換器 由集成運放的特點得 該式表明電流表的電流i與表頭內(nèi)阻無關(guān) 只與待測電流ii有關(guān) 濾波器 是一種能使有用頻率信號通過 而使無用頻率信號受到抑制或大為衰減的電路 即選出所需要的頻率范圍內(nèi)的信號 使其順利通過 而對于頻率超出此范圍的信號 使其不易通過 4 5有源濾波器 4 5 1濾波器的功能和分類1 按濾波器所含元器件的不同無源濾波器 僅R C構(gòu)成的濾波器 有源濾波器 由R C和放大電路構(gòu)成的濾波器 2 按允許通過的信號的頻率范圍的不同 低通濾波器 允許低頻信號通過 將高頻信號衰減 高通濾波器 允許高頻信號通過 將低頻信號衰減 帶通濾波器 允許某一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過 將之外的信號衰減 帶阻濾波器 與帶通濾波器相反 帶通濾波器的功能是允許某一個頻率范圍的信號通過 而在此范圍之外的信號不能通過 圖中f1為下限頻率 f2為上限頻率 低通濾波器 高通濾波器 帶通濾波器 帶阻濾波器 4 5 2低通濾波器 LPF 1 電壓放大倍數(shù) 幅頻特性 相頻特性 2 幅頻特性 該電路可使低頻信號通過而抑制高頻信號通過 在實際應(yīng)用中 輸出電壓不能下降太多 通常規(guī)定電壓下降到輸入電壓的0 707為最低限 此時 0 稱為截止角頻率 3 相頻特性 4 5 3高通濾波器 HPF 1 電壓放大倍數(shù) 幅頻特性 相頻特性 2 幅頻特性 該電路可使高頻信號通過而抑制低頻信號通過 3 相頻特性 4 6電壓比較器 電壓比較器是波形的產(chǎn)生與變換電路 其基本功能是對兩個輸入電壓的大小進行比較 在輸出端顯示出比較的結(jié)果 常用作模 數(shù)字電路的接口電路轉(zhuǎn)換 越限報警以及各種非正弦波的產(chǎn)生和變換等場合 ud 0 即u u uo UOMud 0 即u u uo UOM 1 簡單比較器 1 同相輸入 UR 門限電壓或基準電壓 當u u 即ui UR 當u u 即ui UR uo UOM uo UOM 當u u 即ui UR uO UOM 當u UR uO UOM 2 反相輸入 UR 0時 輸入電壓ui與零電位比較 稱為過零比較器 過零比較器 電壓比較器 過零比較器的輸入為正弦波 則輸出端為 ui 0 uo UOM ui 0 uo UOM ui UR時 uO UOM 2 穩(wěn)壓管限幅電路 設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ 忽略正向?qū)妷?則 ui UR時 穩(wěn)壓管反向穩(wěn)壓 uO UZ時 穩(wěn)壓管正向?qū)?uO 0 ui UR時 uO UOM 管1導(dǎo)通 管2穩(wěn)壓 uo UZ ui UR時 uO UOM 管2導(dǎo)通 管1穩(wěn)壓 uo UZ 設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ 忽略正向?qū)妷?則 例如圖監(jiān)控報警裝置 如需對某一參數(shù) 如溫度 壓力等 進行監(jiān)控時 可由傳感器取得監(jiān)控信號ui UR是參考電壓 當ui超過正常值時 報警燈亮 試說明電路的工作原理 VD截止 晶體管導(dǎo)通 報警指示燈亮 說明監(jiān)控信號ui已超過正常值 教學要求 1 理解運算放大器的電壓傳輸特性 掌握理想運算放大器在線性和非線性應(yīng)用時的分析方法 2 掌握集成運算放大器的反相 同相和差動3種基本輸入方式及其電路的特點和分析 3 掌握集成運算放大器的加法和積分運算電路分析 4 能分析由基本運算電路組合而成的其他運算電路 5 了解有源濾波器的工作原理 6 理解電壓比較器的工作原理和應(yīng)用 7 理解反饋的概念及負反饋類型的判斷 了解負反饋對放大電路性能的影響 本章考點 1 集成運算放大器線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用的基本條件和分析依據(jù) 2 應(yīng)用 虛斷 和 虛短 分析各種線性運算放大電路 3 電壓比較電路的分析計算 4 負反饋極性與類型的判斷 5 負反饋對放大電路性能的影響