運(yùn)算放大電路有源濾波器課件

1、1此課件及“海南風(fēng)光”封面屬清華大學(xué)唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現(xiàn)剽竊，必究法律責(zé)任！此課件及“海南風(fēng)光”封面屬清華大學(xué)唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現(xiàn)剽竊，必究法律責(zé)任！此課件及“海南風(fēng)光”封面屬清華大學(xué)唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現(xiàn)剽竊，必究法律責(zé)任！此課件及“海南風(fēng)光”封面屬清華大學(xué)唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現(xiàn)剽竊，必究法律責(zé)任！海南風(fēng)光12.3 模擬信號(hào)的運(yùn)算電路模擬信號(hào)的運(yùn)算電路 第第12章章 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器12.4 有源濾波器有源濾波器 212.3 12.3 模擬信號(hào)的放大和運(yùn)算電路模擬信號(hào)的放大和運(yùn)算電路(1) 反相比例運(yùn)算放大器反相比例運(yùn)算放大器_+ + RFR1RPuiuoi1iFib-ib+虛地點(diǎn)虛地點(diǎn)i1

2、=iF+ ib-=iF , ib- =0 ib+ =0u+ =0 u=u+=0平衡電阻平衡電阻( (使輸入端使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相對(duì)地的靜態(tài)電阻相等等):R):RP P=R=R1 1/R/RF F2o1iRuRu F電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù):1210uRRuuA iF3_+ + RFR1RPuiuoi1i2ib-ib+例題例題1. R1=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo ，RP應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？Au=-（RF/R1）=-20/10=-2uo= Au ui=(-2)(-1)=2VRP=R1/RF=10/20=6.7 k 4反相比例運(yùn)算放大器反相比例運(yùn)

3、算放大器輸入電阻及反饋方式：輸入電阻及反饋方式：ri=R1輸入電阻輸入電阻(小小):uo_+ + RFR1RPuii1iFib-ib+反饋電阻反饋電阻反饋方式：反饋方式：電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋i1=iF+ ib- ib-= i1-iF5(2) 同相比例運(yùn)算放大器同相比例運(yùn)算放大器u-= u+= uiib+ =0ib- =0_+ + RFRfRPuiuoiFifAu=1+RFRfiF=ifR RP P=R=Rf f/R/RF F1i2ioRuRuu Ffi12ou)RR1(u Ff)6_+ + RFRfRPuiuoiFif例題例題2. Rf=10k , RF=20k , , ui =-1V

4、=-1V。求。求: :uo ，RP應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？uo= Au ui=(3)(-1)=-3VRP=Rf/RF =10/20=6.7 k Au=1+ =1+20/10=3RFRf7電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋同相比例運(yùn)算放大器同相比例運(yùn)算放大器輸入電阻及反饋方式：輸入電阻及反饋方式：_+ + RFRfRPuiuo輸入電阻輸入電阻(高高)反饋方式反饋方式?輸入電壓輸入電壓:u+- u- = ui - uo RfRf +RF8_+ + RFRfRPuiuoAu=1+RFRf當(dāng)當(dāng)RF=0時(shí)時(shí),Au=1uo=ui(3) 電壓跟隨器電壓跟隨器此電路是電壓并此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入電聯(lián)負(fù)反饋，輸入電

5、阻大，輸出電阻小，阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分在電路中作用與分離元件的射極輸出離元件的射極輸出器相同，但是電壓器相同，但是電壓跟隨性能好。跟隨性能好。9(4) 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1)uu(RRu1i2i12o ib+ =0ib- =0ui2R2 R1 + R2 u+ =u- = u+ u- =uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 ui2R2 R1 + R2 =10以上電路的比較歸納：以上電路的比較歸納：1.它們都引入電壓負(fù)反饋，因此輸出電它們都引入電壓負(fù)反饋，因此輸出電阻都比較小。阻都比較小。

6、2.關(guān)于輸入電阻關(guān)于輸入電阻 反相輸入的輸入電阻小，反相輸入的輸入電阻小， 同相輸入的輸入電阻高。同相輸入的輸入電阻高。3.以上放大器均可級(jí)聯(lián)以上放大器均可級(jí)聯(lián),級(jí)聯(lián)時(shí)放大倍數(shù)級(jí)聯(lián)時(shí)放大倍數(shù)分別獨(dú)立計(jì)算。分別獨(dú)立計(jì)算。11例題例題3. R1=10k , R2=20k , , ui 1=-1V=-1V， ui 2=1V =1V 。求求: :uo uo_+ + R2R1R1R2ui1_+ + ui2_+ + R2R1RPuo= (uo2- uo1)=(20/10)3-(-1) =8VR2R1uo1= ui1=-1Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3V12例題例題3. 若若ui1=sin t V

7、， ui 2=1V =1V ，求，求: :uo uo1= ui1= sin t Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3Vuo= (uo2 - uo1)=(20/10)(3- sin t )=6 - 2 sin t VR2R113(5) 反相求和運(yùn)算：反相求和運(yùn)算：_+ + RFR1R2ui2uoRPui1i1i2iF虛地虛地uo =-(ui1 R1 RF +ui2 R2 RF )若若R1 =R2 =R, uo = -(ui1 R RF +ui2 )取取RP= R1/ R2/RFuo_+ + RFR1RPui0uu ib+ =0ib- =0,i1 + i2= iFui1 R1 =ui2 R2

8、+-uo RF 14(6) 同相求和運(yùn)算：同相求和運(yùn)算：Au= RFRf1+uo = Au u+ =( )( + ) RFRf1+R2 R1 + R2 ui1R1 R1 + R2 ui2取取R1/R2=RF/Rf當(dāng)當(dāng)R1 = R2 時(shí)時(shí), uo = ( )(ui1 + ui2)RFRf1+12RfRF+u i1uoR1R2ui2-u+ _+ + RFRfRPuiuo15(7) 微分運(yùn)算：微分運(yùn)算：u-= u+= 0RuioF dtduCii1 F1ii dtduRCuio u i+uoRR2i1iFCib- =016)90tsin(RC tcosRCuo tui0tuo0tsinui 例：例：

9、,求求uo。dtduRCuio u i+uoRR2i1iFC9017(8) 反相積分運(yùn)算反相積分運(yùn)算Ruii1 dtduCioF dtuRC1uioF1ii i1iFu i-+RRPCuoucuc = -uoib+ =0ib- =0,iF =Cducdt-CduodtuiR=u-= u+= 018反相積分器：反相積分器：如果如果u i=直流電壓直流電壓U,輸出將反相積分，輸出將反相積分，經(jīng)過一定的時(shí)間后輸出飽和。經(jīng)過一定的時(shí)間后輸出飽和。 t0oUdtRC1utui0UMomUTRC1U URCUTomM tuo0-UomTM積分時(shí)限積分時(shí)限 dtuRC1uio= t URC設(shè)設(shè)Uom=15V

10、,U=+3V, R=10k ,C=1 ,C=1 F F=0.05秒秒19 dtuRC1uio反相積分器：反相積分器：如果如果ui =-U=-3V，畫出，畫出uo的波形圖。的波形圖。tui0tuo0+Uom-U t0o(-U)dtRC1u= t URC0.05秒秒設(shè)設(shè)Uom=15V,U=3V, R=10k ,C=1 ,C=1 F F20應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出是三角波。應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出是三角波。tui0tuo0三角波發(fā)生器將在第六章中講三角波發(fā)生器將在第六章中講21運(yùn)算電路要求運(yùn)算電路要求1.熟記前熟記前8種基本運(yùn)算電路的電路圖及放大倍種基本運(yùn)算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。數(shù)公式。2.

11、以上基本運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)后輸出的計(jì)算。以上基本運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)后輸出的計(jì)算。3. 會(huì)用會(huì)用 ib- =0, ib+ =0, u+ = u- 分析給定運(yùn)算電分析給定運(yùn)算電路的路的 放大倍數(shù)。放大倍數(shù)。22 12.4 有源濾波器有源濾波器濾波電路的種類濾波電路的種類:按信號(hào)性質(zhì)按信號(hào)性質(zhì): 模擬濾波器模擬濾波器和數(shù)字濾波器和數(shù)字濾波器按電路功能按電路功能: 低通濾波器低通濾波器高通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器帶阻濾波器按所用元件按所用元件: 無源濾波器和無源濾波器和有源濾波器有源濾波器12.4.1 概述概述按階數(shù)按階數(shù): 一階一階,二階二階 高階高階 23)j (Ui )j (Uo 傳遞

12、函數(shù)：傳遞函數(shù)：ioioioUU)j (U)j (U)j (T ioUU)j (T 幅頻特性幅頻特性io)( 相頻特性相頻特性filter傳遞函數(shù)、幅頻特性傳遞函數(shù)、幅頻特性24濾波器分類濾波器分類(按頻率特性進(jìn)行分類按頻率特性進(jìn)行分類)： ioUU ioUU ioUU ioUU低通低通高通高通帶通帶通帶阻帶阻25RCR一階一階RC低通濾波器低通濾波器(無源無源)iU oU RC10 j1Rj1UUioRCj11 0j11 CC0j11)j (T 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)20)(11)j (T 幅頻特性幅頻特性2620)(11)j (T ioUU0 10.707 0截止頻率截止頻率此電路的缺點(diǎn)：此電路

13、的缺點(diǎn)：1、帶負(fù)載能力差。、帶負(fù)載能力差。2、無放大作用。、無放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。、特性不理想，邊沿不陡。幅頻特性、幅頻特性曲線幅頻特性、幅頻特性曲線iU oU RCR27通頻帶寬度通頻帶寬度(帶寬帶寬)ioUU0 10.707 0截止頻率截止頻率帶寬帶寬:0 - 0 設(shè)設(shè)R=10k ,C為下列各值時(shí)的為下列各值時(shí)的帶寬帶寬:C fo1 F 16Hz0.047 F 340Hz0.01 F 1600HzRC10 2812.4.2 有源濾波器有源濾波器oF11URRRU UURR1RFC+-+iU oU 1.一階有源低通濾波器一階有源低通濾波器Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函

14、數(shù)傳遞函數(shù)RCiUCj1RCj1U iUCj11 RC傳遞函數(shù)中出現(xiàn)傳遞函數(shù)中出現(xiàn) 的一次項(xiàng)的一次項(xiàng),故稱為一故稱為一階濾波器階濾波器29幅頻特性：幅頻特性：201Fio)(11)RR1(UU )RC1(0 相頻特性：相頻特性：0arg RR1RFC+-+iU oU 幅頻特性及幅頻特性曲線幅頻特性及幅頻特性曲線ioUU0 1+RF/R10.707(1+RF/R1) 0Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)RC301、0 時(shí)：時(shí)：)RR1(UU1Fio 有放大作用有放大作用3、運(yùn)放輸出，帶負(fù)載能力強(qiáng)。運(yùn)放輸出，帶負(fù)載能力強(qiáng)。2、0 時(shí)：時(shí)：21)RR1(UU1Fio 幅頻特性與一階無幅

15、頻特性與一階無源低通濾波器類似源低通濾波器類似電路特點(diǎn)電路特點(diǎn):312. 一階有源高通濾波器一階有源高通濾波器oF11URRRU UUiUCj1RCj1U iUCj11 R1 RCRR1RFC+-+iU oU 低通低通RR1RFC+-+iU oU 高通高通Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)1 RC32幅頻特性及幅頻特性曲線幅頻特性及幅頻特性曲線Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)1 RC幅頻特性：幅頻特性：201Fio)(11)RR1(UU 0 ioUU0 1+RF/R10.707(1+RF/R1) 0RR1RFC+-+iU oU 333.二階有源低通濾波器二階有源低通濾波器 UAUFoCj1UURUURUUoPPPi PPURCj11UCj1RCj1U o2oFio2j)(1AUU RR1RFC+-+iU oU CRP，AF=1+RF/R1傳遞函數(shù)中出現(xiàn)傳遞函數(shù)中出現(xiàn) 的二次項(xiàng)的二次項(xiàng),故稱為