集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用

1、第七章集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成運(yùn)放最早應(yīng)用于信號(hào)的運(yùn)算，它可對(duì)信號(hào)完成加、減、乘、除、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)、微分、積分等基本運(yùn)算，所以稱為運(yùn)算放大器。但是，隨著集成運(yùn)放技術(shù)的發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不斷改善，價(jià)格日益低廉，而且制造出適應(yīng)各種特殊要求的專用電路。目前集成運(yùn)放的應(yīng)用幾乎森頭到電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，除運(yùn)算外還可對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、變換和測(cè)量，也可以來(lái)產(chǎn)生正弦信號(hào)和各非正弦信號(hào)，成為電在系統(tǒng)的基本單元。7.1 集成運(yùn)放應(yīng)用基礎(chǔ)7.1.1 :低頻等效電路在電路中集成運(yùn)放作為一個(gè)完整的獨(dú)立的器件來(lái)對(duì)待。于是在分析、計(jì)算時(shí)我們用等效電路來(lái)代替集成運(yùn)放。由于集成運(yùn)放主要用于頻率不高的場(chǎng)合，因此我們只學(xué)習(xí)低頻率時(shí)的

2、等效電路。下圖所示為集成運(yùn)放的符號(hào)，它有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。其中：標(biāo)有的為同相輸入端（輸出電壓的相位與該輸入電壓的相位相同）標(biāo)有的為反相輸入端（輸出電壓的相位與該輸入電壓的相位相反）。7.1.2 :理想集成運(yùn)放般我們是把集成運(yùn)放視為理想的（將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化）開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)：輸入電阻:2=00輸入偏置電流：hl一/盅一°共模抑制比：CMRR二8輸出電阻:口=0-3dB帶寬：/n=0°無(wú)干擾無(wú)噪聲失調(diào)電壓底、失調(diào)電流,及它們的溫漂均為零7.1.3 :集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的特性當(dāng)集成運(yùn)放工作在線性放大區(qū)時(shí)的條件是：（1）U尸U*（2）1_=0注：（1）即：同相

3、輸入端與反相輸入端的電位相等，但不是短路。我們把滿足這個(gè)條件稱為"虛短"（2）即:理想運(yùn)放的輸入電阻為x,因此集成運(yùn)放輸入端不取電流。我們?cè)谟?jì)算電路時(shí)，只要是線性應(yīng)用，均可以應(yīng)用以上的兩個(gè)結(jié)論，因此我們要掌握好!當(dāng)集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，它的輸入、輸出的關(guān)系式為:3%）7.1.4 :集成運(yùn)放工作在非線性工作區(qū)當(dāng)集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的條件是：集成運(yùn)放在非線性工作區(qū)內(nèi)一般是開(kāi)環(huán)運(yùn)用或加正反饋。它的輸入輸出關(guān)系是:它的輸出電壓有兩種形態(tài)：（1）當(dāng)時(shí)，。應(yīng)（2）當(dāng)-<?+時(shí),九二007-I它的輸入電流仍為零（因?yàn)镸）即：Q7.2 運(yùn)算電路721:比例運(yùn)算電路定義：將輸入信

4、號(hào)按比例放大的電路，稱為比例運(yùn)算電路。分類：反向比例電路、同相比例電路、差動(dòng)比例電路。（按輸入信號(hào)加入不同的輸入端分）比例放大電路是集成運(yùn)算放大電路的三種主要放大形式：（1）反向比例電路輸出特性：因?yàn)椋篣-= °L =從上式我們可以看出:Uo與Ui是比例關(guān)系，改變比例系數(shù)% ,即可改變Uo的數(shù)值。輸入信號(hào)加入反相輸入端，電路如圖（1）所示：所以:中廣義、負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓極性相反。反向比例電路的特點(diǎn)：（1）反向比例電路由于存在"虛地”，因此它的共模輸入電壓為零.即:它對(duì)集成運(yùn)放的共模抑制比要求低。（2）輸入電阻低：ri=R1.因此對(duì)輸入信號(hào)的負(fù)載能力有一定的要求。（

5、2）同相比例電路輸入信號(hào)加入同相輸入端，電路如圖（2）所示：輸出特性：因?yàn)椋篣-印廣（虛短但不是虛地），二/"0；,所以:改變Rf/Ri即可改變Uo的值，輸入、輸出電壓的極性相同同相比例電路的特點(diǎn)：輸入電阻高；（2）由于0一二u+ = 4（電路的共模輸入信號(hào)高）,因此集成運(yùn)放的共模抑制比要求高差動(dòng)比例電路輸入信號(hào)分別加之反相輸入端和同相輸入端，電路圖如圖 所示:%_4F）它的輸出電壓為：由此我們可以看出它實(shí)際完成的是：對(duì)輸入兩信號(hào)的差運(yùn)算。722:和、差電路（1）反相求和電路它的電路圖如圖（1）所示：（輸入端的個(gè)數(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整）其中電阻R'小一二一 I,它的輸出電壓與輸

6、入電壓的關(guān)系為:Uo% 二一它可以模擬方程：y=+。為+旬4）。它的特點(diǎn)與反相比例電路相同。它可十分方便的某一電路的輸入電阻，來(lái)改變電路的比例關(guān)系，而不影響其它路的比例關(guān)系。（2）同相求和電路它的電路圖如圖（2）所示：（輸入端的個(gè)數(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整）uq（rH）它的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為：-跖及。它的調(diào)節(jié)不如反相求和電路，而且它的共模輸入信號(hào)大，因此它的應(yīng)用不很廣泛。（3）和差電路它的電路圖如圖（3）所示:此電路的功能是對(duì)Ui、U2進(jìn)行反相求和，對(duì)U3、U4進(jìn)行同相求和，然后進(jìn)行的疊加即得和差結(jié)果此電路的功能是對(duì)Uii、Ui2進(jìn)行反相求和，對(duì)和差結(jié)果。5=%它的輸入輸出電壓的關(guān)系是：Ui

7、3、Ui4進(jìn)行同相求和，然后進(jìn)行的疊加即得由于該電路用一只集成運(yùn)放，它的電阻計(jì)算和電路調(diào)整均不方便，因此我們常用二級(jí)集成運(yùn)放組成和差電路。它的電路圖如圖（4）所示它的輸入輸出電壓的關(guān)系是:它的后級(jí)對(duì)前級(jí)沒(méi)有影響（采用的是理想的集成運(yùn)放），它的計(jì)算十分方便7.2.1 積分電路和微分電路（1）積分電路它的它可實(shí)現(xiàn)積分運(yùn)算及產(chǎn)生三角波形等。積分運(yùn)算是：輸出電壓與輸入電壓呈積分關(guān)系。電路圖如圖（1）所示：它是利用電容的充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)積分運(yùn)算tin=udt+ttLri它的輸入、輸出電壓的關(guān)系為：EC2門其中：“。仙表示電容兩端的初始電壓值.如果電路輸入的電壓波形是方形，則產(chǎn)生三角波形輸出.（2）微分電路U

8、q-一用-用©-RC-它的輸入、輸出電壓的關(guān)系為：7.2.2 對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路就是是輸出電壓與輸入電壓呈對(duì)數(shù)函數(shù)。我們把反相比例電路中Rf用二極管或三級(jí)管代替級(jí)組成了對(duì)數(shù)運(yùn)算電路。電路圖如圖（3）所示：%作電一出rh它的輸入、輸出電壓的關(guān)系為：町6（也可以用三級(jí)管代替二極管）.（2）指數(shù)運(yùn)算電路指數(shù)運(yùn)算電路是對(duì)數(shù)運(yùn)算的逆運(yùn)算，將指數(shù)運(yùn)算電路的二極管（三級(jí)管）與電阻R對(duì)換即可。電路圖如（4）所示同樣我們可以得到它的幅頻特定如圖（4）所示:它的輸入、輸出電壓的關(guān)系為：一 _ ,L7.3有源濾波電路濾波器的作用是允許規(guī)定范圍之內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而使規(guī)定頻率范圍之外的信號(hào)不能通 過(guò)

9、（即受到很大衰減）。按其工作頻率不同，濾波器可分為：低同濾波器：允許低頻信號(hào)通過(guò)，將高頻信號(hào)衰減。高通濾波器：允許高頻信號(hào)通過(guò)，將低頻信號(hào)衰減。帶通濾波器：允許某一頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，將此頻帶以外的信號(hào)衰減。帶阻濾波器：組織某一頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而允許此頻帶以外的信號(hào)通過(guò)。在電路分析課程中，利用電阻、電容等無(wú)源器件可構(gòu)成簡(jiǎn)單的濾波器電路，稱為無(wú)源濾波器。但是無(wú)源濾波器存在一些問(wèn)題，如：電路增益小，最大僅為1；帶負(fù)載能里差。對(duì)于低有源濾波電路，我們可以通過(guò)改變電阻Rf和R1的阻值來(lái)調(diào)節(jié)通帶電壓的 放大倍數(shù)。高通濾波電路它的電路圖如圖（3）所示:（我們以無(wú)源濾波網(wǎng)絡(luò)接至集成運(yùn)放的反相輸入端為

10、例）利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算以及比例, 算電路。和差運(yùn)算電路，可組成乘法或除法運(yùn)算電路和其它非線性運(yùn)的傳輸函數(shù)為:7.3.1低通濾波電路它的電路圖如圖（1）所示：（我們以無(wú)源濾波網(wǎng)絡(luò)RC接成運(yùn)放的同相輸入端為例）它的幅頻特性如圖（2）所示：1+jozRC +, 由其中：Aup為通帶電壓放大被數(shù),5吟）；通帶截止角頻率它的傳輸函數(shù)為："為1-J出0Q?用（通帶電壓放大被數(shù)）；14C （通帶截止角頻率）帶通濾波電路和帶阻濾波電路將低通濾波電路和高通濾波電路進(jìn)行不同組合，即可的獲得帶通濾波電路和帶阻濾波電路，它們的電路圖分別為：如圖（5）所示帶通濾波電路；如圖（6）所示帶阻濾波電路：7.4電壓比

11、較器電壓比較器（簡(jiǎn)稱比較器）的功能是比較兩個(gè)電壓的大?。ㄓ幂敵鲭妷旱母呋虻碗娖?，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系）電壓比較器可用于集成運(yùn)算放大器組成，也可采用專用的集成電壓比較器。7.4.1 簡(jiǎn)單電壓比較器我們把參考電壓和輸入信號(hào)分別接至集成運(yùn)放的同相和反相輸入端，就組成了簡(jiǎn)單的電壓比較器。如圖（1）、（2）所示卜面我們對(duì)它們進(jìn)行分析一下（只對(duì)圖（1）所示的電路進(jìn)行分析）它的傳輸特性如圖（3）所示：它表明：輸入電壓從低逐漸升高經(jīng)過(guò)Ur時(shí)，Uo將從高電平變?yōu)榈碗娖?。相反，?dāng)輸入電壓從高逐漸到低時(shí)，Uo將從低電平變?yōu)楦唠娖?。定義：閾值電壓：我們將比較器的輸出電壓從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓的值。它還被稱為門限電壓。簡(jiǎn)稱為：閾值。用符號(hào)Uth表示。利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。例：電路如（1）所示，輸入電壓為正弦波如圖（4）所示，試畫出輸出波形Ui解：輸出波形與UR有關(guān)，輸出波形如圖（5）所示Ui（5）簡(jiǎn)單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏多高，但是抗