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电路设计->基础电路图->运算放大电路图->集成运算放大电路及其应用

集成运算放大电路及其应用

作者:dolphin时间:2012-10-30

第一节 集成运算放大电路概述
一,集成运算放大电路:
多用于各种模拟信号的运算.

1,集成运算放大电路的结构特点
2,集成运放电路的组成及其各部分的作用
集成运放的主要性能指标
1.差模开环放大倍数:AOd
2.共模抑制比:KCMR
3.差模输入电阻:RId
4.输入偏置电流:IIB
5.-3dB带宽: fH
6.输入失调电压及其温漂:UIO, dUIO/dT
7.输入失调电压及其温漂:IIO , dIIO/dT
理想运放的主要性能指标
1.开环差模放大倍数:AOd→ ∞
2.差模输入电阻:Rid → ∞
3.输出电阻:R0 → 0
4.共模抑制比:KCMR → ∞
5.-3dB带宽: fBW=fH → ∞
4.输入偏置电流:IIB → 0
6.输入失调电压及其温漂:UIO, dUIO/dT → 0
7.输入失调电压及其温漂:IIO, dIIO/dT → 0
集成运算放大电路的电压传输特性
U0 = f(UP-UN)
第三节 集成运放的两个工作区
线性放大区:
曲线的斜率为电压放大倍数
非线性放大区:
输出电压只有两种可能,+UOM和-UOM
运放工作在线性放大区的特点
1.当运放工作在线性放大区时:引入(深度)负反馈
集成运放的差模开环放大倍数AOd有:
其中AOd非常高 140dB ∞
因而有:UP-UN=0 或 UP=UN 虚短
又因为:
则: 虚断
U0 = AOd(UP-UN)
运放工作在非线性放大区的特点
1.当运放工作在非线性放大区时:
开环或者引入正反馈
集成运放的差模开环放大倍数AOd ∞则两个输入端只要有无穷小的输入差值电压,输出电压就可以达到最大值或最小值,即输出电压与输入电压不再是线性关系,此时的电压传输关系为:
由此时的电压传输关系可以看出
(1)当:UPUN时, UO = +UOM
当:UP (2)又由于

则: 虚断
第四节 基本运算电路的原理
图5-1 反相比例运算电路
1.反相比例运算:

由于:U+ = U-
I+ = I- = 0
所以反相输入端U-为虚地点,且输入电流I- = 0,故: Ii = If


基本运算原理电路图
2.同相比例运算:
由于:U+ = U-
I+ = I- = 0
由于反相输入端不再为虚地点,且输入电流Ii=0,故: IR = If 即:


又称为:电压跟随器!
3.反相加法运算电路:
如图5-2所示.
由于:U+ = U-
I+ = I- = 0
所以反相输入端U-为虚地点,且输入电流I- = 0,反相加法运算电路的函数关系式为:
若取R1=R2=R,则有:

图5-2 反相加法运算原理图
运算中,调节某一路信号的输入电阻时,不会影响其他输入电压与输出电压的比例关系,因而调节方便.
4.减法运算电路:
如图6-3所示:
实际应用中,要求R1=R2,R3=Rf,且须严格配对,这有利于提高放大器的共模抑制比及减小失调.
运算关系为:
100K
图5-3 减法运算原理图
5.积分运算电路
如图6-4所示:
由于:U+ = U-
I+ = I- = 0
所以反相输入端U-为虚地点,且输入电流I-= 0,
积分运算电路的运算关系式为:
积分运算电路
设 UC(0) = =O

6.微分运算电路:
微分运算电路:
由于:U+ = U-
I+ = I- = 0
所以反相输入端U-为虚地点,且输入电流I- = 0,
积分运算电路的运算关系式为:
第五节 有源滤波电路
在一些实际的电子系统中,它的输入信号往入因受干扰等原因而含有一些不必要的成分,我们就应当设法将它衰减到足够小的程度;而在另一些场合,有用信号将与别的信号混在一起,我们就应设法把有用信号选择出来.而解决这些问题的有效措施就是采用有源滤波电路.
一,基本概念
(1)滤波电路:即对工作信号的频率具有选择性的电路.其基本功能是:让特定频率范围内的信号顺利通过,而阻止其它频率信号通过.也就是对其它频度信号要起衰减作用.
比如:我们前面讲到的低通电路,高通电路等.
(2)滤波器分类www.wuyazi.com
a. 按信号类型分:模拟滤波器和数字滤波器.
b. 按照滤波器电路的工作频带来分:
低通滤波器(LPF) :频率低于截止频率fp的信号通过,高于fp的则被衰减;
高通滤波器(HPF) :频率高于截止频率fp的信号通过,低于fp的则被衰减;
带通滤波器(BPF) :频带范围在fp1和fp2之间的信号通过,其余被衰减;
带阻滤波器(BEF):频带范围在fp1和fp2之间的信号被衰减,其余可以通过.
(带通滤波器常用于载波通信或弱信号提取等场合,以提高信噪比,带阻滤波器则用于已知干扰或噪声频率的情况下,阻止其通过).
全通滤波器(APF):对于频率从0到∞的信号具有同样的放大倍数数,但对不同频率的信号将产生不同的相移.
c. 按电路构成中是否有有源器件来分:
无源滤波器和有源滤波器
d. 按工作信号来分:
模拟滤波器和数字滤波器
e. 按截止频率fp附近的幅度特性和相频特性的不同,滤波电路又分为:
巴特沃斯(Butterworth)滤波器
切比雪夫(chebyshev)滤波器
贝 塞 尔(Bessel)滤波器等.
(3)滤波器的幅频特性:
通带:允许通过的频段称为通带,
阻带:将信号衰减到零的频段为阻带,
过渡带:Avp在通带和阻带之间存在过渡带.
Avp:通带放大倍数,等于通带内输出电压与输入电压之比;
fp: 通带截止频率:使 的频率;
显然,过渡带越窄,电路的选择性越好,滤波特性越理想.
(4)分析方法:
分析滤波电路,就是求解出电路频率特性,这意味要解出Avp,fp和过渡带的斜率.
二,有源滤波电路的引入
无源滤波电路:仅由无源元件(电阻,电容,电感)组成,则称为无源滤波器.
有源滤波电路:电路中不仅由无源元件,还有有源元件(晶体管,场效应管,集成运放)组成,称为有源滤波器.
从无源低通滤波器看:
在频率响应分析中,我们已推出无源低通滤波器的一些指标,如:通带放大倍数Avp(对低通,指f=0时的电压放大倍数)



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