第六章集成運算放大器應用

1、第六章第六章集成運算放大器應用集成運算放大器應用6.16.1理想集成運算放大器理想集成運算放大器集成運放的基本應用電路集成運放的基本應用電路6.26.26.36.36.46.46.56.56.66.6集成運放在信號模擬集成運放在信號模擬運算中的運算中的應用應用集成運放在有源濾波電路中的應用集成運放在有源濾波電路中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在電壓比集成運算放大器在電壓比較電路較電路中的中的應用應用例題例題6.16.1 理想集成運算放大器理想集成運算放大器一一. .理想化條件理想化條件 Avd , Rid , KCMR 頻帶寬度, Ro 0

2、 ,失調(diào)與溫漂 0 根據(jù)理想化條件，當集成運放線性工作時，只要V VO O為有限值 則由于Avd ，所以 差模輸入電壓 Vid=V+-V-=0 即 V+V- 稱 虛短虛短6.16.1 理想集成運算放大器理想集成運算放大器同時Rid ， 可認為其輸入電流I+ = I- =0即流入每個輸入端的電流趨于零 稱 虛斷虛斷2. 2. 理想運算放大器在線理想運算放大器在線性區(qū)和性區(qū)和非線性區(qū)時的非線性區(qū)時的分析特點分析特點: : 在線性區(qū)：在線性區(qū)：V+ = V- - I = 0 在非線性區(qū)：在非線性區(qū)：如電壓比較器，只有在輸出狀態(tài) 轉(zhuǎn)換過程中運放才工作在放大區(qū) V V+ += V= V- - 才適用6.

3、26.2 集成運放的基本應用電路集成運放的基本應用電路一一. . 反相放大器反相放大器電壓電壓 并聯(lián)并聯(lián) 負反饋負反饋 根據(jù) V+=V- I=0 可得 * 當 R1=Rf 時，Vo = - Vs -符號變換器sfOVRRV16.26.2 集成運放的基本應用電路集成運放的基本應用電路二二. . 同相放大器同相放大器*當Rf=0, R1 時Vo=Vs-跟隨器跟隨器電壓電壓 串聯(lián)串聯(lián) 負反饋負反饋sfoVRRV)1 (16.36.3 集成運放在信號模擬集成運放在信號模擬運算中的運算中的應用應用一一. . 加法器加法器因為因為所以所以 在構(gòu)成實際應用電路時，為減小集成運 放輸入偏置電流引起的失調(diào)，要求

4、它們 兩個輸入端向外看的直流電阻相等相等。222111 RVIRVISSfOfRVIfIII212211sfsfoVRRVRRV6.36.3 集成運放在信號模擬集成運放在信號模擬運算中的運算中的應用應用二二. 減法器減法器Vs1單獨作用時:Vs2單獨作用時:Vo =Vo1+Vo2(采用疊加法采用疊加法)*若若R2=R1, R3=Rf則則- 差分放大差分放大111sfoVRRV2323112)1 ()1 (sffoVRRRRRVRRV)(211SSfoVVRRV6.36.3 集成運放在信號模擬集成運放在信號模擬運算中的運算中的應用應用三三. . 積分器積分器11RVIsdtdVCIoffdtVC

5、RVsfo116.36.3 集成運放在信號模擬集成運放在信號模擬運算中的運算中的應用應用四四. . 微分器微分器dtdVCIs11fofRVIdtdVCRVsfo16.36.3 集成運放在信號模擬集成運放在信號模擬運算中的運算中的應用應用五五. 對數(shù)和指數(shù)運算器對數(shù)和指數(shù)運算器1 1對數(shù)運算器：對數(shù)運算器： 將反相放大器中的Rf用具有對數(shù)伏安特性 的二極管或晶體管的發(fā)射結(jié)代替Vs必須必須大于零大于零ID=IS eVD/VT1lnRIVVVssTo6.36.3 集成運放在信號模擬集成運放在信號模擬運算中的運算中的應用應用2.2.指數(shù)運算器指數(shù)運算器3.3.乘法器乘法器TsVVfsoeRIV6.4

6、6.4 集成運放在有源濾波電路中的應用集成運放在有源濾波電路中的應用一一. 一階無源濾波器一階無源濾波器缺點：缺點：增益?。ㄗ畲鬄?）， 帶負載能力低高高 通通低低 通通6.46.4 集成運放在有源濾波電路中的應用集成運放在有源濾波電路中的應用二二. . 一階有源濾波器一階有源濾波器 1. 高通高通 (a) 信號從同相端輸入(b)(b) 信號從反相端輸入6.46.4 集成運放在有源濾波電路中的應用集成運放在有源濾波電路中的應用2. 低通低通(a) 信號從同相端輸入(b) 信號從反相端輸入6.46.4 集成運放在有源濾波電路中的應用集成運放在有源濾波電路中的應用三三 帶通及帶阻有源濾波器帶通及帶

7、阻有源濾波器1 濾波器由二級組成濾波器由二級組成 帶通濾波器帶通濾波器 條件條件:126.46.4 集成運放在有源濾波電路中的應用集成運放在有源濾波電路中的應用四四. . 二階有源濾波器二階有源濾波器 1. 二階低通二階低通2. 二階高通二階高通6.56.5 集成運算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用線性變換線性變換 是電壓源與電流源之間的變換非線性變換非線性變換 完成整流，限幅等一一. 線性變換電路中的應用線性變換電路中的應用 1. V/V變換器變換器 把低電壓 高電壓，或高電壓 低電壓如同前面講的反相放大器和同相放大器2. V/I變換器變換器 有些控制系統(tǒng)中，負載要求

8、電流源驅(qū)動 而實際的信號可能是電壓源信號 則要用V/I變換器6.56.5 集成運算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用如圖如圖則有則有 如圖如圖則有則有 若若R1R3=R2R43RVIio2RVIiL6.56.5 集成運算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用3. I/V變換器變換器（a）光電）光電流轉(zhuǎn)電壓流轉(zhuǎn)電壓Vo = 2IDR6.56.5 集成運算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用4I/I變換器變換器實質(zhì)上是一種電流放大器，把容量小內(nèi)阻又不夠高的電流源變換成容量大的電流源1IIISL11RVIAfSARIV)1 (1RRIIfS

9、L6.56.5 集成運算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用二非線性變換電路中的應用二非線性變換電路中的應用1 精密二極管精密二極管 半波整流電路利用集成運放的優(yōu)異性能與二極管組合可完成對微弱信號的整流功能.利用二極管的單向?qū)щ娦钥赏瓿烧骰驒z波的任務，但二極管有一個死區(qū)電壓當輸入信號的幅度小于死區(qū)電壓時就無法實現(xiàn)信號的整流功能6.56.5 集成運算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用當 Vs0時, Vo0, 則D導通， Vo=Vs 同相跟隨器同相跟隨器當 Vs0時, Vo0, 則D截止， Vo=0 處于開環(huán)處于開環(huán) 工作狀態(tài)工作狀態(tài)6.56.5 集成運

10、算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用因為D截止時集成運放呈開環(huán)狀態(tài)，運放進入負向飽和工作狀態(tài)，為改進接入D2使Vs0時, Vo0, D1截止，D2通, Vo=Vs, Vo=0Vs0, D1通, D2止 , Vo= - (10k/10k)Vs = - Vs6.56.5 集成運算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用6.56.5 集成運算放大器在信號變換中的應用集成運算放大器在信號變換中的應用2. 絕對值電路絕對值電路 -也稱全波整流器當Us0 則D1導通D2截止 U02=-US ;U0=-(-2US+US)=US R RR R+ +- -R R/ /2 2

11、R R+ +- -U UO OR RD D2 2D D1 1U US SU02當UsVc時, D導通， A1的輸出對C充電當VsVR時, Vo = Vomin = -Vcc 低電平當 ViVR時, Vo = Vomax= +Vcc 高電平當 Vi=VR 時, 跳變6.66.6集成運算放大器在電壓比較集成運算放大器在電壓比較電路中的應用電路中的應用一一 單限比較器單限比較器1 電路構(gòu)成電路構(gòu)成 特點：開環(huán)特點：開環(huán)2 分析方法分析方法輸出電壓從一個電平跳變到另一個電平的臨界條件是：臨界條件是： V+ = V-此時所對應的輸入電壓值稱門限比較電壓門限比較電壓6.66.6集成運算放大器在電壓比較集成

12、運算放大器在電壓比較電路中的應用電路中的應用3 傳輸特性及輸出波形傳輸特性及輸出波形6.66.6集成運算放大器在電壓比較集成運算放大器在電壓比較電路中的應用電路中的應用4過零比較器過零比較器5. 限幅措施限幅措施6.66.6集成運算放大器在電壓比較集成運算放大器在電壓比較電路中的應用電路中的應用6其它單限比較器電路其它單限比較器電路根據(jù)分析方法：輸出電平跳變時 V+=V-而V+=0 ，則V+=V-時因為因為 RiVRRRVRRRV212211RiVRRV126.66.6集成運算放大器在電壓比較集成運算放大器在電壓比較電路中的應用電路中的應用二遲滯比較器二遲滯比較器 - 特點：反饋加在同相端形成

13、正反饋特點：反饋加在同相端形成正反饋 分析：分析：（1）設Vi由小到大時，即V-V+則Vo為低電平 則 當 Vi由大到小，到達VL時 Vo從Vomin Vomax6.66.6集成運算放大器在電壓比較集成運算放大器在電壓比較電路中的應用電路中的應用(3) 遲滯寬度遲滯寬度 V=VH - VL* 比較上述兩種比較電路可見：單限比較器單限比較器 - 抗干擾能力差，若在跳變點附近有干擾 輸出波形會不停跳變。遲滯比較器遲滯比較器 - 抗干擾能力強，只要干擾信號的幅度 不大于V，則輸出狀態(tài)不變化。例題例題例1 求 :1RIViCA解:20RIVVACABiiIRRIRIRI210201OI例題例題例2 求

14、Vo與Vi的關(guān)系解:043402VRRRV11RVIi2022RVI 21II因為iVRRRRRV414320)(OiVRRRRRVRV)(43242021所以例題例題例3例題例題例4 已知 VVZ4 . 31VVZ4 . 72導通電壓0.6V解 1. 當Vi 由小 大 即 V+ V- 則 Vo= 4VVVVVVii3 . 12)4(4143tVi05.31.3tVo04-8例題例題例5解：Vi由小大，VO為負，VVKKKVA5)15(3015152VVVVAAoutA522, 1VVKVVKVioutAii5 . 2 10100, 1同理 Vi由大小，VO為正，VVA52此時：VVi5 . 2VVO6由圖可得iVoVV5 . 2V5 . 2V6V6求：VO與Vi的關(guān)系曲線例題例題例6 如圖 已知 R=100K C=10uF當 t=0t1(1s) 時 開關(guān)S接a點 當 t= t1(1s) t2(3s)時 開關(guān)S接b點;當tt2(3s) 后,開關(guān)接c點已知 運放電源電壓15V Vc(0)=0 ，畫出輸出電壓Vo(