第二章 集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用基礎(chǔ)

1、第二章 集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用基礎(chǔ)v集成運(yùn)算放大器線性、非線性應(yīng)用v集成運(yùn)算放大器模型、電壓傳輸特性v集成運(yùn)算放大器非理想特性對實(shí)際應(yīng)用限制2.1 集成運(yùn)算放大器的符號、模型和電壓傳輸特性2.1.1 集成運(yùn)算放大器的符號（a）雙電源供電單數(shù)出 （b）單電源供電單數(shù)出 （c）雙電源供電雙數(shù)出2.1.2 集成運(yùn)算放大器模型集成運(yùn)算放大器模型理想集成運(yùn)算放大器模型2.1.3 集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性若輸入差模電壓反向Uid=Ui-Ui+2.2 擴(kuò)展線性放大范圍 -引入深度負(fù)反饋（a) 反向輸入組態(tài) （b) 同向輸入組態(tài)2.3由集成運(yùn)放構(gòu)成的基本運(yùn)算電路由集成運(yùn)放構(gòu)成的基本運(yùn)算電路2.3.1比例

2、運(yùn)算放大器比例運(yùn)算放大器1.同相比例運(yùn)算放大器同相比例運(yùn)算放大器【例例 2.3.1】彰顯電壓跟隨器的隔彰顯電壓跟隨器的隔離離 (緩沖緩沖) 作作用。用。有一內(nèi)阻有一內(nèi)阻 Rs = = 100 k 的信號源，為一個(gè)負(fù)載的信號源，為一個(gè)負(fù)載 (RL = = 1 k ) 提供電流和電壓。一種方案是將它們直接提供電流和電壓。一種方案是將它們直接相連相連 (如圖如圖(a) 所示所示) ；另一種方案是在信號源與負(fù)載之間插入一級電；另一種方案是在信號源與負(fù)載之間插入一級電壓跟隨器壓跟隨器 ( 如圖如圖(b) 所示所示) 。試分。試分析兩種方案負(fù)載析兩種方案負(fù)載 RL 所得所得到到的電壓的電壓 uL 和電流和

3、電流 iL 。2.反相比例運(yùn)算放大器反相比例運(yùn)算放大器【例例 2.3.3】電路如圖所示，試問電路如圖所示，試問(1) 運(yùn)放運(yùn)放 A1、A2 的功能各是什么？的功能各是什么？(2) 求輸出電壓求輸出電壓 Uo 與輸入電壓與輸入電壓 Ui 的關(guān)系式，即總增益的關(guān)系式，即總增益 Auf=Uo/Ui的表達(dá)式。的表達(dá)式?！纠?2.3.4】有一運(yùn)放組成的反相比例放大器，如右圖所示，電源電壓UCC = | UEE | = 12 V，求輸入信號分別為ui1 = 1sint (V) 和 ui2 = 2sint (V) 時(shí)的輸出波形圖。2.3.2相加器相加器1.反相反相相加相加器器)(i3i2i1fi33fi22

4、fi11fo321uuuRRuRRuRRuRRuRRRR=【例例 2.3.5】試設(shè)計(jì)一個(gè)相加器，完成試設(shè)計(jì)一個(gè)相加器，完成 uo = = (2ui1 + 3ui2) 的運(yùn)算，并要求對的運(yùn)算，并要求對ui1、ui2的輸入電阻均大于等于的輸入電阻均大于等于100 k 。)(|1|1i2i113113fi213213i123123fo21uuRRRRRRRuRRRRRuRRRRRRRuRR=2.同相相加器同相相加器2.3.3相減器相減器)(1i2i113,i213i142413o4321uuRRuRRuRRRRRuRRRR=【例例 2.3.6】利用相減器電路可以構(gòu)成利用相減器電路可以構(gòu)成“稱重放大器

5、稱重放大器” 。試問，輸出電壓試問，輸出電壓 uo 與重量與重量 ( 體現(xiàn)在體現(xiàn)在 Rx 變化上變化上) 有何關(guān)系。有何關(guān)系。2.3.4積分器積分器=ttuRCtud)(1)(io=tuuRCtud)(1)(i2i1o差動(dòng)積分器【例例 2.3.7】電路如右圖所示，當(dāng)電路如右圖所示，當(dāng)t = = t1 (1s) 時(shí)，開關(guān)時(shí)，開關(guān) S 接接 a 點(diǎn)；點(diǎn)； 當(dāng)當(dāng)t = = t1 (1s) t2 (3s) 時(shí)，開關(guān)時(shí)，開關(guān) S 接接 b 點(diǎn)；而當(dāng)點(diǎn)；而當(dāng) t t2 (3s) 時(shí)，開關(guān)時(shí)，開關(guān) S 接接 c 點(diǎn)。已知運(yùn)算放大器電源電壓點(diǎn)。已知運(yùn)算放大器電源電壓 15 V，初始，初始電壓電壓 uC(0)

6、= = 0，試畫出輸出電壓，試畫出輸出電壓 uo(t) 的波形圖。的波形圖。2.3.5微分器微分器ttuRCtud)(d)(io=利用積分器和相加器求解微分方程利用積分器和相加器求解微分方程)()(2d)(d10d)(dioo2o2tututtuttu=ttuttututtud)(2d)(d10)(d)(dooio=ttuttuttutud )(10d )(2d )()(ooio2.3.6電壓電壓-電流變換電流變換V/I和電流和電流-電壓變換電壓變換I/V1電壓電壓-電流變換電流變換V/I2電流電流-電壓變換電壓變換I/V例例2.3.8 設(shè)計(jì)精密直流電壓測量電路設(shè)計(jì)精密直流電壓測量電路如果如果

7、R1=100K，表頭最大量程，表頭最大量程100微安，輸入電壓的最大微安，輸入電壓的最大值是多少？值是多少？例例2.3.9 儀用放大器又稱數(shù)據(jù)放大器，如下圖。儀用放大器又稱數(shù)據(jù)放大器，如下圖。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RG，即可調(diào)節(jié)總增量，若，即可調(diào)節(jié)總增量，若R2=R3=10K，R1=100K，要求總增益要求總增益1000、100、10、1，設(shè)計(jì)該電路，設(shè)計(jì)該電路2.4 由集成運(yùn)放用于信號處理由集成運(yùn)放用于信號處理有源有源RC濾波器濾波器2.4.1 理想濾波器特性及其逼近理想濾波器特性及其逼近表71二階濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù),零、極點(diǎn)分布以及幅頻特性示意圖2.4.2常用的一階、二階有源常用的一階、二階有源RC濾

8、波器濾波器1 一階有源一階有源RC濾波器濾波器Uo2 運(yùn)放作為有限增益放大器的二階有運(yùn)放作為有限增益放大器的二階有源濾波器電路源濾波器電路321321431)1 ()()()(YKYYYYYYYKYsUsUAiouf=令Y1=Y3= ，Y2=Y4=sC,構(gòu)成二階低通濾波器R122222222131)(oooufsQsKCRsRCKsCRKsA=KQRRKRCffo=31,1,1124443322111,11sCRYsCYRYRY=，若令其中：則構(gòu)成帶通濾波器設(shè)計(jì)二階設(shè)計(jì)二階RC有源濾波器，要求：低頻增益有源濾波器，要求：低頻增益A（0）=2，Q=1，f0=1kHz3 運(yùn)放作為無限增益放大器的多

9、重反饋運(yùn)放作為無限增益放大器的多重反饋有源濾波器有源濾波器434321531)()()(YYYYYYYYYsUsUAiouf=令Y1=1/R1，Y2=1/R2，Y3=sC3，Y4=sC4,Y5=1/R5構(gòu)成帶通濾波器令C3=C4=C，其傳遞函數(shù)為52122152121)(RRRCRRsCRssCRsAuf=與表帶通濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)200200)()(=sQssQAsA設(shè)計(jì)二階設(shè)計(jì)二階RC有源帶通濾波器，要求：低頻增益有源帶通濾波器，要求：低頻增益A（0）=-1，Q=8，f0=1kHz用一個(gè)低通濾波器與用一個(gè)低通濾波器與一個(gè)高通濾波器級聯(lián)一個(gè)高通濾波器級聯(lián)，可否，可否構(gòu)成帶通濾波器構(gòu)成帶通濾波器?低通的截止頻率和低通的截止頻率和高通的截止高通的截止頻率應(yīng)該如何選擇和設(shè)置頻率應(yīng)該如何選擇和設(shè)置?4 有源帶阻濾波器有源帶阻濾波器1用低通和高通并用低通和高通并聯(lián)組成帶阻濾波器聯(lián)組成帶阻濾波器2212222)1()1(4)1()()()(RCsRCRRRsRCssUsUsAiouf=2用帶通和相加器組成帶阻濾波器用帶通和相加器組成帶阻濾波器5 全通濾波器全通濾波器-移相器移相器6 由積分器和相加器構(gòu)成的二階有源濾波器由積分器和相加器構(gòu)成的二階有源濾波器 -狀態(tài)變量濾波器狀態(tài)變量濾波器7 模擬電感電路模擬電感電路 頻變負(fù)阻電路頻變負(fù)阻電路2.5集成運(yùn)放的非理想特性對實(shí)際應(yīng)