第六章集成運(yùn)算放大器應(yīng)用

1、第六章第六章集成運(yùn)算放大器應(yīng)用集成運(yùn)算放大器應(yīng)用6.16.1理想集成運(yùn)算放大器理想集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放的基本應(yīng)用電路集成運(yùn)放的基本應(yīng)用電路6.26.26.36.36.46.46.56.56.66.6集成運(yùn)放在信號(hào)模擬集成運(yùn)放在信號(hào)模擬運(yùn)算中的運(yùn)算中的應(yīng)用應(yīng)用集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)用集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在電壓比集成運(yùn)算放大器在電壓比較電路較電路中的中的應(yīng)用應(yīng)用例題例題6.16.1 理想集成運(yùn)算放大器理想集成運(yùn)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(dāng)集成運(yùn)放線性工作時(shí)，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(chēng) 虛短虛短6.16.1 理想集成運(yùn)算放大器理想集成運(yùn)算放大器同時(shí)Rid ， 可認(rèn)為其輸入電流I+ = I- =0即流入每個(gè)輸入端的電流趨于零 稱(chēng) 虛斷虛斷2. 2. 理想運(yùn)算放大器在線理想運(yùn)算放大器在線性區(qū)和性區(qū)和非線性區(qū)時(shí)的非線性區(qū)時(shí)的分析特點(diǎn)分析特點(diǎn): : 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(guò)程中運(yùn)放才工作在放大區(qū) V V+ += V= V- - 才適用6.

3、26.2 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用電路集成運(yùn)放的基本應(yīng)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(fù)反饋負(fù)反饋 根據(jù) V+=V- I=0 可得 * 當(dāng) R1=Rf 時(shí)，Vo = - Vs -符號(hào)變換器sfOVRRV16.26.2 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用電路集成運(yùn)放的基本應(yīng)用電路二二. . 同相放大器同相放大器*當(dāng)Rf=0, R1 時(shí)Vo=Vs-跟隨器跟隨器電壓電壓 串聯(lián)串聯(lián) 負(fù)反饋負(fù)反饋sfoVRRV)1 (16.36.3 集成運(yùn)放在信號(hào)模擬集成運(yùn)放在信號(hào)模擬運(yùn)算中的運(yùn)算中的應(yīng)用應(yīng)用一一. . 加法器加法器因?yàn)橐驗(yàn)樗运?在構(gòu)成實(shí)際應(yīng)用電路時(shí)，為減小集成運(yùn) 放輸入偏置電流引起的失調(diào)，要求

4、它們 兩個(gè)輸入端向外看的直流電阻相等相等。222111 RVIRVISSfOfRVIfIII212211sfsfoVRRVRRV6.36.3 集成運(yùn)放在信號(hào)模擬集成運(yùn)放在信號(hào)模擬運(yùn)算中的運(yùn)算中的應(yīng)用應(yīng)用二二. 減法器減法器Vs1單獨(dú)作用時(shí):Vs2單獨(dú)作用時(shí):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(yùn)放在信號(hào)模擬集成運(yùn)放在信號(hào)模擬運(yùn)算中的運(yùn)算中的應(yīng)用應(yīng)用三三. . 積分器積分器11RVIsdtdVCIoffdtVC

5、RVsfo116.36.3 集成運(yùn)放在信號(hào)模擬集成運(yùn)放在信號(hào)模擬運(yùn)算中的運(yùn)算中的應(yīng)用應(yīng)用四四. . 微分器微分器dtdVCIs11fofRVIdtdVCRVsfo16.36.3 集成運(yùn)放在信號(hào)模擬集成運(yùn)放在信號(hào)模擬運(yùn)算中的運(yùn)算中的應(yīng)用應(yīng)用五五. 對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算器對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算器1 1對(duì)數(shù)運(yùn)算器：對(duì)數(shù)運(yùn)算器： 將反相放大器中的Rf用具有對(duì)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(yùn)放在信號(hào)模擬集成運(yùn)放在信號(hào)模擬運(yùn)算中的運(yùn)算中的應(yīng)用應(yīng)用2.2.指數(shù)運(yùn)算器指數(shù)運(yùn)算器3.3.乘法器乘法器TsVVfsoeRIV6.4

6、6.4 集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)用集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)用一一. 一階無(wú)源濾波器一階無(wú)源濾波器缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：增益?。ㄗ畲鬄?）， 帶負(fù)載能力低高高 通通低低 通通6.46.4 集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)用集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)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(hào)從同相端輸入(b)(b) 信號(hào)從反相端輸入6.46.4 集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)用集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)用2. 低通低通(a) 信號(hào)從同相端輸入(b) 信號(hào)從反相端輸入6.46.4 集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)用集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)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(jí)組成濾波器由二級(jí)組成 帶通濾波器帶通濾波器 條件條件:126.46.4 集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)用集成運(yùn)放在有源濾波電路中的應(yīng)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(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)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(yīng)用線性變換電路中的應(yīng)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(fù)載要求

8、電流源驅(qū)動(dòng) 而實(shí)際的信號(hào)可能是電壓源信號(hào) 則要用V/I變換器6.56.5 集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)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(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)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(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用4I/I變換器變換器實(shí)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(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用二非線性變換電路中的應(yīng)用二非線性變換電路中的應(yīng)用1 精密二極管精密二極管 半波整流電路利用集成運(yùn)放的優(yōu)異性能與二極管組合可完成對(duì)微弱信號(hào)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(wù)，但二極管有一個(gè)死區(qū)電壓當(dāng)輸入信號(hào)的幅度小于死區(qū)電壓時(shí)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)信號(hào)的整流功能6.56.5 集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用當(dāng) Vs0時(shí), Vo0, 則D導(dǎo)通， Vo=Vs 同相跟隨器同相跟隨器當(dāng) Vs0時(shí), Vo0, 則D截止， Vo=0 處于開(kāi)環(huán)處于開(kāi)環(huán) 工作狀態(tài)工作狀態(tài)6.56.5 集成運(yùn)

10、算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用因?yàn)镈截止時(shí)集成運(yùn)放呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，運(yùn)放進(jìn)入負(fù)向飽和工作狀態(tài)，為改進(jìn)接入D2使Vs0時(shí), Vo0, D1截止，D2通, Vo=Vs, Vo=0Vs0, D1通, D2止 , Vo= - (10k/10k)Vs = - Vs6.56.5 集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用6.56.5 集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在信號(hào)變換中的應(yīng)用2. 絕對(duì)值電路絕對(duì)值電路 -也稱(chēng)全波整流器當(dāng)Us0 則D1導(dǎo)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(dāng)UsVc時(shí), D導(dǎo)通， A1的輸出對(duì)C充電當(dāng)VsVR時(shí), Vo = Vomin = -Vcc 低電平當(dāng) ViVR時(shí), Vo = Vomax= +Vcc 高電平當(dāng) Vi=VR 時(shí), 跳變6.66.6集成運(yùn)算放大器在電壓比較集成運(yùn)算放大器在電壓比較電路中的應(yīng)用電路中的應(yīng)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(diǎn)：開(kāi)環(huán)特點(diǎn)：開(kāi)環(huán)2 分析方法分析方法輸出電壓從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平的臨界條件是：臨界條件是： V+ = V-此時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值稱(chēng)門(mén)限比較電壓門(mén)限比較電壓6.66.6集成運(yùn)算放大器在電壓比較集成

12、運(yùn)算放大器在電壓比較電路中的應(yīng)用電路中的應(yīng)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(yùn)算放大器在電壓比較集成運(yùn)算放大器在電壓比較電路中的應(yīng)用電路中的應(yīng)用4過(guò)零比較器過(guò)零比較器5. 限幅措施限幅措施6.66.6集成運(yùn)算放大器在電壓比較集成運(yùn)算放大器在電壓比較電路中的應(yīng)用電路中的應(yīng)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(shí) V+=V-而V+=0 ，則V+=V-時(shí)因?yàn)橐驗(yàn)?RiVRRRVRRRV212211RiVRRV126.66.6集成運(yùn)算放大器在電壓比較集成運(yùn)算放大器在電壓比較電路中的應(yīng)用電路中的應(yīng)用二遲滯比較器二遲滯比較器 - 特點(diǎn)：反饋加在同相端形成

13、正反饋特點(diǎn)：反饋加在同相端形成正反饋 分析：分析：（1）設(shè)Vi由小到大時(shí)，即V-V+則Vo為低電平 則 當(dāng) Vi由大到小，到達(dá)VL時(shí) Vo從Vomin Vomax6.66.6集成運(yùn)算放大器在電壓比較集成運(yùn)算放大器在電壓比較電路中的應(yīng)用電路中的應(yīng)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(jiàn)：?jiǎn)蜗薇容^器單限比較器 - 抗干擾能力差，若在跳變點(diǎn)附近有干擾 輸出波形會(huì)不停跳變。遲滯比較器遲滯比較器 - 抗干擾能力強(qiáng)，只要干擾信號(hào)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?yàn)閕VRRRRRV414320)(OiVRRRRRVRV)(43242021所以例題例題例3例題例題例4 已知 VVZ4 . 31VVZ4 . 72導(dǎo)通電壓0.6V解 1. 當(dāng)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(fù)，VVKKKVA5)15(3015152VVVVAAoutA522, 1VVKVVKVioutAii5 . 2 10100, 1同理 Vi由大小，VO為正，VVA52此時(shí)：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(dāng) t=0t1(1s) 時(shí) 開(kāi)關(guān)S接a點(diǎn) 當(dāng) t= t1(1s) t2(3s)時(shí) 開(kāi)關(guān)S接b點(diǎn);當(dāng)tt2(3s) 后,開(kāi)關(guān)接c點(diǎn)已知 運(yùn)放電源電壓15V Vc(0)=0 ，畫(huà)出輸出電壓Vo(