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1、4.1 4.1 信信号运算电路号运算电路 4.2 4.2 信信号测量电路号测量电路 4.3 4.3 信信号处理电路号处理电路 4.4 4.4 信号产生电路信号产生电路 ( ( 第五章讲第五章讲 ) ) 4.5 4.5 集成串联型稳压电路集成串联型稳压电路 第第4 4章章 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用 1 4.1.1 比例运算电路 作用：将信号按比例放大。 类型：同相比例放大和反相比例放大。 电路结构：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这 样放大倍数与运放本身无关，只与反馈系数即外部 元件有关。 4.1 信号运算电路 2 i1= i2 1）放大倍数 虚短 虚断 1.反相比例运算
2、电路 结构特点：负反馈引到反相输入端 ，信号从反相端输入。 电压并联负反馈 uo _ + + R2 R1 RP ui i1 i2 总电流 反馈电流 净输入电流 3 2）电路的输入电阻 ri=R1 平衡电阻-使输入端对地的静 态电阻相等，保证静态时输入 级的对称性。 RP =R1 / R2uo _ + + R2 R1 RP ui i1 i2 为保证一定的输入 电阻，当放大倍数大时 ，需增大R2，而大电阻 的精度差，因此，在放 大倍数较大时，该电路 结构不再适用。 RP=R1/R2 4 电位为0，虚地 输出电阻小；共模电压为 0； “虚地”是反相输入的特点。 _ + + R2 R1 RP ui i
3、1 i2 3）反馈方式 电压并联负反馈 输出电阻很小， 输入电阻也不大。 5 反相比例电路的特点 1） 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低 。 2） 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0， 因此带负载能力强。接近恒压源。 3） 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此从信号 源取的电流较大。对信号源要求较高。 5） 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。 4）输入和输出反相。 6 2.同相比例运算电路 _ + + R2 R1 RP ui uo u-= u+= ui 反馈方式：电压串联负反馈，输入电阻高。 虚短 虚断 结构特点：负反馈引到反相输 入端，信号从同相端输入。 ud
4、i u f 7 同相比例电路的特点 3）共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高 。 1）由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0， 因此带负载能力强。 2）由于串联负反馈的作用，输入电阻大。 4）输入与输出同相，放大倍数大于等于 1。 8 _ + + ui uo 此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小 ，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压 跟随性能好。 3. 电压跟随器 结构特点：输出电压全部引 到反相输入端，信号从同相 端输入。电压跟随器是同相 比例运算放大器的特例。 9 4.1.2 加法和减法运算电路 作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。 类型：
5、同相加法与反相加法。 电路结构：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这 样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电 压和反馈系数有关。 10 1.反相加法运算 R12 _ + + R2 R11 ui2uo RP ui1 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应 不同的需要。 11 i12 iF i11 R12 _ + + R2 R11 ui2uo RP ui1 可用叠加原理 虚地 12 2. 同相加法运算 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以 适应不同的需要。 _ R1RF + + ui1 uo R21 R22 ui2 13 先求 u+ 与输出关系 ，则有： - R1RF +
6、 + ui1 uo R21 R22 ui2 u+ 与 ui1 和 ui2 的关系如何？ 流入运放输入端的电流为0（虚断） 叠加原理 14 - R1RF + + ui1 uo R21 R22 ui2 R 左图也是同相求和运算电路， 如何求同相输入端的电位？ 提示： 1. 虚断：流入同相端的电流为0。 2. 节点电位法求u+。 u+ 15 _ + + R2 R1 R1 ui2 uo R2 ui1 解出： 3. 减法运算电路：双端输入差动放大器 16 _ + + R2 R1 R1 ui2 uo R2 ui1 差动放大器放大了两个信号的差，实现了减法运算 。 该电路的特点： 由于采用双端差动输入， 故
7、具有高共模抑制比； 但是由于有并联负反馈存 在，故它的输入电阻不高。 17 减法运算用叠加原理求解 反相比例运算 _ + + R2 R1 R1 ui2 uo R2 ui1 18 同相比例运算 _ + + R2 R1 R1 ui2 uo R2 ui1 19 _ + + R2 R1 R1 ui2 uo R2 ui1 减法运算用叠加原理求解 20 取R2=R1 减法电路既可以得到两个信号的差，又放大两个信号的差 。 (5)减法运算 21 例 ： A/D变换器要求其输入电压的幅度为0 +5V，现有信号 变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化 范围变为0+5V。 +5V -5V +5V
8、+2.5V 电平抬高电路 A/D计算机ui uo uo = 0.5ui+2.5 （ V ） 实现此功能 的方法很多 22 uo =0.5ui +2.5 V =0.5 (ui +5) V _ + + 10k20k +5V 5k ui 20k uo1 uo _ + + 20k 20k 10k 23 i1 iF ui - + + R R2 C uo 1. 反相积分运算 由于是反相积分故为负 4.1.3 积分和微分运算电路 24 t ui 0 t uo 0 U -Uom TM 积分时限 如果积分器从某一时刻输入一直流电压， 输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。 恒流充电，故积分效果好。 几乎线性
9、，不是指数充电。 25 t ui 0 t uo 0 输入方波，输出是三角波 也可以构作同相微分和同 相积分电路，则输出为正，输 入与输出同相。 波型变换 26 其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法 运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。 积分电路的主要用途 1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相等。 27 比例比例- -积分运算电路积分运算电路 uo CF ui R2 R1 + + + + RF if i1 电路的输出电压 上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分 PI 调节器, 常用于控制
10、系统中, 以保证自控系统的稳定性 和控制精度。改变 RF 和 CF，可调整比例系数和积分时间常数, 以满足控制系统的要求。 PIPI调节器调节器 28 u= u+= 0 ui t 0 t 0 uo u i + + uo R R2 i1 iF C 若输入： 则： 2. 反相微分运算 29 0 t uo 0 t ui u i + + uo R R2 i1 iF C 反相微分运算 30 比例比例- -微分运算电路微分运算电路 上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分 控制系统中， PD调节器在调节过程中起加速作用，即 使系统有较快的响应速度和工作稳定性。 PDPD调节器调节器 uo C1 ui R
11、2 RF + + + + R1 if iR iC 31 4.2.1 电压表电路 4.2 信号测量电路 1. 直流电压表电路 IG正比于UX 虚短 虚断 _ + + RF RG F 输入电阻大， 相当于电压表 的内阻是。 若：RF=10，表头的满偏电流 IGmax=100A， 则：满偏电压 Uxmax= IGmaxRF=1mV 32 电路的优点： (1) 量程由表头的满偏电流 IG 和电阻 RF 决定。 RF选用小电阻，能测量较小的电压； (2) 输入电阻高，对被测电路影响小； (3) 测量值与表头内阻RG无关，表头的互换性好； (4) RF小，可以做得较精密。因此能较准确地测 量小电压。 UX
12、= UF=RF IG 33 电压表扩大量程 _ + + RF RG F IG 1mV表头 分压电阻的计算 取R1=100k R2=900k, R3=1M R1 R2 R3 1mV 10mV 100mV 34 2.交流电压表电路 _ + + D2 D1 D4 D3 ux uo RF 整流桥把交流变成直流; ux0时， 电流由输出端经D2 、表头、 D4和电阻RF入地， uo0; ux 0 时信号衰减得更快些 ，常将两节RC滤波环节串接 起来，组成二阶有源低通滤 波器。 uo RF C R + + R1 + ui + R C 一阶 二阶 幅频特性 0 | Auf0 | | T(j) | O 47
13、2. 2. 有源高通滤波器有源高通滤波器 ui uo RF C R + + R1 + + 设输入为正弦波信号，则有 48 可见，电路使频率大于0 的信号通过 ，而小于0 的信号 被阻止，称为有源高通滤波器。 若频率若频率 为变量，则为变量，则电路的传递函数电路的传递函数 其模为 幅频特性 0 | Auf0 | | T(j) | O 49 + +u o ui UR uo ui 0 +Uo(sat) -Uo(sat) UR 当ui UR时 , uo = -Uo(sat) 1. 任意电压比较器（单阈值比较器，UR不为零 ） a. 反相端输入信号 UR：参考电压 ui ：被比较信号 4.3.2 电压比
14、较器 50 uo ui 0 +Uo(sat) -Uo(sat) UR UR：参考电压 ui ：被比较信号 + + uo ui UR 特点：运放处于开环状态。 当ui UR时 , uo = +Uo(sat) 当ui 0则输出为正，反之为负。 ui0 时，D1导通D2截止，uo=0 。 当ui 0 时，D2导通D1截止， 反相比例。 t ui t uO 0 0 Um 实际上当uo1 - uo UD (D2死区电压)时，D2仍截止 。 68 则D2只有在 时导通 。 当uo1 - uo UD (D2死区电压)时，D2才导通： 当uo1 - uo UD (D2死 区电压)时，D2仍截止， 电路如上图，
15、运放工作 在开环状态。 uo1=Auouiuo=0 (虚地) - + RF uo + R1 R2 uo1 ui D2 69 模拟开关 模拟输入信号 1. 1. 电路 4.3.4 4.3.4 采样保持电路采样保持电路 S uC + ui + uo + + + 采样保持电路，多用于模 - 数转换电路（A/D）之前。由 于A/D 转换需要一定的时间，所以在进行A/D 转换前必须对 模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存一段时间，以满足 A/D 转换电路的需要。 用于数字电路、用于数字电路、 计算机控制及程序控计算机控制及程序控 制等装置中。制等装置中。 采样存储 电容 控制信号 电压跟随器 70 2. 2. 工作原理工作原理 1. 1. 电路电路 采样阶段采样阶段： uG为高电平， S 闭合(场效应管导通)， ui对存储电容C充电， uo= uC = ui 。 保持阶段保持阶段： uG为 0， S 断开(场效应管截止)，输出 保持该阶段开始瞬间的值不变。 采样脉冲采样脉冲 ui t o uG t o 采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。 S uC + ui + uo + + + uG 71 4.4 节在第五章讲 72 4.5 4.5 集成串联型稳压电路集成串联型稳压电路 稳压管 稳压电路 开关型 稳压电路 线性 稳压电路 常用稳压电路 (小功率设备) 在
