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1、第5章 教学基本要求,要知道,1. 有源滤波器类型和用途； 2. 一阶低通滤波器的几种基本电路形式； 3. 测量放大器的基本结构、特点和用途； 4. 高精度半波整流特点; 5. 集成隔离放大器用途; 6. 集成运放使用常识和单电源使用方法.,会判断,一阶低通滤波电路的截止频率和阻容值； 测量放大器输出电压。,会选用,有源滤波电路类型、集成运放运算电路中电阻值。,5.1.1电子信息系统的组成,图5.1.1 电子信息系统的示意图,第5章 集成运算放大器的应用,例、红外遥控系统,红外发射,红外接收,放大滤波,信号识别,信号执行,理想运放的理想参数：,开环增益：AVO = ；,输入电阻：ri =；,输
2、出电阻：ro = 0；,开环通频带：BW = ；,共模抑制比：KCMR = ；,理想运放工作在线性区的两个重要法则：, iI = 0 虚断, v+ = v 虚短,v0为有限值，Av0=,v+ = v=0,5.2 基本运算电路,5.2.1 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。,方法：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。,vs,vo,i1,Rf,R1,R2,图52, iI = 0 v+ = 0, v+ =v v = 0,又 iI = 0 i1 = if,R2：平衡电阻。 R2 = R1 / R
3、f,若R1 = Rf vo = vs 此为反相器。,iI,+,if,一、反相放大器（反相比例放大器） 1、基本电路,输出电阻：Ro=0; 输入电阻:Ri=R1 (从输入和地向里看),2、T形网络反相比例运算电路,N点电流方程：,二、同相放大器（同相比例放大器）,v = v+ = vs,由于 if = i1,输入电阻为：Ri,输出电阻为：Ro0,但是电路有共模信号输入,图54,vo= vs 此为电压跟随器,+,vs,vo,三、电压跟随器,作用?,一、求和运算电路,vs2,+,vo,i1,Rf,R1,图55,if,vs1,i2, v = 0 iI = 0, i1 + i2 = if, 若 R1=
4、R2 = Rf 则vo = (vs1 + vs2), 若在输出端加一级反相器，则vo = vs1 + vs2,5.2.2加减运算电路,二、减法电路,1. 利用反相求和以实现减法运算,代入, 若R2 = Rf2,vo = vs1 vs2,若R1= Rf1,2. 利用差分电路以实现减法运算,解方程组得, 上式中，若取, 此电路存在共模信号 ，应选KCMR高的电路；而利用反相求和实现的减法器，电路中无共模信号。,一、积分电路,i1 = if,7.2.3 积分运算电路和微分运算电路,若vs为阶跃电压，则：, 电容以恒流方式 充电，vo与t成正比, 当t=RC时，vo = Vs, vo的值受最大输出电压
5、的限制,t,vs,Vs,t,vo,Vs,图59,二、微分电路,i1 = if, 当vs为阶跃电压，由于信号源总有内阻，t=0时，电容上压降vo= 0。充电电流很大， vo亦很大，,由于充电时间常数 =rc很小，充电电流很快降为0，vo亦很快为0，如图811,t,Vs,vs,t,vo,Vs,图511, 此电路对高频噪声敏感,噪声为高频谐波，设为vs=sint,严重时输出噪声会淹没有用信号,vo正比于，频率越高，噪声越大，,例71 下图中A为理想运放，求vi=0.3V时v0的值。,解： v+ = v =0.2V, vo= vM +0.04 R3 = 0.4+0.0410 = 0.8V,例72 下图
6、所示电路中，假设各运放具有理想特性。,(1) 指出A1、A2、A3各组成什么电路； (2) 写出v01、v02、v03的表达式。,+,R3,+,+,A3,A2,A1,10k,vi,vo3,10k,R4,R5,10k,10k,R1,R2,10k,vo2,vo1,解： (1) A1：电压跟随器；,A2：反相求和电路；,A3：同相比例放大器。,(2) vo1 = vi,例73 求下图所示电路的电压放大倍数,设A1、A2都是理想运算放大器。,+,10k,+,A1,A2,10k,100k,100k,10k,10k,100k,vi1,vi2,vo,vo1,解：对于A2 ：vo1 = vo,对于A1 ：,v
7、+ = v,vo = 10(vi2 vi1),例74 由运放组成的晶体管测量电路如下图，假设运放具有理想特性，晶体管的VBE=0.7V.,(1) 求出晶体管c、b、e各极的电位； (2) 若电压表读数为200mV，求被测量晶体管的值。,+,+,A1,A2,6k,10k,v1,R2,c,e,b,R3,10k,R1,v2,(+6V),(+12V),V,电压表,解：(1) vC = 6V vB = 0V vE = 0.7V,(2),例75 下图电路中， A1、A2 、A3均为理想运放, R3C =1ms. vi1=0.1V, vi2=0.3V,为直流输入电压，在 t = 0时加入。 (1) 求vo1
8、，vo2，vo3； (2) 若t=0时电容上C上的初始电压uC(o)=0，问需经多久时间使uo4=5V？,+,+,R2,R3,R1,vo4,+,+,R1,R2,Rf,Rf,R1,R3,R,R,Rf,vo2,vi1,vi2,vo1,vo3,C,R2,解：(1),(2),5.2.4 对数和指数运算放大器,一、对数运算放大器,i = iC,IS：三极管发射结反向饱和电流,缺点： 幅值不能超过0.7V；, 温漂严重。,二、反对数运算放大器,iE = iC,缺点：vS限定为正值；, 存在温漂。,基本原理,5.3 对数反对数型模拟乘法器,实 现 框 图,对于差放有：,5.3.2 集成模拟乘法器,一.基本原
9、理,模拟乘法器功能：实现两个模拟量相乘,其中K为比例因子，,量纲:V-1,符号：,二.模拟乘法器的应用,1. 相乘运算,模拟相乘器,立方运算电路,2. 平方和立方运算,平方运算电路,3. 除法运算电路,据虚断,如果令K= R2 / R1则,工作（负反馈）条件？,4. 开平方运算电路,v1为负值！,负反馈条件？,二极管作用？,5. 开立方运算电路,有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。,滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号，保留下有用信号。,5.4 有源滤波电路,滤波器的分类：,低通滤波器（LPF） 高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF）,有源滤
10、波器的频响,本章讨论由运放 及RC元件构成的 滤波器。,滤波器的用途,滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。,1. 一阶RC低通滤波器(无源),一. 低通有源滤波器,幅频特性、幅频特性曲线,2.一阶有源低通滤波器,传递函数中出现 的一次项,故称为一阶滤波器,相频特性：,幅频特性及幅频特性曲线,电路特点:,3.二阶有源低通滤波器,，A0=1+RF/R1,传递函数中出现 的二次项,故称为二阶滤波器,，,以上两式表明，当 时，Q1，在 处的电压增益将大于 ，幅频特性在 处将抬高。,当Ao3时，Q =，有源滤波器自激。由于将C1接到输出端，
11、等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。,幅频特性曲线,二. 高通有源滤波器,1.一阶有源高通滤波器,幅频特性及幅频特性曲线,2. 二阶有源高通滤波器,由此绘出频率响应特性曲线,(1)通带增益,(2)频率响应,其中：,，,结论：当ff0时，幅频特性曲线的斜率 为+40 dB/dec； 当AO3时，电路自激。,频率响应特性曲线,可由低通和高通串联得到,必须满足,低通特征角频率,高通特征角频率,三. 有源带通滤波器,可由低通和高通并联得到,必须满足,四. 有源带阻滤波器,本章小结,1集成运放可以构成加法、减法、积分、微分、对数和反对数等多种运算电路。在
12、这些电路中，均存在深度负反馈。因此，运放工作在线性放大状态。这时可以使用理想运放模型对电路进行分析，“虚短”和“虚断”的概念是电路分析的有力工具。 2对于精度要求高的运放电路，需要考虑实际运放参数的影响。由于运放的开环电压增益、输入电阻、输出电阻、共模抑制比及各种失调量等都不是理想值，它们必然要给电路带来误差。对这种电路的误差分析，应根据电路的具体情况，选择适当的运放模型。 3集成模拟乘法器是一种重要的模拟集成电路，在信号处理和频率变换方面得到了广泛的应用。集成模拟乘法器内部电路较为复杂，对生产工艺的要求也较高。熟练掌握这种器件在各种运算电路中的使用方法，是要求的重点。 4有源滤波器是一种重要的信号处理电路，它可以突出有用频段的信号，衰减无用频段的信号，抑制干扰和噪声信号，达到选频和提高信噪比的目的。实际使用时，应根据具体情况选择低通、高通、带通或带阻滤波器，并确定滤波器的具体形式。,
