《电路基础与集成电子技术-电子教案与习题解答-蔡惟铮 第8章 运算放大器和模拟乘法器 8.7j 其他线性应用电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路基础与集成电子技术-电子教案与习题解答-蔡惟铮 第8章 运算放大器和模拟乘法器 8.7j 其他线性应用电路（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,8.7.2 数据放大器,8.7 集成运放其他几种线性应用电路,8.7.1 电流-电压变换器和电压-电流变换器,8.7.3 绝对值电路,8.7.4 接地阻抗模拟变换器,8.7.5 有效值电路,8.7.6 有源滤波器,8.7.7 二极管限幅电路,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,8.7.1 电流-电压变换器和电压-电流变换器,电压-电流和电流-电压变换器广泛应用于放大电路和传感器的连接处，是很有实用价值的电子电路。通过运放可以实现多种电流电压和电压电流变换电路。,8.7.1.1 电流-电压变换器,图8.7.1 电
2、流-电压变换器,图8.7.1是电流电压变换器。由图可知,输出电压与输入电流成比例。也就是说将输入电流转化成了输出电压。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,例8.2：图8.7.2为电流电压转换电路的一个应用实例。图中AD590为半导体温度传感器，流过它的电流I与温度有关。绝对零度时，I=0A，温度每增加1K，I增加1A。所以电流I为温度的函数。试分析该电路的测温工作原理。,图8.7.2 AD590测温电路,图8.7.2虚线框内为电流电压转换电路。,由图可知：,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,AD590在0时的电流为273A，温度每增加1C ,
3、电流增加1 A。为了使0时输出显示0.00V，用电流I1来抵消AD590在0时的电流273A的偏移量，使If=0。,当温度升高时，I增加，而I1已固定，I增加的部分必然要由If来补充，这样输出电压就有了数值。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,我们希望输出电压值代表摄氏温度值，在数值上正好与摄氏度一致，使输出电压量与摄氏温度成正比的，这就需要合理选择电阻。,AD590的电流 I 的变化量1A/ ，有线性关系。如果， 可得输出电压每摄氏度的变化量,这样输出电压每10mV代表1，100 mV就代表10。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,8.7.
4、1.2 电压-电流变换器,(a)负载不接地情况 (b)负载接地情况 图8.7.3 电压-电流变换器,图8.7.3为电压-电流变换电路，图8.7.3(a)为负载不接地的情况，图8.7.3(b)为负载接地的情况。由图8.7.3(a)可知,该电路将输入电压转换为输出电流，iO与uS成比例。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,对负载接地的图8.7.3(b)，通过叠加原理可得以下各式：,因为,所以,可得,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,所以,可得,设,于是,说明iO与uS成正比，实现了输入电压到输出电流的线性变换。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性
5、应用电路 2010.02,8.7.2 数据放大器,图8.7.4 数据放大器电路图,数据放大器通常用于放大传感器送出的微弱电信号，为此要求数据放大器有很高的电压增益；由于传感器的内阻往往不是常量，故要求放大器有足够高的输入电阻。传感器输出信号中往往含有较大的共模信号，因此要求数据放大器具有很高的共模抑制比。即对数数据放大器有“三高”要求。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,同相比例,同相比例,差分比例,根据虚短、虚断的概念，有：,对A、B两点，可列出如下的节点电流方程：,A,B,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,显然调节R1可以改变放大器的增益
6、。产品数据放大器，如AD624等， R1由多个电阻串联，有引线连出， R1可通过选择连线接成多种阻值，可得到不同的电压放大倍数 。,将 代入上式，可得,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,由运放构成的精密整流电路如图8.7.5所示。,图8.7.5 反相输入绝对值电路,8.7.3 绝对值电路,8.7.3.1 反相输入绝对值电路,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,1.当输入电压uI0 ，则VD1导通，VD2截止。由于运放A1、A2的反相输入端均为虚地，所以uA=0。反相加法器A2只有通过2R这一路输入，于是有,0,0,uI0,0,第8章 运算放大器
7、和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,2.当输入电压uI0时， uO10 ，则VD1截止，VD2导通，于是有uA= -uI，此时反相求和放大器A2的输出电压为,综合以上两点可知，无论uI为正或为负，uO则恒为正，即,uI0,-uI,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,8.7.3.2 同相输入绝对值电路,1当输入电压 uI0时， uO10，则VD1导通，A1处于跟随状态，uO1= uI，所以VD2截止，根据虚断和虚短的概念，可以得到：,图8.7.6 同相绝对值电路,uI0,uO10,uO1= uI,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,于是,所以
8、,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,2当输入电压 uI0时， uO10，则VD1截止， VD2导通，A1构成同相比例运算电路，于是 uA= 2uI 对A2则有,综合以上两点可知：,该绝对值运算电路输入电阻较大。,所以,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,该电路称为绝对值运算电路，也称为精密整流电路。之所以称为精密，是因为输出电压不是经过二极管的单向导电而得到的，所以二极管的死区不会在输出产生误差。,问题：该电路为什么称为精密整流电路？二极管的死区电压是否会对输出电压产生影响？,当uI0时，信号有一路经2R传输，另一路因VD1开路，uO1很负，
9、VD2不可能微导通，不存在位于死区工作的情况。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,8.7.4 接地阻抗模拟变换器,图8.7.7 接地阻抗模拟变换电路,阻抗模拟变换器是用来实现阻抗特性的模拟与变换的运放电路，电路如图8.7.7所示。,由图可知 ，所以,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,当上式中的Z为电阻时：,，呈现负电阻特性；,当Z为电容时：,呈现模拟电感特性，模拟电感为,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,由于集成电路工艺不能制作大容量的电容器，所以，往往采用模拟电容变换电路。根据图8.7.8，用虚短和虚断特性可以列出
10、下列方程式,图8.7.8 模拟电容器电路,所以,例8.3：图8.7.8所示的是另一种适合做模拟电容的运放应用 电路。试推导输入阻抗表达式。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,于是输入阻抗,当是电阻时，Zi呈现电容性，相当一个模拟电容。当调节Z1、Z2、Z3、Z4的阻值时，可以控制模拟电容的容量。因为大容量的电容器体积大，可以采用模拟电容去取代大容量的电容器，以缩小印制电路板的面积。另外大容量的电容器稳定性也较差，采用模拟电容以后，有利于提高电容的稳定性。 适当改变 Z1Z5的性质也可获得模拟电感。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,8.7.5
11、 有效值电路,图8.7.9 有效值电路,图8.7.9是一个方均根值电路，即有效值电路。模拟乘法器M1实现平方运算，运算放大器A1是积分器，对M1的的输出求平均值，M1和A1组成开平方电路。于是可实现方均根运算,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,一个非正弦信号具有多种频率成分，滤波，就是保留信号中所需要的频率成分，抑制其他频率成分。 滤波有两种方法：模拟滤波和数字滤波。前者是利用滤波电路频带的不同实现滤波；后者是将模拟量转化为数字量后用软件实现，属数字信号处理的内容。 模拟滤波器又分无源和有源两种。无源滤波器由无源元件R、L和C组成，有源滤波器则由集成运放和R、C电路构
12、成，两者相比，有源滤波电路具有以下优点： 构成的低频滤波器不使用电感、体积小、重量轻； 滤波的同时对信号具有放大作用，避免了信号的过度衰减； 集成运放输入阻抗高，输出阻抗低，对信号具有缓冲作用，避免前后级的互相影响，便于设计。,8.7.6 有源滤波器,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,有源滤波器按频率特性分为： 低通（LPF，Low-pass filter）； 高通（HPF，High-pass filter）； 带通（BPF，Band-pass filter）； 带阻滤波器（BRF，Band-reject filter）。 它们的幅度频率特性曲线如图14.01.01所
13、示。,下图是一个低通滤波电路(LPF)滤除信号中的高频干扰 的示意图。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,滤波器的幅度频率特性曲线如图8.7.10所示。图(a)为低通滤波电路；图(b)为高通滤波电路；图(c)为带通滤波电路；图(d)为带阻滤波电路的幅度频率特性曲线。,图8.7.10 滤波器的幅度频率特性曲线,低通滤波电路,高通滤波电路,带通滤波电路,带阻滤波电路,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,图中滤波电路幅度频率特性曲线中的A0是通带电压增益， fH是低通滤波电路的上限截止频率， fL是高通滤波电路的下限截止频率。 有源滤波电路的基本形式
14、是低通滤波和高通滤波电路。 带通滤波电路是由低通滤波电路和高通滤波电路串联组成，满足 fHfL。 带阻滤波电路。是由低通滤波电路和高通滤波电路并联组成，满足 fHfL。,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路 2010.02,8.7.6.1 有源低通滤波器(LPF),1. 一阶低通有源滤波器,(1) 通带增益,有源滤波器的主要研究方法是推导电压放大倍数(或用拉氏变换形式表示的传递函数)，并由此研究其频率响应。,图14.01.02 同相一阶低通滤波电路,有源滤波器是由运算放大器加RC滤波环节构成的。 对于低通滤波器，当 f =0时，应处于通带内，此时电容器可视为开路，所以通带增益为,第8章 运算放大器和模拟乘法器线性应用电路
