运放放大小信号分析课件

《运放放大小信号分析课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运放放大小信号分析课件（104页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 电子技术与实践电子技术与实践 v模块模块1 常用三极管小信号放大电路分析与制作常用三极管小信号放大电路分析与制作 v模块模块2 分压偏置式放大电路分析与制作分压偏置式放大电路分析与制作 v模块模块3 其它组态放大电路分析与制作其它组态放大电路分析与制作 v模块模块4 多级放大电路分析与制作多级放大电路分析与制作 v模块模块5 带有反馈的放大电路分析与制作带有反馈的放大电路分析与制作v模块模块6 放大电路的频率响应放大电路的频率响应v模块模块7 场效应管基本放大电路分析与制作场效应管基本放大电路分析与制作 v模块模块8 集成运算放大电路分析与制作集成运算放大电路分析与制作 v模块模块9 功率放

2、大电路的分析与制作功率放大电路的分析与制作 v模块模块10 综合放大电路（扩音机）的分析与制作综合放大电路（扩音机）的分析与制作 项目二项目二 小信号放大电路的分析与制作小信号放大电路的分析与制作 电子技术与实践电子技术与实践 8.1 8.1 差动差动放大电路放大电路 8.2 8.2 集成运算放大电路集成运算放大电路 8.3 8.3 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用模块模块8 集成运算放大电路的分析与制作集成运算放大电路的分析与制作 电子技术与实践电子技术与实践 1.结构结构: 对称对称一、差动放大电路的工作情况一、差动放大电路的工作情况uoui1+UCCRCR1T

3、1RBRCR1T2RBui28.1 8.1 差动放大电路差动放大电路 电子技术与实践电子技术与实践 2.抑制零漂的原理抑制零漂的原理:uo= VC1 - VC2 = 0当当ui1 = ui2 = 0 时：时：uoui1+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui2I IC1C1=I=IC2C2V VC1C1=V=VC2C2uo= (VC1 + VC1 ) - (VC2 + VC2 ) = 0当温度变化时：当温度变化时： I IC1C1= = I IC2C2 V VC1C1= = V VC2C2静态时静态时 电子技术与实践电子技术与实践 3.信号输入信号输入(1)(1)共模信号共模信号: :ui

4、1=ui2 u uo o = VC1VC2=0,=0, A AC C=0=0(2)差模信号差模信号ui1=-ui2设设ui10,则则ui20, VC10; IC20uo= VC1VC2设设 VC!=-1V, VC2=1V则则uo=-2V VC1= VC2 电子技术与实践电子技术与实践 (3)比较输入比较输入ui1与与ui2是任意是任意则设则设ui1为给定信号为给定信号,ui2为反馈信号为反馈信号uo=Au(ui1-ui2)为了便于分析与处理为了便于分析与处理,可以将这种即非共模、又可以将这种即非共模、又非差模的信号非差模的信号,分解为共模分量和差模分量。分解为共模分量和差模分量。ui1=uc1

5、+ud1ui2=uc2+ud2共模分量共模分量差模分量差模分量 电子技术与实践电子技术与实践 例题例题: ui1 = 20 mv , ui2 = 10 mv 则：则：ud = 5mv , uc = 15mv ui1 = 15mv + 5mv,ui2= 15mv - 5mv 电子技术与实践电子技术与实践 1.结构结构:二、二、 典型差动放大电路典型差动放大电路ui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2EERERp 电子技术与实践电子技术与实践 (1)RE 稳定稳定 Q点点RE : 强负反馈作用强负反馈作用UBE1UBE2IB1IB2自动稳定自动稳定自动稳定自动稳定也叫共模反馈电阻也叫共模反

6、馈电阻不影响差模信号的放大不影响差模信号的放大温度温度TIE = 2ICUREIC1IC2IC2IC1 电子技术与实践电子技术与实践 (2)EE:抵偿抵偿R RE E的压降的压降(3)RP:调零电位器调零电位器 电子技术与实践电子技术与实践 2. 静态分析静态分析设设IB1=IB2=IB,IC1=IC2=IC则则:RBIB+UBE+2REIE=EERBIB+UBE 2REIE则则:IC IE VE 0EE+UCCRCT1RBREICUCEIBUBE2IE 电子技术与实践电子技术与实践 1) 双端输入双端输入双端输出双端输出ui = ui1 - ui2 = 2ud即即:-EEuiuoRCT1RB

7、RCT2RBRERR+-ui1ui2ui3. 动态分析动态分析: 电子技术与实践电子技术与实践 RCT1RBib+-ui1+-uo1ic双端输出电压为双端输出电压为uo=uo1-uo2=Ad1ui1-Ad2ui2=Ad1(ui1-ui2)=Ad1ui1(a): 电压放大倍数： 电子技术与实践电子技术与实践 RCT1RBib+-ui1+-uo1ic双端输入双端输入双端输出差动电路双端输出差动电路的差模电压放大倍数为的差模电压放大倍数为加负载时加负载时 电子技术与实践电子技术与实践 ro = 2 RC ri ri ro输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：（b b）输入输出电阻输入输出电阻: :

8、RR C1B1C2EB2RCT1RBRCT2RB 电子技术与实践电子技术与实践 反相端输出反相端输出同相端输出同相端输出ui2ui同相端输出同相端输出反相端输出反相端输出+UCC-EEuoRCT1RBRCT2RBRERR uod1 uod2+-ui12) 双端输入双端输入单端输出单端输出ri=2(RB+rbe)ro=RC 电子技术与实践电子技术与实践 UCCRCRC-EEuiT1RBT2RBREui1ui2 uod1T2 uod2是单端输是单端输入入, ,另一管另一管还能取得还能取得信号吗信号吗? ?ui1=ui,ui2=0尽管信号是由单端输入尽管信号是由单端输入, ,但由于但由于R RE E

9、的耦合作的耦合作用用, ,事实上是两管同时取了信号的。事实上是两管同时取了信号的。3) 单端输入单端输入单端输出单端输出 电子技术与实践电子技术与实践 RCRC-EEuiT1RBT2RBREui1ui2 uod1T2 uod2当当T1管输入信号电压管输入信号电压u ui i且极性如图所示且极性如图所示,T,T1 1的集电流的集电流增大增大, ,其增大量为其增大量为 I IC C( (正值正值),),流过流过R RE E的电流也增大的电流也增大, ,因因而发射极电位升高而发射极电位升高, ,使使T T2 2基基射极电压减小射极电压减小 U UBE2BE2,T,T2 2的的集电极电流也就减小集电极

10、电流也就减小, ,其减小量为其减小量为 I IC2C2( (负值负值) )。 I IC1C1和和 I IC2C2的相对大小的相对大小, ,取决于取决于R RE E的大小的大小,R,RE E大大,T,T1 1的输入信号的输入信号耦合耦合( (传送传送) )到到T T2 2管的作用也强。管的作用也强。 电子技术与实践电子技术与实践 VE=RE( IC1+ IC2)是一有限值是一有限值当当RE足够大时足够大时, IC1+ IC2 0对信号讲对信号讲,R,RE E电路可电路可认为是认为是开路开路的的, ,如图所示。如图所示。ui1 1/2uiui2 -1/2uiuiRBRBrberbe在单端输入的差动

11、放大电路中在单端输入的差动放大电路中, ,只要共模反馈电阻只要共模反馈电阻R RE E足够大足够大时时, ,两管所取得的信号就可以认为是一对两管所取得的信号就可以认为是一对差模差模信号信号。 从这一点来看从这一点来看,单端输入和双端输入是一样的单端输入和双端输入是一样的 电子技术与实践电子技术与实践 RCRC-EEuiT1RBT2RBREui1ui2 uod1T2 uod2ui1=ui,ui2=0是一对比较信号，可分解为一对共模信号和一对差模信号iu21= =iu21= = 电子技术与实践电子技术与实践 (4) 共模抑制比：共模抑制比：1 差模输入差模输入:ui1 = -ui2= ud差模电压

12、放大倍数差模电压放大倍数:共模输入共模输入:2ui1 = ui2 = uC共模电压放大倍数共模电压放大倍数: 共模抑制比共模抑制比:KCMRR=KCMR =(dB)(分贝分贝) （Common - Mode Rejection Ratio)(differential mode)( common mode) 电子技术与实践电子技术与实践 集成电路集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。集成电路的分类：集成电路的分类：模

13、拟集成电路、数字集成电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路。小、中、大、超大规模集成电路。一一 集成运放的内部结构及特点集成运放的内部结构及特点 8.2 8.2 集成运算放大电路集成运算放大电路 电子技术与实践电子技术与实践 集成电路内部结构的特点：集成电路内部结构的特点：1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。向一致，温度均一性好。2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外

14、接。替或外接。3. 几十几十 pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成、结的结电容构成、大电容要外接。大电容要外接。4. 二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。 电子技术与实践电子技术与实践 UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS原理框图：原理框图：输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相 电子技术与实践电子技术与实践 对输入级的要求：对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移, ,尽量提高尽量提高 KCMRR , , 输入阻抗输入阻抗Ri 尽可能大。尽可能大。对中间级

15、的要求：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足主要提高带负载能力，给出足够的输出电流够的输出电流Io 。即输出阻抗。即输出阻抗 Ro小。小。集成运放的结构集成运放的结构（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率

16、放大，提高带负载的能力。功率放大，提高带负载的能力。 电子技术与实践电子技术与实践 R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC =IC1+ IC2 = 1 IB + 2(1+ 1 ) IB = 1 + 2(1+ 1 ) IB为减小为减小IB， 提高输入电阻，提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管采用复合三极管 = IC / IB = 1 + 2(1+ 1 ) 1 2 ICIBIE 1 2 IC1IC2IB2 电子技术与实践电子技术与实践 -UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级：互补对

17、称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器+集成运放内部结构（举例）集成运放内部结构（举例）极极性性判判断断 电子技术与实践电子技术与实践 Ri 大大: 几十几十k 几百几百 k 运放的特点：运放的特点：KCMRR 很大很大 Ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很很大大: 104 107理想运放：理想运放： Ri KCMRR Ro 0 0Ao 运放符号：运放符号：uu+ uo u u+ uoAo国际符号国际符号国内符号国内符号 电子技术与实践电子技术与实践 一、开环差模电压放大倍数一、开环差模电压放

18、大倍数Aod无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的之间。理想运放的Aod为为 。二、共模抑制比二、共模抑制比KCMR常用分贝作单位，一般常用分贝作单位，一般100dB以上。以上。三、差模输入电阻三、差模输入电阻RidRi1M , 有的可达有的可达100M 以上。以上。四、输出电阻四、输出电阻RoRo =几几 -几十几十 。二二 集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标 电子技术与实践电子技术与实践 五、最大共模输入电压五、最大共模输入电压UIcmax六、最大差模输入电压六、最大差模输入电压UIdmax七、七、-3dB带宽带宽f

19、H运放是直流放大器，运放是直流放大器， 也可放大低频信号，也可放大低频信号，不适用于高频信号。不适用于高频信号。关于集成运放的应用下面分三个章节介绍。其中关于集成运放的应用下面分三个章节介绍。其中运放都是作为理想运放来处理。运放都是作为理想运放来处理。 电子技术与实践电子技术与实践 为满足实际使用中对为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的除性能指标比较适中的通通用型用型运放外，发展了适应运放外，发展了适应不同需要的专用型集成运不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标放。它们在某些技术指标上比较突出。上比较突出。 根据运算放大器的技根据运算放大

20、器的技术指标可以对其进行分类，术指标可以对其进行分类，主要有通用、高速、宽带、主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和低高精度、高输入电阻和低功耗等几种。功耗等几种。通用型高速型和宽带型高精度(低漂移型）高输入阻抗型低功耗型功率型三三 集成运放的种类集成运放的种类 电子技术与实践电子技术与实践 通 用 型 通用型运算放大器的技术指标比较适中，价格低廉。通用型运放也经过了几代的演变，早期的通用型运放已很少使用了。以典型的通用型运放CF741 (A741)为例，输入失调电压12 mV、输入失调电流20 nA、差模输入电阻2 M，开环增益100 dB、共模抑制比90 dB、输出电阻75 、共模输

21、入电压范围13 V、转换速率0.5 V/s。 电子技术与实践电子技术与实践 高速型和宽带型 用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高速数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放大时，可注重fH或fc，用于高速大信号放大时，同时还应注重转换速率SR。例如： CF2520/2525 AD9620 AD9618 OP37 CF357 电子技术与实践电子技术与实践 高精度(低漂移型） 用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。 例如： OP177 CF714 电子技术与实践电子技术与实践 高输入阻抗型 用于测量设备及采样保持电路中。 例如： AD549

22、CF155/255/355 电子技术与实践电子技术与实践 低功耗型 用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电压下，工作电流微弱。 例如： OP22 正常工作静态功耗可低至36 W。 OP290 在0.8 V电压下工作，功耗为24 W 。 CF7612 在5 V电压下工作，功耗为50 W 。 电子技术与实践电子技术与实践 功 率 型 这种运放的输出功率可达1W以上，输出电流可达几个安培以上。 例如： LM12 TP1465 电子技术与实践电子技术与实践 ri 高高:几十几十k 几百几百k 运放的特点：运放的特点：KCMRR很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A uo 很很大大:104以

23、上以上 107 电子技术与实践电子技术与实践 uiuo+Uo(sat) Ao越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区使其工作于线性区。运算放的器的传输特性运算放的器的传输特性uo=Auo(u-u+)线性区线性区饱和区饱和区-Uo(sat)u+-u-理想特性理想特性实际特性实际特性uu+ uo 电子技术与实践电子技术与实践 运算放大器工作在线性区时，分析依据：运算放大器工作在线性区时，分析依据：虚开路虚开路 (1)由于运算放大器的差模输入电阻由于运算放大器的差模输入电阻rid ,可可认为两个输入端的输入电流为零。即：认为两个输入端的输入

24、电流为零。即： (2)由于运算放大器的开环电压放大倍数由于运算放大器的开环电压放大倍数Auo ,而输出电压是一个有限的数值而输出电压是一个有限的数值,即即:uo=Auo(u+-u-)虚短路虚短路 电子技术与实践电子技术与实践 运算放大器工作在饱和区时，分析依据：运算放大器工作在饱和区时，分析依据：uiuo+Uo(sat)饱和区饱和区-Uo(sat)u+-u-理想特性理想特性实际特性实际特性当当u+u-时时, uo=+Uo(sat);当当u+u-时时, uo=-Uo(sat); 电子技术与实践电子技术与实践 8.3 8.3 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用(1) (1

25、) 反相比例运算放大器反相比例运算放大器i1 if1 1、 比例运算比例运算根据线性区的两条依据根据线性区的两条依据:_+ + RFR1RPuiuoi1if特例特例:反相器反相器,即即Auf=-1,(R1=RF)或或uO=-ui解解: 电子技术与实践电子技术与实践 _+ + RFR1RPuiuo反馈方式：反馈方式：电压并联负反馈电压并联负反馈输出电阻很小！输出电阻很小！平衡电阻，使输入端平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等。对地的静态电阻相等。RP=R1/RF 电子技术与实践电子技术与实践 2. 同相输入同相输入u- u+= ui电压串联负反馈电压串联负反馈输入电阻高，输输入电阻高，输出电阻低

26、。出电阻低。_+ + R2R1RPuiuoi1ifi1 if特例：当特例：当R1= 或或RF=0时，时，uo=ui，Auf=1电压跟随器电压跟随器 电子技术与实践电子技术与实践 举例举例: 电压跟随器电压跟随器_+ + R2uiuo此电路是电压此电路是电压并联负反馈，输并联负反馈，输入电阻大，输出入电阻大，输出电阻小，在电路电阻小，在电路中作用与分离元中作用与分离元件的射极输出器件的射极输出器相同，但是电压相同，但是电压跟随性能好。跟随性能好。 电子技术与实践电子技术与实践 2、 加法运算：加法运算：_+ + RFR11R12ui2uoRPui1i11i13iFi12ui3R13当当R11=R

27、12=R13=R1 时，时，uo=-(ui1+ui2+ui3) 电子技术与实践电子技术与实践 3、 减法运算减法运算解出：解出：_+ + RFR1R2ui2uoR2ui1i1iF当当R1=R2,R3=RF时时,当当R1=RF时时, 电子技术与实践电子技术与实践 4、 微分运算：微分运算：u- u+= 0iFu i+uoRFR2i1C1+ uC 电子技术与实践电子技术与实践 若输入：若输入：则：则：tui0tuo0 电子技术与实践电子技术与实践 应用举例：应用举例：tui05、积分运算：、积分运算：tuo01、输入方波，输出、输入方波，输出是三角波。是三角波。i1iFu i-+R1R2CFuo+

28、-uc 电子技术与实践电子技术与实践 2、如果积分器从某一时刻输入一直流电、如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。后输出饱和。tui0tuo0U-UomTM积分时限积分时限 电子技术与实践电子技术与实践 如果输入是正弦波，输出波形如果输入是正弦波，输出波形怎样，运放实验中请自己验证。怎样，运放实验中请自己验证。 电子技术与实践电子技术与实践 例例:电路如图所示，已知电路如图所示，已知uO= -55uI其余参数如图所示，试其余参数如图所示，试求求R5的值的值解解：第一级运放构成同相比例运算电路第一级运放构成同相比例运算电路

29、第二级运放构成反相比例运算电路第二级运放构成反相比例运算电路 电子技术与实践电子技术与实践 加减运算电路加减运算电路作用：作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。将若干个输入信号之和或之差按比例放大。类型：类型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输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。反馈系数有关。 电子技术与实践电子技术与实践 一、一、(1)(1)反相求和运算反相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应实

30、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。不同的需要。 电子技术与实践电子技术与实践 调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响其它输入电压调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响其它输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。和输出电压的比例关系，调节方便。虚断虚断虚短虚短也可应用叠加也可应用叠加定理进行求解定理进行求解 电子技术与实践电子技术与实践 一、一、(2)(2)同相求和运算同相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应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。不同的需要。 电子技术与实践电子技术与实践 节点节点P的电流方程为：的电流方

31、程为：节点节点N的电流方程为：的电流方程为： 电子技术与实践电子技术与实践 则则也可应用叠加也可应用叠加定理进行求解定理进行求解与反相求和电路比较与反相求和电路比较 电子技术与实践电子技术与实践 虚短路虚短路虚断路虚断路虚断路虚断路二、加减运算电路二、加减运算电路也可应用叠加定理进行求解也可应用叠加定理进行求解优点：元件少，成本低。优点：元件少，成本低。缺点：缺点：阻值的调整计算不方便。阻值的调整计算不方便。改进：改进：采用双运放电路。采用双运放电路。 电子技术与实践电子技术与实践 单运放的加减运算电路单运放的加减运算电路Rf=100k R1=10kRf=100k R1=10k 电子技术与实践

32、电子技术与实践 双运放的加减运算电路双运放的加减运算电路第一级为同相比例运算电路第一级为同相比例运算电路第二级为双输入加减运算电路第二级为双输入加减运算电路 电子技术与实践电子技术与实践 若若对于对于uI1和和uI2输入电阻为无穷大输入电阻为无穷大 电子技术与实践电子技术与实践 1. 都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小 。2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。输入电阻高。3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。比例运算电路与加减

33、运算电路小结比例运算电路与加减运算电路小结 电子技术与实践电子技术与实践 设计一个运算电路，要求输出电压与输入电压之间的关系为设计一个运算电路，要求输出电压与输入电压之间的关系为接于同相输入端接于同相输入端接于反相输入端接于反相输入端 电子技术与实践电子技术与实践 微分运算电路与积分运算电路的应用微分运算电路与积分运算电路的应用 电子技术与实践电子技术与实践 tui0tuo0输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。1 1、积分运算、积分运算应用举例应用举例1 1：uN= uP= 0 电子技术与实践电子技术与实践 uN= uP= 0uit0t0uo若输入：若输入：则：则：2 2、微分运算

34、、微分运算 电子技术与实践电子技术与实践 其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等。与除法运算电路等。积分电路的主要用途：积分电路的主要用途：1. 在电子开关中用于延迟。在电子开关中用于延迟。2. 波形变换。例：将方波变为三角波。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。转换中，将电压量变为时间量。4. 移相。移相。 电子技术与实践电子技术与实践 运算电路运算电路要求要求1. 熟知各种单运放组成的基本运算电路。熟知各种单运放组成的基本运算电路。2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。掌握以上基本运算电

35、路的级联组合的计算。3. 会用会用 “虚开路虚开路(ii=0)”和和“虚短路虚短路(u+=u) ”分析给定运算电路的分析给定运算电路的 放大倍数。放大倍数。 电子技术与实践电子技术与实践 1 1、滤波电路的分类、滤波电路的分类按信号性质分类按信号性质分类按电路功能分类按电路功能分类: 低通滤波器；高通滤波器；低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器；全通滤波器带通滤波器；带阻滤波器；全通滤波器 按所用元件分类按所用元件分类模拟滤波器和数字滤波器模拟滤波器和数字滤波器无源滤波器和有源滤波器无源滤波器和有源滤波器按阶数分类按阶数分类: 一阶，二阶一阶，二阶 高阶高阶 8.4 有源滤波电路有源

36、滤波电路一、一、 滤波电路的基础知识滤波电路的基础知识 电子技术与实践电子技术与实践 传递函数：传递函数：幅频特性幅频特性相频特性相频特性滤滤波波器器二，传递函数的定义二，传递函数的定义 电子技术与实践电子技术与实践 低通低通高通高通带通带通带阻带阻三，四种典型的频率特性三，四种典型的频率特性 电子技术与实践电子技术与实践 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。滤波过程如图所示。 图13.02 滤波过程滤波电路的用途滤波电路的用途 电子技术与实践电子技术与实践 （一）无源滤波电路（一）无源滤波电路（以一阶滤波器为例）（以一阶滤波器为

37、例）传递函数：传递函数：RCR四，无源滤波电路和有源滤波电路四，无源滤波电路和有源滤波电路 电子技术与实践电子技术与实践 1. 带负载能力差。带负载能力差。2. 无放大作用。无放大作用。3. 特性不理想，边沿不陡。特性不理想，边沿不陡。截止频率处：截止频率处：01 0.707o截止频率截止频率此电路的缺点：此电路的缺点：RCR 电子技术与实践电子技术与实践 二、一阶有源低通滤波器二、一阶有源低通滤波器传递函数中出现传递函数中出现 的一次项，故称为的一次项，故称为一阶滤波器一阶滤波器。 电子技术与实践电子技术与实践 幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：0通带截止角频率 电子技术与实践电子技术

38、与实践 3. 运放输出，带负载能力强。运放输出，带负载能力强。幅频特性与一阶幅频特性与一阶无源低通滤波器无源低通滤波器类似类似电路的特点：电路的特点：2. = o 时时1. =0 时时通带增益A Au up p 电子技术与实践电子技术与实践 有源滤波器的优点：有源滤波器的优点：1. 不使用电感元件，体积小重量轻。不使用电感元件，体积小重量轻。2. 有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤

39、波电路，无需考虑级间影响。构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。3. 除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。 电子技术与实践电子技术与实践 有源滤波器的缺点：有源滤波器的缺点：1. 不宜用于高频。不宜用于高频。2. 不宜在高电压、大电流情况下使用。不宜在高电压、大电流情况下使用。3. 使用时需外接直流电源。使用时需外接直流电源。 电子技术与实践电子技术与实践 解出：解出：其中：其中：二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器传递函数中出现传递函数中出现 的二次项，故称为的二次项，故称为二阶滤波器二阶滤波器。 电子技术与实践电子技术与实践 一阶低通和二阶低通

40、一阶低通和二阶低通幅频特性曲线幅频特性曲线的区别：的区别：阶数越高，阶数越高，幅频特性曲线幅频特性曲线越接近理想滤波器。越接近理想滤波器。-3dBAup理想低通理想低通一阶低通一阶低通二阶低通二阶低通0 电子技术与实践电子技术与实践 如何组成高通滤波器？将低通滤波器中的将低通滤波器中的R、C 对调，低通滤波器对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。就变成了高通滤波器。RCR1RF低通滤波器低通滤波器R1RF高通滤波器高通滤波器R 电子技术与实践电子技术与实践 三、一阶有源高通滤波器三、一阶有源高通滤波器R1RF高通滤波器高通滤波器R 电子技术与实践电子技术与实践 幅频特性：幅频特性：0 o 电子技

41、术与实践电子技术与实践 小小 结结集成运放的两个工作区集成运放的两个工作区信号的运算和处理所采用的集成运放都工作在线性区，信号的运算和处理所采用的集成运放都工作在线性区， 即：从电路结构上看，运算电路和滤波电路都引入了即：从电路结构上看，运算电路和滤波电路都引入了 深度负反馈。虚短，虚断深度负反馈。虚短，虚断运算电路运算电路:就是电路的输出信号与输入信号之间存在某种数就是电路的输出信号与输入信号之间存在某种数学运算关系。这一类电路具有以下几个共同的特点学运算关系。这一类电路具有以下几个共同的特点 运算电路中一般都引入了深度的负反馈。运算电路中一般都引入了深度的负反馈。 无论输入端采用同相输入或

42、反相输入方式，反馈信号无论输入端采用同相输入或反相输入方式，反馈信号 总是引回到反相输入端。总是引回到反相输入端。 分析方法：分析方法：利用虚短和虚断的概念，列关键节点的电流方程，利用虚短和虚断的概念，列关键节点的电流方程， 或利用叠加定理或利用叠加定理 电子技术与实践电子技术与实践 有有源源滤滤波波器器属属于于信信号号处处理理电电路路的的范范围围。滤滤波波器器的的作作用用是是允允许许规规定定频频率率范范围围之之内内的的信信号号通通过过，而而使使规规定定频率范围之外的信号不能通过，即受到很大的衰减。频率范围之外的信号不能通过，即受到很大的衰减。 滤波器通常根据其工作频率来命名，例如滤波器通常根

43、据其工作频率来命名，例如低通滤波器低通滤波器低频信号通过，将高频信号衰减；低频信号通过，将高频信号衰减；高通滤波器高通滤波器高频信号通过，将低频信号衰减；高频信号通过，将低频信号衰减；带带通通滤滤波波器器某某一一频频带带范范围围内内的的信信号号通通过过，将将此此频频带带以外的信号衰减；以外的信号衰减； 带阻滤波器带阻滤波器阻止某一频带范围内的信号通过，而阻止某一频带范围内的信号通过，而允许此频带之外的信号通过。允许此频带之外的信号通过。 电子技术与实践电子技术与实践 采样保持电路采样保持电路0保持保持采样采样采样采样采样采样采样采样保持保持保持保持ui,uo控制信号控制信号uouiRC+-+-

44、uouiuo控制信号控制信号 电子技术与实践电子技术与实践 电压比较器电压比较器uoui0+Uo(sat)-Uo(sat)UR传输特性传输特性当当uiUR时时,uo=-Uo(sat)-+uouiUR+R1R2 电子技术与实践电子技术与实践 +Uo(sat)uoui0-Uo(sat)当当UR=0时时,即输入电压和零即输入电压和零电平比较电平比较,称为过零比较器称为过零比较器-+uoui+R1R2+过零比较器过零比较器 电子技术与实践电子技术与实践 +uouituituo+Uom-Uom例：利用电压比较例：利用电压比较器将正弦波变为方器将正弦波变为方波。波。 电子技术与实践电子技术与实践 +uiu

45、o UZuoui0+UZ-UZ稳定输出电压稳定输出电压 电子技术与实践电子技术与实践 电压比较器的另一种形式电压比较器的另一种形式+uiuo UZR R_ 电子技术与实践电子技术与实践 总结总结1、电路简单。、电路简单。2、当、当Ao不够大时，输出边沿不陡。不够大时，输出边沿不陡。3、 容易引入干扰。容易引入干扰。 电子技术与实践电子技术与实践 tuituo过零附近仍过零附近仍处于放大区处于放大区Ao不够大时的情况不够大时的情况 电子技术与实践电子技术与实践 迟滞比较器迟滞比较器分析：分析：1、因为有正反馈，、因为有正反馈，所以输出饱和。所以输出饱和。2、当、当uo正饱和时：正饱和时：3、当、

46、当uo负饱和时：负饱和时：比较电压由原比较电压由原来的输出决定来的输出决定+uoRRFR1uiUR 电子技术与实践电子技术与实践 传输特性传输特性U+U+ 跳转后增大了跳转后增大了U+-U- 加速跳转加速跳转小于回差的干扰不会引起跳转小于回差的干扰不会引起跳转uoui0Uom-Uom 电子技术与实践电子技术与实践 tuiU+U+tuoUom-Uom输入正弦波的情况输入正弦波的情况 电子技术与实践电子技术与实践 参考参考 运算放大电路中的负反馈运算放大电路中的负反馈1 1、并联电压负反馈、并联电压负反馈ri不高不高, ro低低_+ + RFR1RPuiuoi1if+-id 电子技术与实践电子技术

47、与实践 2 2、 串联电压负反馈串联电压负反馈uoi1if+_+ + RFR1R2ui_+uf+_ud+ 电子技术与实践电子技术与实践 3、 串联电流负反馈串联电流负反馈_+ + R2uiuo_+ufR+_RL+_udio+ 电子技术与实践电子技术与实践 4、并联电流负反馈、并联电流负反馈_+ + R2uiuoR+_RLio-+R1idiiifRFuRiRif i1i1 if 电子技术与实践电子技术与实践 小结小结从负载电阻从负载电阻RL的靠近的靠近“地地”端引出的端引出的,是是电流反电流反电流反电流反馈馈馈馈。2.输入端输入端3.反馈信号是净输入量减小的反馈信号是净输入量减小的,是是负反馈负反馈负反馈负反馈。反馈电路直接从反馈电路直接从输出端引出输出端引出的，是的，是电压反馈电压反馈电压反馈电压反馈。1.输出端输出端输入信号和反馈信号分别加在两个输入端输入信号和反馈信号分别加在两个输入端(同相和反相同相和反相)上的上的,是是串联反馈串联反馈串联反馈串联反馈。加在同一个输入端的（同相或反相）上的加在同一个输入端的（同相或反相）上的,是是并联反馈并联反馈并联反馈并联反馈