第5章教学基本要求.ppt

第第5 5章章 教学基本要求教学基本要求要知道要知道1. 有源滤波器类型和用途；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；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；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高精度半波整流特点;5. 集成隔离放大器用途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；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、集成运放运算电路有源滤波电路类型、集成运放运算电路中电阻值中电阻值5.1.15.1.1电子信息系统的组成电子信息系统的组成图5.1.1 电子信息系统的示意图第第5 5章章 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用例、红外遥控系统例、红外遥控系统红外发射红外发射红外接收红外接收放大滤波放大滤波信号识别信号识别信号执行信号执行理想运放的理想参数：理想运放的理想参数：开环增益：AVO = ；输入电阻：ri =；输出电阻：ro = 0；开环通频带：BW = ；共模抑制比：KCMR = ；vivo+vOM-vOMAo越大，运放的线性范围越小，必须越大，运放的线性范围越小，必须在在输出与输入之输出与输入之间间加负反馈加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。

才能使其扩大输入信号的线性范围二、理想运放性区二、理想运放性区例：若例：若vOM=12V，，Ao=106，， 则则|vi|<12 V时，运放时，运放 处于线性区处于线性区线性放大区线性放大区v–v+–+voiI理想运放工作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+–+voiI图5－1v+ = v–=05.2 5.2 基本运算电路基本运算电路5.2.1 比例运算电路比例运算电路作用：作用：将信号按比例放大将信号按比例放大类型：类型：同相比例放大和反相比例放大同相比例放大和反相比例放大方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负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大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关vs– voi1RfR1R2图5－2 iI = 0  v+ = 0 v+ =v–  v– = 0又 iI = 0 i1 = ifR2：平衡电阻 R2 = R1 // Rf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）一、反相放大器（反相比例放大器）一、反相放大器（反相比例放大器）一、反相放大器（反相比例放大器） 1 1、基本电路、基本电路、基本电路、基本电路输出电阻：输出电阻：Ro=0; 输入电阻输入电阻:Ri=R1 (从输入和地向里看从输入和地向里看)2 2、、、、T T形网络反相比例运算电路形网络反相比例运算电路形网络反相比例运算电路形网络反相比例运算电路N点电流方程：点电流方程：二、同相放大器（同相比例放大器）二、同相放大器（同相比例放大器）二、同相放大器（同相比例放大器）二、同相放大器（同相比例放大器）vsv++–voiIRfR1R2图5－3if v – = v+ = vs由于 if = i1输入电阻为：输入电阻为：Ri＝＝输出电阻为：输出电阻为：Ro＝＝0但是电路有共模信号输入但是电路有共模信号输入图5－4vo= vs此为电压跟随器+–vsvo三、电压跟随器三、电压跟随器三、电压跟随器三、电压跟随器作用?一、求和运算电路一、求和运算电路一、求和运算电路一、求和运算电路vs2+–voi1RfR1图5－5ifvs1i2 v– = 0 iI = 0 i1 + i2 = if 若 R1= R2 = Rf 则vo = –(vs1 + vs2)  若在输出端加一级反相器，则vo = vs1 + vs25.2.2加减运算电路加减运算电路二、减法电路二、减法电路二、减法电路二、减法电路1. 利用反相求和以实现减法运算+–voi1Rf1R1图5－6vs1R2+–Rf2R2vs2v01代入 若R2 = Rf2vo = vs1 – vs2若R1= Rf12. 利用差分电路以实现减法运算+–R3R2vs2vs1R1Rfvo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、积分电路一、积分电路一、积分电路一、积分电路i1 = if+–RvsvoCi1图5－8if7.2.3 积分运算电路和微分运算电路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的限制tvsVst–voVs图5－9二、微分电路二、微分电路二、微分电路二、微分电路i1 = if+–RvsvoCi1if图5－10 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8－11tVsvst–voVs图5－11 此电路对高频噪声敏感噪声为高频谐波，设为vs=sint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，例例例例7 7－－－－1 1 下图中A为理想运放，求vi=0.3V时v0的值解：解：解：解： v+ = v– =0.2V vo= vM +0.04 R3 = 0.4+0.0410 = 0.8V+–R2voiR210k20kR4iR4R1R5R610k20k0.3VviR310k10KM例例例例7 7－－－－2 2 下图所示电路中，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+–+–A3A2A110kvivo310kR4R510k10kR1R210kvo2vo1解：解：解：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例例7－－3 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–+A1A210k100k100k10k10k100kvi1vi2vovo1解：解：解：解：对于A2 ：vo1 = vo对于A1 ：v+ = v–vo = 10(vi2 –vi1)例例例例7 7－－－－4 4 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––+A1A26k10kv1R2cebR310kR1v2(+6V)(+12V)V电压表解：解：解：解：(1) vC = 6V vB = 0V vE = – 0.7V(2)例例例例7 7－－－－5 5 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，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？+––+R2R3R1vo4–+–+R1R2RfRfR1R3RRRfvo2vi1vi2vo1vo3CR2解解解解：：(1)(2) 5.2.4 5.2.4 对数和指数运算放大器对数和指数运算放大器一、对数运算放大器一、对数运算放大器一、对数运算放大器一、对数运算放大器图5－12voRiCivSPN–+Ti = iCIS：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、反对数运算放大器二、反对数运算放大器二、反对数运算放大器二、反对数运算放大器iE = iC缺点：vS限定为正值； 存在温漂图5－13voRiFvS–+TiE 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：对于差放有： 5.3.2 集成模拟乘法器集成模拟乘法器 一一.基本原理基本原理模拟乘法器模拟乘法器功能：实现两个模拟量相乘功能：实现两个模拟量相乘 其中K为比例因子， 量纲:V-1符号符号： 二二. .模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用 1. 1. 相乘运算相乘运算模拟相乘器立方运算电路 2. 2. 平方和立方运算平方和立方运算平方运算电路3. 3. 除法运算电路除法运算电路据虚断据虚断如果令K= R2 / R1则工作（负反馈）条件？工作（负反馈）条件？4. 4. 开平方运算电路开平方运算电路)(1112OvRRKv-=v1为负值！为负值！负反馈条件？负反馈条件？二极管作用？二极管作用？5. 5. 开立方运算电路开立方运算电路 有有源源滤滤波波器器实实际际上上是是一一种种具具有有特特定定频频率率响响应应的放大器。

的放大器 滤波器的功能：对频率进行选择滤波器的功能：对频率进行选择, ,过滤掉噪声过滤掉噪声和干扰信号，保留下有用信号和干扰信号，保留下有用信号 5.4 有源滤波电路有源滤波电路 滤波器的分类： 低通滤波器（低通滤波器（LPF）） 高通滤波器（高通滤波器（HPF）） 带通滤波器（带通滤波器（BPF）） 带阻滤波器（带阻滤波器（BEF）） 有源滤波器的频响有源滤波器的频响 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RCR1. 一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器(无源无源)CC传传递递函函数数幅幅频频特特性性一一. 低通有源滤波器低通有源滤波器010.707 0截止频率截止频率此电路的缺点：此电路的缺点：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，边沿不陡幅频特性、幅频特性曲线幅频特性、幅频特性曲线RCRRR1RFC+-+2.一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器传传递递函函数数RCRC传递函数中出现传递函数中出现  的一次项的一次项,故称为一故称为一阶滤波器阶滤波器幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：RR1RFC+-+幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线01+RF/R10.707(1+RF/R1) 0传传递递函函数数RC1、、时：时：有放大作用有放大作用3、、运放输出，带负载能力强。

运放输出，带负载能力强2、、时：时：幅频特性与一阶无幅频特性与一阶无源低通滤波器类似源低通滤波器类似电路特点电路特点:3.二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器RR1RFC+-+CRP，，A0=1+RF/R1传递函数中出现传递函数中出现  的二次项的二次项,故称为二阶滤波器故称为二阶滤波器，， 以上两式表明，当 时，Q>1，在 处的电压增益将大于 ，幅频特性在 处将抬高 当Ao≥3时，Q =∞，有源滤波器自激由于将C1接到输出端，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幅频特性曲线二二. . 高通有源滤波器高通有源滤波器R–1 RCRR1RFC+-+高通高通传传递递函函数数–1 RC1.一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线传传递递函函数数1 RC–幅频特性：幅频特性： 0 01+RF/R10.707(1+RF/R1) 0RR1RFC+-+2. 二阶有源高通滤波器二阶有源高通滤波器由此绘出频率响应特性曲线由此绘出频率响应特性曲线 (1)(1)通带增益通带增益(2)(2)频率响应频率响应其中：其中：，，结论：当f＜＜f0时，幅频特性曲线的斜率 为+40 dB/dec； 当AO≥3时，电路自激。

频率响应特性曲线频率响应特性曲线  可由低通和高通串联得到可由低通和高通串联得到必须满足必须满足低通特征角频率低通特征角频率高通特征角频率高通特征角频率三三. 有源带通滤波有源带通滤波器器 可由低通和高通并联得到可由低通和高通并联得到必须满足必须满足四四. 有源带阻滤波有源带阻滤波器器本章小结本章小结1．．集集成成运运放放可可以以构构成成加加法法、、减减法法、、积积分分、、微微分分、、对对数数和和反反对对数数等等多多种种运运算算电电路路在在这这些些电电路路中中，，均均存存在在深深度度负负反反馈馈因因此此，，运运放放工工作作在线性性放放大大状状态态这这时时可可以以使使用用理理想想运运放放模模型型对对电电路路进进行行分分析析，，“虚虚短短”和和“虚断虚断”的概念是电路分析的有力工具的概念是电路分析的有力工具2．．对对于于精精度度要要求求高高的的运运放放电电路路，，需需要要考考虑虑实实际际运运放放参参数数的的影影响响由由于于运运放放的的开开环环电电压压增增益益、、输输入入电电阻阻、、输输出出电电阻阻、、共共模模抑抑制制比比及及各各种种失失调调量量等等都都不不是是理理想想值值，，它它们们必必然然要要给给电电路路带带来来误误差差。

对对这这种种电电路路的误差分析，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．．集集成成模模拟拟乘乘法法器器是是一一种种重重要要的的模模拟拟集集成成电电路路，，在在信信号号处处理理和和频频率率变变换换方方面面得得到到了了广广泛泛的的应应用用集集成成模模拟拟乘乘法法器器内内部部电电路路较较为为复复杂杂，，对对生生产产工工艺艺的的要要求求也也较较高高熟熟练练掌掌握握这这种种器器件件在在各各种种运运算算电电路路中中的的使用方法，是要求的重点使用方法，是要求的重点4．．有有源源滤滤波波器器是是一一种种重重要要的的信信号号处处理理电电路路，，它它可可以以突突出出有有用用频频段段的的信信号号，，衰衰减减无无用用频频段段的的信信号号，，抑抑制制干干扰扰和和噪噪声声信信号号，，达达到到选选频频和和提提高高信信噪噪比比的的目目的的实实际际使使用用时时，，应应根根据据具具体体情情况况选选择择低低通通、、高高通通、、带通或带阻滤波器，并确定滤波器的具体形式带通或带阻滤波器，并确定滤波器的具体形式。