集成运算放大器的应用课件.ppt
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- 集成 运算放大器 应用 课件
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1、第4章 集成运算放大器的应用第4章 集成运算放大器的应用目的和要求:目的和要求:1 1、掌握模拟运算电路的基本原理和应用;掌握模拟运算电路的基本原理和应用;2 2、掌握信号处理电路的基本原理和应用;掌握信号处理电路的基本原理和应用;3 3、掌握正弦波振荡器的振荡条件和掌握正弦波振荡器的振荡条件和RC/LCRC/LC振荡器的原理和应用;振荡器的原理和应用;4 4、掌握运算放大器的应用以及运用中的实际问题。掌握运算放大器的应用以及运用中的实际问题。第4章 集成运算放大器的应用4.1.1 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
2、大。方法:方法:引入深度电压并联负反馈或电压串联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,与输入电压和反环放大倍数无关,与输入电压和反馈系数有关。馈系数有关。第4章 集成运算放大器的应用foiRuRu11RRuuAfioufuo_+RfR1R2uii1i20uu虚短路虚短路i1=i2虚开路虚开路1 1、反相输入比例、反相输入比例运算电路运算电路第4章 集成运算放大器的应用平衡电阻,使输入端对地的静平衡电阻,使输入端对地的静态电阻相等,保证静态时输入态电阻相等,保证静态时输入级的对称性。级的对称性。R2=R1 /Rfuo_+RfR
3、1R2uii1i2电位为电位为0 0,虚地,虚地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!第4章 集成运算放大器的应用2 2、同相输入比例运算电路、同相输入比例运算电路_+R2R1RPuiuou-=u+=ui12RuRuuiioiouRRu)1(121211RRuuAou虚短路虚短路虚开路虚开路结构特点:结构特点:负反馈引到反相输入端,信号从同相端输入。负反馈引到反相输入端,信号从同相端输入。反馈方式:反馈方式:电压串联负反馈。输入电阻高电压串联负反馈。输入电阻高第4章 集成运算放大器的应用_+uiuoiouuuu此电路是电压并联负反馈,在电路中作用与分离元此电路
4、是电压并联负反馈,在电路中作用与分离元件的射极输出器相同,但是电压跟随性能好。件的射极输出器相同,但是电压跟随性能好。结构特点:结构特点:输出电压全部引输出电压全部引到反相输入端,信号从同相到反相输入端,信号从同相端输入。端输入。电压跟随器是电压跟随器是同相比例运算同相比例运算放大器的特例。放大器的特例。3 3、电压跟随器、电压跟随器第4章 集成运算放大器的应用例例1 1 在图示电路中,已知在图示电路中,已知R1=100k,Rf=200k,ui=1V,求输,求输出电压出电压uo,并说明输入级的作用。,并说明输入级的作用。ui +R2 +uoRfR1uo1解解 输入级为电压跟随器,由于是电压串联
5、负反馈,因而具有极高的输入电阻,起到减轻信号源负担的作用。且V 1o1iuu,作为第二级的输入。第二级为反相输入比例运算电路,因而其输出电压为:(V)21100200o11ouRRuf第4章 集成运算放大器的应用4.1.2 1 1、加法运算电路、加法运算电路作用:作用:将若干个输入信号之和按比例放大。将若干个输入信号之和按比例放大。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。数无关,与输入电压和反馈系数
6、有关。第4章 集成运算放大器的应用fRRRR/12113i12iFi11R12_+RfR11ui2uoR3ui10uuFiii1211)(212111ififouRRuRRu反相求和运算反相求和运算调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻,不影响输调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻,不影响输入电压和输出电压的比例关系,调节方便。入电压和输出电压的比例关系,调节方便。第4章 集成运算放大器的应用2 2、减法运算电路、减法运算电路_+RFR1R2ui2uoR3ui1 uu11RuuRuuiFo312RuRuui1123231)1(iFiFouRRuRRRRRu第4章 集成运算放大器的应用若3R(
7、断开),则:21F11Fo1iiuRRuRRu若21RR,且F3RR,则:)(121FoiiuuRRu若F321RRRR,则:12oiiuuu由此可见,输出电压与两个输入电压之差成正比,实现了减法运算。该电路又称为差动输入运算电路或差动放大电路。_+RFR1R2ui2uoR3ui11123231)1(iFiFouRRuRRRRRu第4章 集成运算放大器的应用例例例例 2 2 试试试试用用用用两两两两级级级级运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器设设设设计计计计一一一一个个个个加加加加减减减减运运运运算算算算电电电电路路路路,实实实实现现现现以以以以下下下下运运运运算算算算关关关关系系系系:3
8、21o82010iiiuuuu 解解 由题中给出的运算关系可知 ui3与 uo反相,而ui1和 ui2与 uo同相,故可用反相加法运算电路将 ui1和 ui2相加后,其和再与 ui3反相相加,从而可使 ui3反相一次,而 ui1和 ui2反相两次。根据以上分析,可画出实现加减运算的电路图,如图所示。由由图图可可得得:22f211f1o1iiuRRuRRu34f222f111f15f2o15f234f2iiiiuRRuRRuRRRRuRRuRR 第4章 集成运算放大器的应用根据题中的运算要求设置各电阻阻值间的比例关系:15f2RR,101f1RR,202f1RR,84f2RR 若选取k 100f
9、2f1RR,则可求得其余各电阻的阻值分别为:k 101R,k 52R,k 5.124R,k 1005R 平衡电阻 R3、R6的值分别为:k 5.2100/5/10/f1213RRRR k 10100/100/5.12/f2546RRRR ui2 R3 +uo1 ui1 Rf1 R1 R2 R6 +uo ui3 Rf2 R4 R5 A1 A2 第4章 集成运算放大器的应用iRiCui-+RR1CuoRuiiRtuCioCddiR=iCtuRCuiod1结结 论论输出电压与输入电压对时间的积分成正比输出电压与输入电压对时间的积分成正比4.1.3 1 1、积分运算电路、积分运算电路虚开路虚开路虚短路
10、虚短路积分电路积分电路第4章 集成运算放大器的应用iRiCui-+RR1CuotuRCuiod1应用举例:应用举例:积分波形积分波形若ui为恒定电压UtRCUuotui0tuo0U-UomTM积分时限积分时限积分波形积分波形积分电路积分电路第4章 集成运算放大器的应用tui0tuo0方波方波-三角波转换图三角波转换图iRiCui-+RR1Cuo应用举例:应用举例:波形转换波形转换积分电路积分电路tRCUuo设设ui=U(恒定):恒定):第4章 集成运算放大器的应用u i+uoRR1i1iRC2 2、微分运算电路、微分运算电路RuioRtuCiidd1Rii 1虚短路虚短路虚开路虚开路tuRCu
11、iodduouiUtt00ui为恒定时的输出波形为恒定时的输出波形第4章 集成运算放大器的应用例例 3 利用积分电路将方波变成三角波时间常数 t=R1Cf=0.1 ms)(d1o1If121tutuCRuCtt 设 uC(0)=0 tutd51.01o1.00ms1.05d)5(1.01o3.01.0ms3.0tut=5 V 第4章 集成运算放大器的应用4.2.1 :选出所需要的频率范围内的信号,使其顺利通过;选出所需要的频率范围内的信号,使其顺利通过;而对于频率超出此范围的信号,使其不易通过。而对于频率超出此范围的信号,使其不易通过。理想滤波器的频率特性:理想滤波器的频率特性:1 1、按电路
12、功能分类、按电路功能分类:不同的滤波器具有不同的频率特性,大致可分为不同的滤波器具有不同的频率特性,大致可分为低通、高通、低通、高通、带通和带阻带通和带阻四种。四种。滤波电路的分类:滤波电路的分类:第4章 集成运算放大器的应用 有源滤波器:有源滤波器:由无源元件由无源元件R、C和放大电路构成的滤波器。和放大电路构成的滤波器。放大电路广泛采用带有深度负反馈的集成运算放大器。放大电路广泛采用带有深度负反馈的集成运算放大器。由于集成运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗的特性,由于集成运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗的特性,使滤波器输出和输入间有良好的隔离,便于级联,以构成滤使滤波器输出和输入间有
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