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1、理想运放：理想运放：开环开环电压增益电压增益AVo=开环带宽开环带宽BW=输入电阻输入电阻Ri =输出电阻输出电阻Ro=0当当VP=VN时，时，VO=0没有温漂没有温漂1 1 1、理想运放两输入端电压、理想运放两输入端电压v v+=v v（虚短）虚短）2 2、理想运放两输入端不取用电流理想运放两输入端不取用电流i i-=i i+=0=0（虚断）虚断）由理想运放参数可推出：由理想运放参数可推出：2运放运放线性线性运用运用信号的放大、运算信号的放大、运算恒压源、恒流源电路恒压源、恒流源电路有源滤波电路有源滤波电路在运放的线性应用中，运放的在运放的线性应用中，运放的输出与输入之间加输出与输入之间加负
2、反馈负反馈，使运，使运放工作于线性状态。放工作于线性状态。39.19.1基本运算电路基本运算电路一、一、反相比例运算放大器反相比例运算放大器i1=iF+ib-=iF ,ib-=0 ib+=0v+=0 v=v+=0平衡电阻平衡电阻(使输入端使输入端对地的静态电阻相等对地的静态电阻相等):R):RP P=R=R1 1/R/RF F电压放大倍数电压放大倍数:虚地点虚地点_+RFR1RPvivoi1iFib-ib+4例例1.1.R R1 1=10k=10k ,R RF F=20k=20k ,v vi i=-1V=-1V。求求:v vo o ，R RP P应为多大应为多大？AVF=-（RF/R1）=-2
3、0/10=-2vo=AVF vi=(-2)(-1)=2VRP=R1/RF=10/20=6.7 k _+RFR1RPvivoi1iFib-ib+5反相比例运算放大器反相比例运算放大器输入电阻及反输入电阻及反馈方式：馈方式：ri=R1输入电阻输入电阻(小小):反馈电阻反馈电阻反馈方式：反馈方式：电压并联负反馈电压并联负反馈i1=iF+ib-ib-=i1-iF_+RFR1RPvivoi1iFib-ib+6二、二、同相比例运算放大器同相比例运算放大器v-=v+=viib+=0ib-=0iF=i1R RP P=R=R1 1/R/RF FiFi1_+RFR1RPvivo7例题例题2.R2.R1 1=10k
4、=10k ,R,RF F=20k=20k ,v vi i=-1V=-1V。求求:v vo o ，R RP P应为多大？应为多大？vo=AvF vi=(3)(-1)=-3VRP=R1/RF=10/20=6.7 k iFi1_+RFR1RPvivo8电压串联负反馈电压串联负反馈同相比例运算放大器同相比例运算放大器输入电阻及反馈方式：输入电阻及反馈方式：输入电阻输入电阻(高高)反馈方式反馈方式?_+RFR1RPvivo输入电压输入电压:9当当R RF F=0=0时时,Av=1vo=vi三、三、电压跟随器电压跟随器此电路是电压串此电路是电压串联负反馈，输入联负反馈，输入电阻大，输出电电阻大，输出电阻小
5、，在电路中阻小，在电路中作用与分离元件作用与分离元件的射极输出器相的射极输出器相同，但是电压跟同，但是电压跟随性能好。随性能好。_+RFR1RPvivo10以上电路的比较归纳：以上电路的比较归纳：1.它们都引入电压负反馈，因此输它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。出电阻都比较小。2.关于输入电阻关于输入电阻 反相输入的输入电阻小，反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。同相输入的输入电阻高。3.以上放大器均可级联以上放大器均可级联,级联时放级联时放大倍数分别独立计算。大倍数分别独立计算。11四、四、差动放大器差动放大器（减法器）（减法器）ib+=0ib-=0vi2R2 R1+R2
6、v+=v-=v+v-=vo R1+vi1 R2 R1+R2 vo R1+vi1 R2 R1+R2 vi2R2 R1+R2=_+R2R1R1vi2voR2vi1ib-ib+12例题例题3.R3.R1 1=10k=10k ,R,R2 2=20k=20k ,v vi 1i 1=-1V=-1V，v vi 2i 2=1V=1V。求求:v vo o vo=(vo2-vo1)=(20/10)3-(-1)=8VR2R1vo1=vi1=-1Vvo2=vi2(1+R2/R1)=3Vvo_+R2R1R1R2vi1_+vi2_+R2R1RP13例题例题3.若若vi1=sin t V，vi 2=1V=1V，求求:vo
7、vo1=vi1=sin t Vvo2=vi2(1+R2/R1)=3Vvo=(vo2-vo1)=(20/10)(3-sin t)=6-2 sin t VR2R114五、五、反相求和运算：（加反相求和运算：（加法器）法器）i1i2iF虚地虚地vo=-(vi1 R1 RF +vi2 R2 RF )若若R1=R2=R,vo=-(vi1 R RF +vi2 )取取RP=R1/R2/RF_+RFR1R2vi2voRPvi1_+RFR1RPvivoi1iFib-ib+ib+=0ib-=0,i1+i2=iFvi1 R1 =vi2 R2 +-vo RF 15六、六、同相求和运算：同相求和运算：Av=RFR11+
8、vo=Av v+=()(+)RFR11+R2 R3+R2 vi1R3 R3+R2 vi2取取R3/R2=RF/R1当当R3=R2 时时,vo=()(vi1+vi2)RFR11+12v+_+RFR1RPvivoR1RF+v i1voR3R2vi2-16七、七、微分运算：微分运算：v-=v+=0ib-=0v i+voRR2i1iFC17tvi0tvo0例：例：,求求vo。90v i+voRR2i1iFC18(8)反相积分运反相积分运算算vc=-voib+=0ib-=0,v-=v+=0i1iFv i-+RRPCvovc19反相积分器：反相积分器：如果如果v i=直流电压直流电压V,输出将输出将反相积
9、分，经过一定的时间后输出饱和。反相积分，经过一定的时间后输出饱和。tvi0Vtvo0-VomTM积分时限积分时限=t VRC设设Vom=15V,V=+3V,R=10k ,C=1,C=1 F F=0.05秒秒20反相积分器：反相积分器：如果如果vi=-V=-3V，画出画出vo的波形的波形图。图。tvi0tvo0+Vom-V0.05秒秒设设Vom=15V,V=3V,R=10k ,C=1,C=1 F F-=t0o(-V)dtRC1v=t VRC21应用举例：输入方波，输出是三角波。应用举例：输入方波，输出是三角波。tvi0tvo0三角波发生器将在第九章中讲三角波发生器将在第九章中讲22（9）三运放电
10、路）三运放电路+A1-A2RRRWvi1vi2vo1vo2ab+R1R1-A3R2R2vo+23三运放电路三运放电路(续续)ib1-ib2-ib+=0ib-=0,v-=v+,R R、R RW W、R R三个电阻可视为串联三个电阻可视为串联+A1-A2RRRWvi1vi2vo1vo2ab+24三运放电路三运放电路(续续)vo=+A1-A2RRRWvi1vi2vo1vo2ab+R1R1-A3R2R2vo+25三运放电路是差动放大器，放大三运放电路是差动放大器，放大倍数可调。倍数可调。由于输入均在同相端，此电路的由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。输入电阻高。三运放电路的特点三运放电路的特点26
11、例例1:由三运放放大器组成的温度测量电路由三运放放大器组成的温度测量电路V=+5VRRRRtvi vi=Rt-R2(Rt+R)VRt 热敏电阻热敏电阻vo=vi=Rt-R2(Rt+R)VRt=f(TC)集成化集成化:仪表放大器仪表放大器+A1-A2RRRWvi1vi2ab+R1R1-A3R2R2vo+27例例2.求电压放大倍数求电压放大倍数Av=vo/vi。ib+=0ib-=0,v-=v+=0i1=iF=i2+i3viR1-vFRF=-vFRFvF-voR2vFR3+vo=-vi R1RF+R2+RF R2R3R1RF+R2+RF R2R3Av=RP=R1/(RF+R2/R3)_+RFR1RP
12、vivoi1iFib-ib+R2R3i2 i3uF28例例3.A/D变换器要求其输入电压的幅度为变换器要求其输入电压的幅度为0+5V，现现有信号变化范围为有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高电路，试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为将其变化范围变为0+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平抬高电路电平抬高电路A/D计算机计算机vivovo=(vi/2)+2.5 V29例例3(续续)vo=(vi/2)+2.5 V =(vi+5)/2 vo1=-(10/20)(vi+5)=-(vi+5)/2vo=-(20/20)vo1=-vo1=(vi+5)/2vo_+20k 20k 10k _+10
13、k 20k+5V5k vi20k uo130运算电路要求运算电路要求1.熟记基本运算电路的电路图及放大倍数公熟记基本运算电路的电路图及放大倍数公式。式。2.以上基本运算电路级联后输出的计算。以上基本运算电路级联后输出的计算。3.会用会用 ib-=0,ib+=0,v+=v-分析给定运算电分析给定运算电路的路的 放大倍数。放大倍数。31 9.2 9.2 有源滤波器有源滤波器滤波电路的种类滤波电路的种类:按信号性质按信号性质:模拟滤波器模拟滤波器和数字滤波器和数字滤波器按电路功能按电路功能:低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器按所用元件按所用元件:无源滤波
14、器和无源滤波器和有源滤波器有源滤波器一、一、概述概述按阶数按阶数:一阶一阶,二阶二阶 高阶高阶 32传递函数：传递函数：幅频特性幅频特性相频特性相频特性filter传递函数、幅频特性传递函数、幅频特性33滤波器分类滤波器分类(按频率特性进行分类按频率特性进行分类)：低通低通高通高通带通带通带阻带阻 分类分类低通（低通（LPF）高通（高通（HPF）带通（带通（BPF）带阻（带阻（BEF）全通（全通（APF）34RCR二二 RC低通滤波器低通滤波器(无源无源)传传递递函函数数幅幅频频特特性性35010.707 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
15、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RCR36通频带宽度通频带宽度(带宽带宽)带宽带宽:0-0 设设R=10k,C为下列各值时的为下列各值时的带宽带宽:C fo1 F 16Hz0.047 F 340Hz0.01 F 1600Hz010.707 0截止频率截止频率37 用电压跟随用电压跟随器隔离滤波电器隔离滤波电路与负载电阻路与负载电阻RC低通滤波器低通滤波器(有源有源)38(1).一阶一阶低通滤波电路低通滤波电路传递函数传递函数其中其中特征角频率特征角频率故，幅频相应为故，幅频相应为同相比例放同相比例放大系数大系数
16、39（2 2）简单二阶）简单二阶LPFLPF截止频率截止频率 fp 0.37f040压控电压源电路（压控电压源电路（VCVS）对于滤波电路，有对于滤波电路，有得滤波电路传递函数得滤波电路传递函数（二阶）（二阶）（3 3）压控电压源二阶压控电压源二阶LPF LPF(自学自学)分析方法：电路引入了负反馈利用节点电流法求解分析方法：电路引入了负反馈利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系。输出电压与输入电压的关系。41令令称为通带增益称为通带增益称为特征角频率称为特征角频率称为等效品质因数称为等效品质因数则则滤波电路才能稳定工作滤波电路才能稳定工作注意：注意：用用 代入，可得传递函数的频率响应：代
17、入，可得传递函数的频率响应：42归一化的幅频响应归一化的幅频响应相频响应相频响应43归一化的幅频响应波特图归一化的幅频响应波特图44（3 3）压控电压源二阶压控电压源二阶LPFLPF引入正反馈引入正反馈为为使使 fp=f0，且在且在f=f0时时幅频特性按幅频特性按40dB/十倍频下降。十倍频下降。f0时，时，C1断路，正断路，正反馈断开，放大倍数为反馈断开，放大倍数为通带放大倍数；通带放大倍数；f，C2短路，正短路，正反馈不起作用，放大倍反馈不起作用，放大倍数小数小0；因而有可能在因而有可能在f=f 0时放大倍数等于或大于通带放时放大倍数等于或大于通带放大倍数。对于不同频率的信号正反馈的强弱不
18、同。大倍数。对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。45(4).反相输入低通滤波器反相输入低通滤波器(自学自学)积分运算电路的传递函数为积分运算电路的传递函数为加加R2后，后，f0，C 断开，通带放大倍数，断开，通带放大倍数，46三三.高通滤波电路高通滤波电路 一一阶阶有有源源滤滤波波电电路路通通带带外外衰衰减减速速率率慢慢（-20dB/十十倍倍频频程程），与与理理想想情情况况相相差差较较远远。一一般般用用在在对对滤滤波波要要求求不高的场合。不高的场合。低通电路中的低通电路中的R和和C交换位置便构成高通滤交换位置便构成高通滤波电路波电路47四、带通、带阻有源滤波器四、带通、带阻有源滤波器fHfL1
19、.带通滤波器带通滤波器（BPF）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48OOO2.带阻滤波器带阻滤波器（BEF）fHfL四、带通、带阻有源滤波器四、带通、带阻有源滤波器 可由低通和高通并联得到可由低通和高通并联得到49必须满足必须满足 一一阶阶有有源源滤滤波波电电路路通通带带外外衰衰减减速速率率慢慢（-20dB/十十倍倍频频程程），与与理理想想情情况况相相差差较较远远。一一般般用用在在对对滤滤波波要求不高的场合。要求不高的场合。50五、状态变量型滤波器五、状态变量型滤波器(自学自学)要点：要点：将比例、积分、求和将
20、比例、积分、求和等基本运算电路组合等基本运算电路组合成自由设置传递函数、成自由设置传递函数、实现各种滤波功能的实现各种滤波功能的电路，称为状态变量电路，称为状态变量型滤波器。型滤波器。通带放大倍数决定于通带放大倍数决定于负反馈网络。负反馈网络。利用利用“逆运算逆运算”方法。方法。f0时负反馈最强，时负反馈最强，A1输出电压输出电压0；f 时时C 相当于相当于短路，短路，A2输出电压输出电压0，电路开环，电路开环，A1输出电压输出电压UOM，工作到非线性区；需引入负反馈决定通带放大倍数。工作到非线性区；需引入负反馈决定通带放大倍数。51五、状态变量滤波器五、状态变量滤波器 二阶电路的组成二阶电路
21、的组成52双双T网络网络A1组成组成 HPF电路为电路为LPF讨论53运算电路与有源滤波器的比较相同之处相同之处电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性区。线性区。均具有均具有“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点，均可用节点电的特点，均可用节点电流法求解电路。流法求解电路。不同之处不同之处运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。量输出电压幅值与输入电压频率的关系。运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。滤波特性。54