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1、 第一部分第一部分 集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性：表示表示“放大器放大器”两个两个输入端输入端uN：反相输入端反相输入端uP：同相输入端同相输入端一个输出端一个输出端：uo为了简化起见，常将接地端省去。为了简化起见，常将接地端省去。Aod：开环差模电压放大倍数：开环差模电压放大倍数Aoduo+uNuPAoduo+uNuP一、符号一、符号二、电压传输特性二、电压传输特性指输出电压和输入电压之间的关系曲线。指输出电压和输入电压之间的关系曲线。线性区线性区(放大区放大区)：uo=Aod(uP uN)非线性区非线性区(饱和区饱和区)：uo=UoM线性区线性区+UoM uP uNuoUo
2、M Ouo=f(ui)=f(uP uN)饱和区饱和区由于由于Aod非常高，因而线性区非常窄非常高，因而线性区非常窄。三、三、理想集成运放理想集成运放二、符号二、符号1 1、条件、条件Aod ，rid ，ro 0，KCMR Auo+uNuP三、电压传输特性三、电压传输特性 uo=f(ui)+UoM uP uNuoUoM O四、理想运放两个工作区域的特点四、理想运放两个工作区域的特点1 1、工作在线性区的分析依据工作在线性区的分析依据(1)Aod ，uo=Aod(uP uN)uo为一有限值为一有限值 uP=uN，称，称“虚短虚短”iP=iN 0，称，称“虚断虚断”Aod越大，运放的线性范围越小，必
3、越大，运放的线性范围越小，必须加须加负反馈负反馈才能使其工作于线性区才能使其工作于线性区。若若uP或或 uN接地，则称接地，则称“虚地虚地”。(2)rid ，两个两个输入端电流输入端电流为零。为零。iNiPAuouPuN+rid uouPuN+ro-Aod(uP uN)2、工作在饱和区的分析依据、工作在饱和区的分析依据(一般工作于开环或正反馈状态一般工作于开环或正反馈状态)+UOM uP uNuoUOM饱和区饱和区 O饱和区饱和区(1)输出只有两种可能：输出只有两种可能：+U UOM OM 或或或或 U UOMOM当当uP uN 时，时，uo=+UOM当当uP uN 时，时，uo=+UoM当当
4、uP uN 时，时，uo=UoM输出只有两种可能：输出只有两种可能：+U UoM oM 或或 U UoMoM2、单限比较器单限比较器UREFuouI+A运放处于运放处于开环状态开环状态当当当当u uI IUUUREFREF时，时，时，时，u uo o=U UOMOMU UREF REF ：参考电压：参考电压：参考电压：参考电压UREFuouI+A电压传输特性：电压传输特性：uo=f(uI)uIuoOUREF +U UOMOM U UOMOM当当当当u uI IUUREFREF时，时，时，时，u uo o=+=+U UOM OM 当当当当u uI I UUREFREF时，时，时，时，u uo o
5、=U UOMOMuIuoOUREF+U UOMOM U UOMOM简单电压比较器简单电压比较器uIuoOUREF +U UOMOM U UOMOM阈值电压：阈值电压：输出电压从一个电平跳变到另一个电输出电压从一个电平跳变到另一个电平所对应的输入电压值，用平所对应的输入电压值，用UT表示。表示。图中：图中：UT=UREFuIuoOUREF+U UOMOM U UOMOM只有一个阈值电压的电路称只有一个阈值电压的电路称单限比较器单限比较器。当当UREF=0时，称为时，称为过零比较器过零比较器。3、一般单限比较器、一般单限比较器UREFuouI+AR2R1当当当当 u uN N=u uP P=0=0
6、时时时时u uo o发生跃变，得发生跃变，得发生跃变，得发生跃变，得阈值电压为阈值电压为阈值电压为阈值电压为当当当当u uI IUUUT T时，时，时，时，u uo o=U UOMOM电压传输特性：电压传输特性：uIuoOUT +U UOMOM U UOMOM电压传输特性的三要素求解法：电压传输特性的三要素求解法：(1)(1)由集成运放最大输出电压决定输出高低电平由集成运放最大输出电压决定输出高低电平由集成运放最大输出电压决定输出高低电平由集成运放最大输出电压决定输出高低电平 U UOHOH和和和和 U UOL OL;(2)(2)写出集成运放两输入端写出集成运放两输入端写出集成运放两输入端写出
7、集成运放两输入端 u uN N和和和和 u uP P 的表达式，令的表达式，令的表达式，令的表达式，令u uN N=u uP P，求出输入电压，求出输入电压，求出输入电压，求出输入电压u uI I，即为阈值电压，即为阈值电压，即为阈值电压，即为阈值电压U UT T；(3)(3)若输入电压若输入电压若输入电压若输入电压u uI I从反相输入端从反相输入端从反相输入端从反相输入端(或通过电阻或通过电阻或通过电阻或通过电阻)输入，输入，输入，输入，则当则当则当则当 u uI I U UT T时，时，时，时，u uO O=U UOL OL；当；当；当；当 u uI I U UT T时，时，时，时，u
8、uO O=U UOH OH；当；当；当；当 u uI I U UT T时，时，时，时，u uO O=U UOL OL。例例1 1：如图所示电路，如图所示电路，集成运放的最大输出电压集成运放的最大输出电压UOM=12V，R1=R2。试求：。试求：(1)电位器调到最大值时电路的电压传输特性；电位器调到最大值时电路的电压传输特性；(2)电位器调到最小值时的阈值电压。电位器调到最小值时的阈值电压。+2VuouI-A+R2R1解：解：(1)当当当当 u uN N=u uP P 时，解得时，解得时，解得时，解得u uI I即即即即(U UT T)为为为为当当当当 u uI I U UT T 时，时，时，时
9、，u uOO=U UOHOH=+12V=+12VuI/VUo/VO4+12+12 1212(2)4、滞回比较器滞回比较器单限电压比较器的缺点：单限电压比较器的缺点：UREFuouI+AR2R1若输入电压若输入电压uI在阈值电压附近波动在阈值电压附近波动tuIO OUTtuOO OUOHUOL抗干扰能力差。抗干扰能力差。为此采用为此采用滞回比较器滞回比较器：当输入电压在一定的当输入电压在一定的范围内变化时，输出范围内变化时，输出电压保持不变。电压保持不变。反相输入滞回比较器反相输入滞回比较器电路引入了电路引入了正反馈正反馈uoUREF+AR1R2uI当当当当 u uN N=u uP P 时，求得
10、阈值电压为时，求得阈值电压为时，求得阈值电压为时，求得阈值电压为当当当当 u uo o=+=+U UOMOM时时时时,当当当当 u uo o=-U UOMOM时时时时,当当当当u uI I U UT2 T2 时，时，时，时，u uN N u uP P，u uo o=-U UOMOM 此时此时此时此时u uP P=U UT2T2uoUREF+AR1R2uI再增大再增大再增大再增大u uI I，u uN N u uP P，u uo o=-U UOMOM保持不变保持不变保持不变保持不变uIuoO UT1UT2+U UOMOM U UOMOM(2)(2)当当当当u uI I再逐渐减小时再逐渐减小时再逐
11、渐减小时再逐渐减小时当当当当u uI I略小于略小于略小于略小于U UT2 T2 时，时，时，时，u uN N -U UT T 时，时，时，时，u uo o=+U UOMOM继续减小继续减小继续减小继续减小u uI I(1)(1)当当当当u uI I从大于从大于从大于从大于-U UT T 逐渐减小时逐渐减小时逐渐减小时逐渐减小时当当当当u uI I-U UT T 时，时，时，时，u uo o=-U UOMOMuIuoOUT-UT(2)(2)当当当当u uI I从小于从小于从小于从小于+U UT T 逐渐增大时逐渐增大时逐渐增大时逐渐增大时当当当当u uI I +U UT T 时，时，时，时，u
12、 uo o=+U UOMOM5、窗口比较器、窗口比较器(P59)uouI+A1URH+A2URLD1D2R1R2DZ当当当当 u uI I U URL RL 时，时，时，时，D D1 1截止，截止，截止，截止，D D2 2导通，导通，导通，导通，u uo o=U UZ Z当当当当 U URL RL u uI I U URH RH 时，时，时，时，D D1 1导通，导通，导通，导通，D D2 2截止，截止，截止，截止，u uo o=U UZ ZuIuoOURLU UZ ZURH又称双限比较器又称双限比较器例例2 2：如图所示电路，如图所示电路，UOM=12V，R1=10k，R2=50k。求下列两
13、种情况下电路的阈值电压。求下列两种情况下电路的阈值电压并画出电压传输特性。并画出电压传输特性。(1)UREF=0V；(2)UREF=6V解：解：(1)uoUREF+AR1R2uI该电路是反相输入滞回该电路是反相输入滞回该电路是反相输入滞回该电路是反相输入滞回比较器。比较器。比较器。比较器。uI/VUo/VO2-2+12121212(2)当当 UREF=6V时时uoUREF+AR1R2uIuI/VUo/VO3 1212+12127第二部分第二部分 有源滤波器有源滤波器一、一、一、一、滤波电路基本知识滤波电路基本知识滤波电路基本知识滤波电路基本知识滤波电路：对信号频率具有滤波电路：对信号频率具有滤
14、波电路：对信号频率具有滤波电路：对信号频率具有选择性选择性选择性选择性的电路。的电路。的电路。的电路。作用：它能选出有用的信号，而抑制无用的信号。作用：它能选出有用的信号，而抑制无用的信号。作用：它能选出有用的信号，而抑制无用的信号。作用：它能选出有用的信号，而抑制无用的信号。无源滤波器无源滤波器无源滤波器无源滤波器有源滤波器有源滤波器有源滤波器有源滤波器按频率范围的不同，滤波器可分为按频率范围的不同，滤波器可分为按频率范围的不同，滤波器可分为按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、低通、高通、低通、高通、低通、高通、带通和带阻等。带通和带阻等。带通和带阻等。带通和带阻等。由电阻、电容等无源
15、元件组成。由电阻、电容等无源元件组成。由电阻、电容等无源元件组成。由电阻、电容等无源元件组成。含有运算放大器的滤波器。含有运算放大器的滤波器。含有运算放大器的滤波器。含有运算放大器的滤波器。有源滤波器的集成运放工作在有源滤波器的集成运放工作在有源滤波器的集成运放工作在有源滤波器的集成运放工作在线性区线性区线性区线性区。四种滤波器理想的幅频特性四种滤波器理想的幅频特性四种滤波器理想的幅频特性四种滤波器理想的幅频特性Of通带通带fp阻带阻带低通滤波器低通滤波器(LPF)Of阻带阻带fp通带通带高通滤波器高通滤波器(HPF)Of阻带阻带fp1通带通带带通滤波器带通滤波器(BPF)阻带阻带fp2Of通
16、带通带fp1阻带阻带带阻滤波器带阻滤波器(BEF)通带通带fp2二、二、二、二、无源滤波器无源滤波器无源滤波器无源滤波器CR+1 1、低通滤波器、低通滤波器、低通滤波器、低通滤波器模与频率的关系模与频率的关系模与频率的关系模与频率的关系令：令：通带截止频率通带截止频率幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性相频特性相频特性相频特性相频特性频率特性频率特性频率特性频率特性幅角与频率的关系幅角与频率的关系幅角与频率的关系幅角与频率的关系低通滤波器的幅频特性：低通滤波器的幅频特性：当当f=0时，时，当当f=fp时，时，当当f 时，时，fpfO10.707当频率大于当频率大于fp时，信号被时，信号被很快衰减。
17、很快衰减。具有具有“低通低通”特性。特性。2 2、高通滤波器、高通滤波器、高通滤波器、高通滤波器CR+其中：其中：当当f=0时，时，当当f=fp时，时，当当f 时，时，高通滤波器的幅频特性：高通滤波器的幅频特性：fpfO10.707无源滤波器的特点：无源滤波器的特点：无源滤波器的特点：无源滤波器的特点：(1)电路的增益小，最大仅为电路的增益小，最大仅为1；(2)带负载能力差。带负载能力差。如：低通滤波器接上负载后如：低通滤波器接上负载后如：低通滤波器接上负载后如：低通滤波器接上负载后CR+RL接上负载后接上负载后接上负载后接上负载后CR+RL其中：其中：通带电压放大倍数通带电压放大倍数通带截止
18、频率通带截止频率可见：通带放大倍数和通带截止频率均随负载可见：通带放大倍数和通带截止频率均随负载变化而变化，即带负载能力差。变化而变化，即带负载能力差。三、有源滤波器三、有源滤波器三、有源滤波器三、有源滤波器1 1、一阶有源低通滤波器、一阶有源低通滤波器、一阶有源低通滤波器、一阶有源低通滤波器uiuoR2uCCRR1+A其中：其中：通带电压放大倍数通带电压放大倍数通带截止频率通带截止频率对数幅频特性：对数幅频特性：当当f=0时，时，当当f=fp时，时，当当f=10fp时，时，对数幅频特性对数幅频特性对数幅频特性对数幅频特性当当f=0时，时，当当f=fp时，时，当当f=10fp时，时，f/fpO
19、-3-200.1110-20dB/倍频倍频为了改善滤波效为了改善滤波效果，常采用果，常采用二阶二阶有源低通滤波器。有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器uiRCuoR2CRR1+A常用的常用的二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器uiRCuoR2CRR1+A2.2.一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器CRuiuoR2R1+A其中：其中：通带电压放大倍数通带电压放大倍数通带截止频率通带截止频率对数幅频特性：对数幅频特性：当当f=fp时，时，当当f=10fp时，时，当当f=0.1fp时，时，对数幅频特性对数幅频特性对数幅频特性对数幅频特性f/fpO-3-200.1110-20dB/倍频倍频为了改善滤波效为了改善滤波效果，常用果，常用二阶有二阶有源高通滤波器。源高通滤波器。CRuoR2R1+ACRui四、四、四、四、带通滤波器带通滤波器带通滤波器带通滤波器LPFHPF带通滤波器的组成带通滤波器的组成Offph1Offpl1Offph1fpluiuoRfC1R1R+AC2R3R2五五五五 带阻滤波器带阻滤波器带阻滤波器带阻滤波器带阻滤波器的组成带阻滤波器的组成LPFHPF求和求和Offpl1Offph1Offph1fpluiuoRfC1R1R+AC3R2R3C2