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1、差动放大电路差动放大电路1.基本基本差动放大电路差动放大电路ui1ui2uoUCCRB2RCRB1VT1RB2RCRB1VT2uo1uo2电路结构特点：左右两边对称电路结构特点：左右两边对称输入输出形式：双端输入、双端输出输入输出形式：双端输入、双端输出ui第1页/共88页ui1ui2uoUCCRB2RCRB1VT1RB2RCRB1VT2uo1uo21)抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理静态时，静态时，ui1=ui2=0，由于电路对称，由于电路对称温度上升，引起两边电流变化温度上升，引起两边电流变化 零漂被抑制。零漂被抑制。ui第2页/共88页ui1ui2uoUCCRB2RCRB1VT1RB
2、2RCRB1VT2uo1uo22)动态工作原理动态工作原理 差模输入差模输入*差模信号：极性相反，大小相同的信号。差模信号：极性相反，大小相同的信号。*1bi1ci01u2bi2ci02u有放大作用有放大作用*差模电压差模电压 放大倍数：放大倍数：ui第3页/共88页ui1ui2uoUCCRB2RCRB1VT1RB2RCRB1VT2uo1uo2 共模输入共模输入*共模信号：极性相同，大小相同的信号。共模信号：极性相同，大小相同的信号。*1bi1ci01u2bi2ci02u理想化理想化对共模信号的不放大就是对零点漂移的抑制对共模信号的不放大就是对零点漂移的抑制*共模电压共模电压 放大倍数：放大倍
3、数：(由于两侧不完全对称由于两侧不完全对称,uo0，很小，即很小，即AC1)ui第4页/共88页 任意输入任意输入*任意信号：既非差模，又非共模的，大小和任意信号：既非差模，又非共模的，大小和 相位都任意的一对信号。相位都任意的一对信号。放大任意信号中的差值成份放大任意信号中的差值成份*共模抑制比共模抑制比差模电压放大倍数差模电压放大倍数Ad共模电压放大倍数共模电压放大倍数AC2.典型典型差动放大电路差动放大电路 由于电路仍然保持对称，所以该电路对零点由于电路仍然保持对称，所以该电路对零点漂移的抑制和对输入信号的处理过程与基本差动漂移的抑制和对输入信号的处理过程与基本差动放大电路相同。但电路中
4、增加了放大电路相同。但电路中增加了RE、RP、-UEE三三个元件。个元件。第5页/共88页RCRCRB1RB1RPREEEUCCui1ui2uiuoVT1VT2TIC1IC2IEUEUBE1UBE2IB1IB2IC1IC2RE对共模信号有强烈的负反馈作用，进一步抑制零对共模信号有强烈的负反馈作用，进一步抑制零漂。但对差模信号相当于短路毫不影响漂。但对差模信号相当于短路毫不影响Ad，同时，也，同时，也可克服电路不对称引起的零漂。可克服电路不对称引起的零漂。加入射极公共电阻加入射极公共电阻RE（共模反馈电阻）可以克服电（共模反馈电阻）可以克服电路路不完全对称引起的零漂不完全对称引起的零漂。RE的作
5、用：的作用：第6页/共88页RCRCRB1RB1RPREEEUCCui1ui2uiuoVT1VT2负电源负电源UEE(EE)的作的作用是补偿用是补偿RE上的电压降，上的电压降，从而保证两管有合适的从而保证两管有合适的静态工作点。静态工作点。但当但当RE越大时，虽越大时，虽然抑制零漂作用越强，然抑制零漂作用越强，但但UEE也需增大。也需增大。RP为调零电位器，用来改变两边晶体管的工作为调零电位器，用来改变两边晶体管的工作状态，使输出电压为零，一般取值不大。状态，使输出电压为零，一般取值不大。第7页/共88页差动放大电路四种输入输出方式性能比较差动放大电路四种输入输出方式性能比较第8页/共88页
6、利利用用半半导导体体集集成成制制造造技技术术，将将一一个个具具有有高高放放大大倍倍数数，多多级级的的直直接接耦耦合合的的放放大大电电路路，集集中中制制造造在在一一个个半半导导体体硅硅基基片片上上，并并进进行行封封装装，引引出出功功能能引引脚脚所所形形成成的的集集成成电电子子电电路路，简称集成运放。简称集成运放。7.2 集成运算放大器简介集成运算放大器简介 *集成运算放大器集成运算放大器返回返回第9页/共88页集成运算放大器的电路构成简单介绍集成运算放大器的电路构成简单介绍1.集成运放的组成集成运放的组成差动输差动输入级入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路输入输入输出输出抑制零漂，共抑制
7、零漂，共模抑制比高模抑制比高低输出电阻，低输出电阻，多采用射随器多采用射随器放大作用的放大作用的主要单元主要单元提供各级提供各级静态电流静态电流第10页/共88页2.集成运放的管脚图及符号集成运放的管脚图及符号F007管脚图管脚图F741（F007）12348765符号符号A反相输入端反相输入端B同相输入端同相输入端F输出端输出端Auu+uuoABF 信信号号从从反反相相输输入入端端输输入入时时，输出与输入相位相反。输出与输入相位相反。信号从同相输入端输入时，信号从同相输入端输入时，输出与输入相位相同。输出与输入相位相同。第11页/共88页集成运算放大器的主要技术指标集成运算放大器的主要技术指
8、标1.输入失调电压输入失调电压Uio当当无无输输入入信信号号时时，为为使使输输出出的的电电压压值值为为零零，在输入端加入的补偿电压。在输入端加入的补偿电压。其值越小越好其值越小越好（0.55mV）2.输入失调电流输入失调电流Iio输输入入电电压压为为零零时时，流流入入放放大大器器两两个个输输入入端端的静态基极电流之差。的静态基极电流之差。IioIB1IB2其值越小越好其值越小越好（110nA）第12页/共88页3.输入电阻与输出电阻输入电阻与输出电阻输入电阻大，输入电阻大，ri1M，有的可达有的可达100M以上以上；输出电阻小输出电阻小，ro几几几十几十。4.开环差模放大倍数开环差模放大倍数A
9、uo运放在开环时的差模放大倍数运放在开环时的差模放大倍数其值越高越好其值越高越好（104107）5.最大输出电压最大输出电压Uopp输出不失真的最大输出电压值，通常小于近似输出不失真的最大输出电压值，通常小于近似等于集成运放的供电电压。等于集成运放的供电电压。6.共模抑制比共模抑制比KCMR集成运放的开环差模电压放大倍数与开环共模集成运放的开环差模电压放大倍数与开环共模电压放大倍数之比，大于电压放大倍数之比，大于100dB。第13页/共88页实际运放实际运放u+uuoriroAuoUiuiAuo很高，很高，104ri很高，几十很高，几十几百几百kro很低，几十很低，几十几百几百KCMR很高很高
10、理想运放理想运放u+uuoAuoUiuiAuori=ro=0KCMRu+uou-集成运放图形符号集成运放图形符号第14页/共88页集成运算放大器的电压传输特性及其集成运算放大器的电压传输特性及其分析特点分析特点运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性集成运放的输出电压集成运放的输出电压uo与输入电压与输入电压ui(u+u)之间的关系之间的关系uof(ui)称为集成运放的电压传输特称为集成运放的电压传输特性。性。uoui+UOMUOMuoAuoui=Auo(u+u)ui|UiM|，运放饱和，运放饱和，工作在非线性区工作在非线性区线性区线性区引入深度负反馈，引入深度负反馈，可以使运放工作可
11、以使运放工作在线性区。在线性区。O第15页/共88页uoud反馈电路反馈电路开开环环系系统统：不不加加反反馈馈网网络络时时的的电电路路系系统统，此此时时的的放放大大倍倍数叫开环放大倍数。数叫开环放大倍数。uoui+UOMUOM理想运放的电压传输特性理想运放的电压传输特性ui0，|uo|UOM即即u+u时，运放处于时，运放处于非线性区。非线性区。闭环系统：加上反馈网络时闭环系统：加上反馈网络时的电路系统，此时的放大倍的电路系统，此时的放大倍数叫闭环放大倍数。数叫闭环放大倍数。O第16页/共88页运算放大器的分析特点运算放大器的分析特点1.线性区线性区集集成成运运放放两两个个输输入入端端之之间间的
12、的电电压压通通常常非非常常接接近近于于零零，但但不不是是短短路路，故简称为故简称为“虚短虚短”。虚短虚短uoAuo（uu）AuouuuoAuo0uu当当u0（接地）（接地）uu0称此时的反相输入端为称此时的反相输入端为“虚地点虚地点”。反之，。反之，也成立。也成立。u+uuoui第17页/共88页虚虚断断 流流入入集集成成运运放放两两个个输输入入端端的的电电流流通通常常为为零零，但但又又不不是是断断路路故故简简称称为为“虚断虚断”。riII+02.非线性区非线性区在非线性区，虚短概念不成立，但虚断在非线性区，虚短概念不成立，但虚断概念成立。概念成立。u+IuouI+第18页/共88页1.5k例
13、例、利利用用理理想想运运放放组组成成的的二二极极管管检检测测电电路路，求出流过求出流过VD的电流的电流iD及及VD两端的电压两端的电压uD。uoui15V0.67VVDiDiRii解：解：虚地点虚地点第19页/共88页R2uouiifi1R1Rf7.3集成运放在信号运算电路中的应集成运放在信号运算电路中的应用用1.比例运算电路比例运算电路1)反相比例运算电路反相比例运算电路i+0（虚断）（虚断）u+0u+u0（虚地点）（虚地点）i1=u iR1 if=uuo=uoRfii+0i1if即即ui/R1=uo/Rf返回返回第20页/共88页 uo、ui符合比例关系，负号表示输出输入电压符合比例关系，
14、负号表示输出输入电压变化方向相反。变化方向相反。电路中引入深度负反馈，电路中引入深度负反馈，闭环放大倍数闭环放大倍数Auf 与运与运放的放的Au无关，仅与无关，仅与R1、Rf 有关。有关。R2平衡电阻平衡电阻同相端与地的等效电阻同相端与地的等效电阻。其作用是保持输入级电路。其作用是保持输入级电路的对称性，以保持电路的静的对称性，以保持电路的静态平衡。态平衡。R2R1/Rf当当R1Rf时，时，uoui，该电路称为，该电路称为反相器反相器。R2uouiifi1R1Rf第21页/共88页R22)同相比例电路同相比例电路uouiR1Rfi+0（虚断）（虚断）u+uiu+uui（虚短）（虚短）i1=（0
15、u i）R1 if=(uuo)Rf=(u iuo)Rfii+0i1ififi1第22页/共88页当当Rf0或为有限值时，或为有限值时，R1+uouiR2平衡电阻平衡电阻R2R1/RfAuf=1电路成为电路成为电压电压跟随器跟随器。uoui此电路输入电阻大，输此电路输入电阻大，输出电阻小。出电阻小。第23页/共88页例例1、应用运放来测量电阻的电路如图，应用运放来测量电阻的电路如图，U10V，R1=1M，输出端接电压表，被测电阻为输出端接电压表，被测电阻为Rx，试找出，试找出Rx与电压表读数与电压表读数uo之间的关系。之间的关系。RxR1UV解解:此电路为反相比例电路此电路为反相比例电路第24页
16、/共88页例例2、理想化运放组成的电路如图，理想化运放组成的电路如图，试推算输出试推算输出电压电压uo的表达式。的表达式。uouiR1R3R2R4解解:此电路为同相比例电路此电路为同相比例电路判断这个等式判断这个等式、第25页/共88页uouiR1R3R2R4u+解解:此电路为同相比例电路此电路为同相比例电路第26页/共88页RP2.加法运算电路加法运算电路uoui2ifi2R2Rfui3i3R3ui1i1R1第27页/共88页在调节某一路信号的输入电阻的阻值时，在调节某一路信号的输入电阻的阻值时，不影响其它输入电压与输出电压的比例关系，不影响其它输入电压与输出电压的比例关系，调节方便。调节方
17、便。求和电路也可从同相端输入，但同相求和求和电路也可从同相端输入，但同相求和电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电路调节方便。电路调节方便。第28页/共88页3.减法运算电路（差动运算电路）减法运算电路（差动运算电路）uoui2ifi1R1R2Rfui1R3利用叠加原理利用叠加原理同相端输入同相端输入ui1反相端输入反相端输入第29页/共88页当当R1=R2=R3=Rf=R时，时，uo=ui2ui1(减法器）减法器）R2/R3=R1/Rf当当第30页/共88页例例3、用运放组成的直流毫伏表电路如图所示，用运放组成的直流毫伏表电路如图所示，设表的内阻可忽略
18、，试求设表的内阻可忽略，试求Io与与US的关系。的关系。解解:电路实为反相电路实为反相比例电路比例电路UoUSI2I1R1R1mAIoIRUo=USI1=I2(虚断）虚断）Io=II2=Uo/RUS/R1I=Uo/RI1=I2=US/R1=US(1/R+1/R1)第31页/共88页例例4、已知已知RF4R1，求，求uo与与ui1、ui2的关系式。的关系式。A1+ui1A2uoui2R1R2RFuo解解:A1为跟随器；为跟随器；A2为差放。为差放。uo=ui1uo5ui24ui1第32页/共88页30k10k10k例例5、如图，求如图，求uo与与ui1、ui2的关系式。的关系式。A1+ui1A2
19、uoui2uo10k6k解解:A1为反向加法器；为反向加法器；A2为反相比例电路。为反相比例电路。第33页/共88页4.积分运算电路积分运算电路 uouiiCi1RRPCuituotUOMuo正比于正比于ui的积分的积分OO第34页/共88页 延迟延迟 积分电路的应用积分电路的应用uitUuotTU信号延迟时信号延迟时间间T后，电后，电压值达到压值达到U 方波转化为三角波方波转化为三角波 uituotOOOO第35页/共88页例例6、电路如图，已知运放电路如图，已知运放UOM=10V，输入信，输入信号波形如图，号波形如图，R1M，C0.05F，求输出波求输出波形。形。（电容初始能量为零）（电容
20、初始能量为零）uiRRPCuoui/vt/s1ORC=11060.05106s=0.05suo=UOMAX10V=20tt=0.5suo/vt/s100.5解解:O第36页/共88页-1uo/Vt(ms)5+5OOui/Vt(ms)1O2O3O例例7、在积分运算电路中，在积分运算电路中，R50K，C1F，输入输入波形如图，求波形如图，求uO。设设电容的初始电压为零。电容的初始电压为零。当当t010ms时时当当t1020ms时时解：解：第37页/共88页例例8、电路如图所示，已知电路如图所示，已知R1=R2=10k,C=0.1F,集成运放集成运放UOM=18V,求：求：试导出试导出uo与与u1、
21、u2关系关系式；式；已知已知u1、u2波形，试画出波形，试画出uo波形波形。u1R1RCuou2R2 t=10ms t=20msu1/vt/ms10.50.5t/ms10102020u2/vuo/vt/ms1510201012OO第38页/共88页5.微分运算电路微分运算电路 iRuiRRPCiCuouo正比于正比于ui的微分的微分uituotOO第39页/共88页例例1、如图，求如图，求uo。A1：反相比例：反相比例A2：同相比例：同相比例A3：差动输入：差动输入解：解：A1+A3uo100kuo150k80k20kA2+12k50k100k12k11k30k60kuo20.3V0.4V关于
22、推导运算关系的小结关于推导运算关系的小结1.利用基本单元运算电路的基本关系式利用基本单元运算电路的基本关系式第40页/共88页例例2、如图，求如图，求uo1、uo2、uo3的值。的值。A1：反相加法：反相加法A2：同相比例：同相比例A3：差动输入：差动输入4k2k2k3k24kA1+A3uo312kuo12kA2+4k3kuo21V3V1.2V第41页/共88页例例1：求：求iL与与ui的关系式。的关系式。uouiRR1iLRL2.利用虚断、虚短、虚地重新推导利用虚断、虚短、虚地重新推导第42页/共88页R4Ruouii2i1R1R2R3i4i3M例例2、图示电路为图示电路为T形反馈网络的反相
23、比例电路，形反馈网络的反相比例电路，试推算输出输入之间的关系。试推算输出输入之间的关系。u+u0（虚地点）（虚地点）ii+0i1i2=u iR1解解:此电路只在要求放此电路只在要求放大倍数较大、输入电阻大倍数较大、输入电阻较高和避免阻值过高时较高和避免阻值过高时才采用。才采用。第43页/共88页uiuoifiR1R2CfRfR1C1iC1例例3：电路如图求运算关系：电路如图求运算关系比例比例积分积分微分放大器微分放大器即即PID调节器调节器第44页/共88页例例1、理想运放如图，试求证：、理想运放如图，试求证：A1+A3uouo1A2+uo2RRRR/2R/2R1ui1ui2uR1=ui1ui
24、23.即利用基本单元运算电路的基本关系式即利用基本单元运算电路的基本关系式，又利用虚，又利用虚断、虚短、虚地，还要利用分析电路的各种定律及分断、虚短、虚地，还要利用分析电路的各种定律及分析方法。析方法。第45页/共88页例例2：由仪用放大器组成的温度测量电路：由仪用放大器组成的温度测量电路ui=Rt-R2(Rt+R)URt热敏电阻热敏电阻uo=Rt=f(TC)uoR/2R/2+A3RR+A1_+A2RRR1+U=+5VRRRRtui集成化集成化:仪表放大器仪表放大器AD520系列系列第46页/共88页例例3:按下列运算关系画出运算电路，按下列运算关系画出运算电路，给定给定RF=10k。答案不唯
25、一！答案不唯一！请再设计一个不同的电路。请再设计一个不同的电路。_+RFR1RP1ui2_+RFR3RP2R2ui1uo第47页/共88页反馈的基本概念反馈的基本概念正反馈：输入量正反馈：输入量不变，输出量由于不变，输出量由于加反馈而变大。加反馈而变大。负反馈：输入量不变，负反馈：输入量不变，输出量由于加反馈而输出量由于加反馈而变小。变小。1.反馈：反馈：指将放大电路输出量的一部分或全部按一定指将放大电路输出量的一部分或全部按一定方式送回到输入回路来影响整个放大电路的过程。方式送回到输入回路来影响整个放大电路的过程。放大电路放大电路反馈电路反馈电路输出输出信号信号反馈反馈信号信号输入输入信号信
26、号比较比较环节环节净输入净输入信号信号7.4放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈返回返回第48页/共88页2.反馈放大器的一般分析反馈放大器的一般分析开环放大倍数：开环放大倍数：反馈系数：反馈系数：闭环放大倍数闭环放大倍数:放大电路放大电路反馈电路反馈电路第49页/共88页负反馈放大器的一般关系负反馈放大器的一般关系反馈深度反馈深度正反馈正反馈负反馈负反馈第50页/共88页深度负反馈深度负反馈当当A很大时很大时,负反馈放大器的闭环放大负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关，只与反馈网络有关。倍数与晶体管无关，只与反馈网络有关。第51页/共88页反馈类型及其判别反馈类型及其判别电电压压负负反反馈
27、馈 反反馈馈信信号号取取自自输输出出电电压压,反反馈馈信信号号与输出电压成比例与输出电压成比例;电电流流负负反反馈馈 反反馈馈信信号号取取自自输输出出电电流流,反反馈馈信信号号与输出电流成比例与输出电流成比例;串串联联负负反反馈馈 反反馈馈信信号号与与输输入入信信号号以以串串联联的的形形式作用于输入端；式作用于输入端；并并联联负负反反馈馈 反反馈馈信信号号与与输输入入信信号号以以并并联联的的形形式作用于输入端。式作用于输入端。串联串联电流电流负反馈负反馈 电压电压并联并联1.反馈类型反馈类型第52页/共88页2.反馈类型的判别反馈类型的判别反馈类型的判别包括反馈极性反馈类型的判别包括反馈极性、
28、直流反馈或、直流反馈或交流反馈、电压反馈或电流反馈以及串联或并联交流反馈、电压反馈或电流反馈以及串联或并联反馈的分析判定。反馈的分析判定。正反馈或负反馈的判别正反馈或负反馈的判别瞬时极性法瞬时极性法假定输入信号在某一瞬时对地极性为正。假定输入信号在某一瞬时对地极性为正。由各级输入、输出之间的相位关系，分别由各级输入、输出之间的相位关系，分别推出其它有关各点的瞬时极性。推出其它有关各点的瞬时极性。判别反映到电路输入端的作用是加强了输判别反映到电路输入端的作用是加强了输入信号还是削弱了输入信号。若加强则为正入信号还是削弱了输入信号。若加强则为正反馈，削弱则为负反馈。反馈，削弱则为负反馈。第53页/
29、共88页电压反馈与电流反馈的判别电压反馈与电流反馈的判别输出短路法输出短路法令输出电压端口短路，若此时反馈信号仍令输出电压端口短路，若此时反馈信号仍存在（非存在（非0），则电路为电流反馈，反之为电），则电路为电流反馈，反之为电压反馈。压反馈。并联反馈或串联反馈的判别并联反馈或串联反馈的判别净输入信号与负反馈信号是并联关系，且有净输入信号与负反馈信号是并联关系，且有净输入信号与负反馈信号是串联关系，且有净输入信号与负反馈信号是串联关系，且有第54页/共88页R2uouiifi1R1RfR2uouiR1Rfifi1电压并联负反馈电压并联负反馈例：例：电压串联负反馈电压串联负反馈第55页/共88页A
30、1+uiA2uoRRRuoRRF例、判断下图反馈类别。例、判断下图反馈类别。负反馈负反馈若若ui0，uo0，则则uo0电压反馈电压反馈İiİf显然有显然有并联反馈并联反馈交、直流并联交、直流并联电压负反馈电压负反馈第56页/共88页RERLRB+uoUCCRSuSui例、判断下图反馈类别。例、判断下图反馈类别。C1C2CE直流电流串联负反馈直流电流串联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈UCCRE第57页/共88页R2RPR1例：判别串联型晶体管稳压电路的反馈类例：判别串联型晶体管稳压电路的反馈类型型UI=Uo+UCE1UBE1=UB1UE1=UC2Uo采采样样基基准准调调整整比比较较放放大大C
31、R3R4RLVZUZUIUBE1UCE2UBE2UoIoUCE1UoUB2UC2UBE1UoUCE1第58页/共88页负反馈对放大器性能的影响负反馈对放大器性能的影响1.1.放大倍数被降低放大倍数被降低电路加入负反馈，使净输入信号减小，等电路加入负反馈，使净输入信号减小，等于削弱了输入信号，使得放大倍数减小。于削弱了输入信号，使得放大倍数减小。增加放大倍数的稳定性增加放大倍数的稳定性电路加入负反馈，电路加入负反馈，放大倍数被降低的同时，放大倍数被降低的同时，也也使由于温度、负载、元器件等条件变化而使由于温度、负载、元器件等条件变化而引起的放大倍数的变化大大减小，放大倍数引起的放大倍数的变化大大
32、减小，放大倍数的稳定性的稳定性得到提高。得到提高。第59页/共88页扩展通频带扩展通频带|A|fBOBF电路加入负反电路加入负反馈，馈，通频带由通频带由BO加宽到加宽到BF。减小非线性失真减小非线性失真电路加入负反馈，使净输入信号减小，电路加入负反馈，使净输入信号减小，iC减小，改善了非线性失真。减小，改善了非线性失真。、|Af|O第60页/共88页串联负反馈增加输入电阻，并联负反馈减小串联负反馈增加输入电阻，并联负反馈减小输入电阻。输入电阻。电压反馈能稳定输出电压，减小输出电阻；电压反馈能稳定输出电压，减小输出电阻；电流反馈能稳定输出电流，增加输出电阻。电流反馈能稳定输出电流，增加输出电阻。
33、抑制干扰和噪声抑制干扰和噪声放大电路放大电路反馈电路反馈电路加入负反馈的电路，以降低放大加入负反馈的电路，以降低放大倍数为代价，换来了放大器诸多倍数为代价，换来了放大器诸多方面性能的改善。方面性能的改善。第61页/共88页例：下列情况下，应引入何种组态的负反馈例：下列情况下，应引入何种组态的负反馈？(1)使放大电路的输出电阻降低，输入电阻降低。使放大电路的输出电阻降低，输入电阻降低。(2)使放大电路的输入电阻提高，输出电压稳定。使放大电路的输入电阻提高，输出电压稳定。(3)使放大电路吸收信号源的电流小，带负载能使放大电路吸收信号源的电流小，带负载能力强。力强。电压并联负反馈电压并联负反馈电压串
34、联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈第62页/共88页(2)滤波器的分类滤波器的分类:*按所用元件分按所用元件分:有源滤波器有源滤波器(1)滤波器：它是一种选频电路。能使一定频率滤波器：它是一种选频电路。能使一定频率范范围内的信号顺利通过，而在此频率范围以外的信号围内的信号顺利通过，而在此频率范围以外的信号衰减很大，不易通过。衰减很大，不易通过。7.5集成运放在信号处理与产生方面的应用集成运放在信号处理与产生方面的应用1.滤波器概述滤波器概述无源滤波器无源滤波器RC+有源滤波器有源滤波器RR1RFC+-+返回返回第63页/共88页 低通低通高通高通带通带通带阻带阻*按电路功能分按
35、电路功能分:*按阶数分：即传递函数中出现信号频率按阶数分：即传递函数中出现信号频率的几次项，的几次项，称为几阶。有一阶、二阶、称为几阶。有一阶、二阶、高阶。高阶。第64页/共88页RR1RFC+-+2.一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器第65页/共88页第66页/共88页称称0 0为截止角频率为截止角频率|Auf|Auf0|0.707|Auf0|0幅频特性曲线幅频特性曲线O第67页/共88页二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器RR1RFC+-+CR阶数越高，幅频特性曲阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器线越接近理想滤波器|Auf|Auf0|理想低通理想低通一阶低通一阶低通二阶低通二阶低通O
36、第68页/共88页 电压比较器电压比较器1.电压比较器概述电压比较器概述1)电压比较器：电压比较器：它是一种用来比较输入信号它是一种用来比较输入信号ui和参考和参考电压电压UR大小的电路。大小的电路。2)工作状态：工作状态：比较器处于开环或正反馈状态，输入比较器处于开环或正反馈状态，输入与输出之间成非线性关系，因此虚短等深度负反馈与输出之间成非线性关系，因此虚短等深度负反馈概念不再适用。概念不再适用。3)分析方法：分析方法：*门限电压门限电压UT：使：使u+=u的的ui称为门限电压称为门限电压UT，当当ui与UT比较。比较。*使使u+u-时，比较器输出高电平时，比较器输出高电平(无限幅时无限幅
37、时，uo=+Uom）*使使u+u-时，比较器输出低电平时，比较器输出低电平(无限幅时无限幅时，uo=-Uom）第69页/共88页2.过零比较器过零比较器 uiRRPuououi+UOMUOMO若若ui为正弦波为正弦波uituotUOM+UOMuo为方波为方波OO第70页/共88页限幅措施限幅措施 ui0负饱和负饱和uo(UZ+UD)uiRRPuoUZuoui+UZUZOuoui-UZ+0.7VOuoui+UZ0.7VOuiRRPuoUZuiRRPuoUZ第71页/共88页关于画电压传输特性曲线的小结：关于画电压传输特性曲线的小结：1、曲线的跃变点：门限电压曲线的跃变点：门限电压UT 2、曲线的
38、扭拐形状：曲线的扭拐形状：反相输入反相输入(ui)：曲线全部：曲线全部(过零电压比较器过零电压比较器)或大部分或大部分(任意电压比较器任意电压比较器)在在2、4象限。象限。同相输入同相输入(ui)：曲线全部：曲线全部(过零电压比较器过零电压比较器)或大部分或大部分(任意电压比较器任意电压比较器)在在1、3象限。象限。3、曲线的高度：曲线的高度：1)输出无限幅：输出无限幅：uOUOM2)输出双向稳压管限幅：输出双向稳压管限幅：uOUZ或(UZ+0.7V)3)输出单稳压管限幅：输出单稳压管限幅：+UZ、-0.7V或-UZ、+0.7V第72页/共88页uouiOuiUR负饱和负饱和uoUZuoui+
39、UZUZURO3.任意电压比较器任意电压比较器 URuiR1R2uoUZURuiR1R2uoUZ+UZUZUR第73页/共88页集成运放的应用集成运放的应用车灯断线监测电路车灯断线监测电路 +-VT正正常常工工作作时时，车车灯灯全全亮亮，检检测测电电阻阻R中中电电流流大大，R上上电电压压大大。UA电电位位低低，使使UBUA即即uu+，比比较较器器输输出出u0低低电电平平三三极极管管VT截截止，断线报警灯不亮。止，断线报警灯不亮。当当有有一一个个或或几几个个车车灯灯断断线线R中中电电流流小小、电电压压小小。uA使UAUB，u0高高电电平平VT导导通，报警灯亮。通，报警灯亮。返回返回第74页/共8
40、8页例例1：已知：已知：UOM15V，UZ6V，正向导通，正向导通电压电压0.7V，画出，画出uo1uo4的波形。的波形。uiuo11VVSuo1t6.7+6.7ui/Vt5uiuo21VVS过过1反相限幅比较器反相限幅比较器1uo2t6.7+6.7过过1同相限幅比较器同相限幅比较器OOO第75页/共88页uiuo41VVDuiuo31VVSuo3t0.7+6.7ui/Vt51uo4t0.7+15过过1反相限幅比较器反相限幅比较器过过1反相限幅比较器反相限幅比较器OOO第76页/共88页例例2：已知：已知UOM12V，UZ6V，正向导通电压，正向导通电压0.7V，ui=12sint，UR3V，
41、画出电压传输特性，画出电压传输特性曲线和曲线和uo波形。波形。ui3负饱和负饱和VS导通导通，uo=0.7Vuoui+6V0.7V3Vuot0.7+6ui/Vt12OOOuiuoURVS第77页/共88页例例3、电路如图所示，已知运放电路如图所示，已知运放UOM，画出电压，画出电压传输特性传输特性uo=f(ui)曲线。曲线。解：解：uu+0uo-UOMu+0，令令u+u-得得uiR2RPuoR1URuu+2，-12V，u0-0.7V。当当ui1-0.2V时，时，uo1-RF/R12Vu+2，u-2ui20V，u+2u-2，+12V，u06V。第79页/共88页集成运放在汽车中的应用集成运放在汽
42、车中的应用CCS的基本原理的基本原理巡航车速巡航车速指令信号指令信号实际车实际车速信号速信号误差误差信号信号A1A2A3A4CCS ECUCCS ECU执行器执行器节气门节气门控制信号控制信号发动机发动机与与变速器变速器车速传感器车速传感器车速车速实际车速反馈信号实际车速反馈信号第80页/共88页正弦信号发生器正弦信号发生器1自激振荡的条件自激振荡的条件1S2当开关当开关S接在接在“1”端时端时开关开关S换接到换接到“2”端端放大器的输出电压将保持不变放大器的输出电压将保持不变放大器不需外接输入电压信号，而是通放大器不需外接输入电压信号，而是通过合适的正反馈来维持一定的输出电压，就过合适的正反
43、馈来维持一定的输出电压，就可以形成自激振荡。可以形成自激振荡。第81页/共88页要产生自激振荡必须满足两个条件要产生自激振荡必须满足两个条件振幅条件振幅条件相位条件相位条件第82页/共88页起振过程起振过程电路接电路接通电源通电源输入端产生输入端产生微小的电压微小的电压变化量变化量产生正产生正反馈反馈满足相位平衡条满足相位平衡条件的频率的信号件的频率的信号输出信号输出信号被放大被放大电路开电路开始振荡始振荡稳幅稳幅振荡振荡第83页/共88页2RC桥式正弦信号发生器桥式正弦信号发生器 R+RfR1 C RCUo选频选频网络网络放大器放大器第84页/共88页选频网络选频网络R RC CR RC C当当时，时，与与同相且同相且第85页/共88页 R+RfR1 C RCUo选频选频网络网络放大器放大器*正弦信号发生器正弦信号发生器小结：小结：放放大大电电路路+正正反反馈馈电电路路+选频电路选频电路*集成运放：同相比例运算集成运放：同相比例运算*选频网络：选频网络：*稳幅电路：稳幅电路：组成电压串联负反馈组成电压串联负反馈第86页/共88页例：电子琴原理图：例：电子琴原理图：第87页/共88页感谢您的观看。第88页/共88页