电路第11章 集成算放大器及其应用
第11章 集成运算放大器及其应用
上式表明,差动放大电路的差模电压放大倍数和 单管放大电路的电压放大倍数相同。多用一个放大管 后,虽然电压放大倍数没有增加,但是换来了对零漂 的抑制。这正是差动放大电路的优点。
差动放大电路对共模输入信号的放大倍数叫做共 模电压放大倍数,用Auc表示,可以推出,当输入共 模信号时,Auc为
Au c u o u C1 u C 2 0 0 ui c ui1 ui1
由于集成运放的电压放大倍数Ao d和输入电阻Ri d 都非常大(理想情况下,两者约等于∞),于是可以 推得 u u
i i 0
注意:“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线 性区时的两个重要特点。这两个特点常常作为今后分 析运放应用电路的出发点,因此必须牢固掌握。
(2)集成运放工作在非线性区的特性 如果运放的工作信号超出了线性放大范围,则输 出电压与输入电压不再满足式(11-1),即uo不再随 差模输入电压(u+ - u -)线性增长,uo将达到饱和。 此时集成运放的输出电压uo只有两种取值:或等于运 放的正向最大输出电压+UOM,或等于其负向最大输 出电压-UOM,具体为 当u + >u - 时,uo = +UOM 当u + <u - 时,uo = -UOM 另外,因为集成运放的输入电阻Ri d很大,故在 非线性区仍满足输入电流等于零,即式(11-3)对非 线性工作区仍然成立。
有时,为了简化起见,常常不把恒流源式差动放 大电路中恒流管T3的具体电路画出,而采用一个简化 的恒流源符号来表示,如图11-7所示。
二、输出级——功率放大电路 集成运放的输出级是向负载提供一定的功率,属 于功率放大,一般采用互补对称的功率放大电路。 1. 功率放大电路的特点 (1)因为信号的幅度放大在前置电路中已经完成, 所以功率放大电路对电压放大倍数并无要求。由于射 极输出器的输出电流较大,能使负载获得较大输出功 率,并且它的输出电阻小,带负载能力强,因此通常 采用射极输出器作为基本的功率放大电路。不过单个 的射极输出器对信号正负半周的跟随能力不同,在实 用的功率放大电路中大多采用双管的互补对称电路形 式。
集成运算放大器的应用有哪些
集成运算放大器的应用有哪些集成运算放大器(Operational Amplifier,简称OP-AMP) 是现代电子技术中常用的一种集成电路,广泛应用于信号放大、积分、微分、比较、滤波、波形变换、逻辑运算等电路中。
本文将介绍一些集成运算放大器的应用。
一、信号放大集成运算放大器广泛应用于信号放大电路中,其直接或变压器耦合输入方式具有低输入电阻、高输入阻抗、低噪声、高增益和宽带等特性。
在应用中,可通过精心设计放大器电路,控制反馈,实现高增益稳定运行。
二、积分电路积分电路是信号处理电路中的基本电路,它能将信号输入与时间积分,输出的是输入信号积分后的值。
集成运算放大器常用于积分电路的设计,其放大电压信号,然后通过电容对信号进行积分。
例如,在三角形波发生器电路中,可通过电容积分得到正弦波信号,而集成运算放大器的内部电路通常包含差分放大器,可将输入信号转化为电压差,用于驱动电容,完成积分计算。
三、微分电路微分电路是在信号处理中广泛应用的一种电路,它能够将信号对时间的微分操作,其输出电压是输入信号微分后的值。
集成运算放大器也常用于微分电路的设计中,可通过对输入信号进行微分计算得到输出信号。
例如,在测量热电偶温度时,可将温度信号输入到集成运算放大器中,通过差分放大器将信号转化为电压差,然后用电阻对信号进行微分计算,输出即为最终温度值。
四、比较电路比较电路是一种将两个信号进行比较然后输出比较结果的电路,它广泛应用于数字电路、自动控制、计算机硬件等领域。
集成运算放大器常用于比较电路中,它的输出能够根据电压的大小关系取两个输入信号中的一个。
例如,电压比较器是一种常见的电路,它采用集成运算放大器作为比较电路的核心元件,用于比较两个不同电压的大小关系,以便输出相应的状态。
五、滤波器滤波器是一种通过对输入信号进行滤波操作,抑制或增强特定频率信号的电路。
集成运算放大器广泛应用于滤波电路的设计中,其内部电路包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等类型。
集成运算放大器及其应用【精选文档】
第5章集成运算放大器及其应用在半导体制造工艺的基础上,把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上,构成具有特定功能的电子电路,称为集成电路。
集成电路具有体积小,重量轻,引出线和焊接点少,寿命长,可靠性高,性能好等优点,同时成本低,便于大规模生产,因此其发展速度极为惊人。
目前集成电路的应用几乎遍及所有产业的各种产品中.在军事设备、工业设备、通信设备、计算机和家用电器等中都采用了集成电路.集成电路按其功能来分,有数字集成电路和模拟集成电路。
模拟集成电路种类繁多,有运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模/数和数/模转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。
在模拟集成电路中,集成运算放大器(简称集成运放)是应用极为广泛的一种,也是其他各类模拟集成电路应用的基础,因此这里首先给予介绍。
5。
1 集成电路与运算放大器简介5.1.1 集成运算放大器概述集成运放是模拟集成电路中应用最为广泛的一种,它实际上是一种高增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大器。
之所以被称为运算放大器,是因为该器件最初主要用于模拟计算机中实现数值运算的缘故。
实际上,目前集成运放的应用早已远远超出了模拟运算的范围,但仍沿用了运算放大器(简称运放)的名称。
集成运放的发展十分迅速。
通用型产品经历了四代更替,各项技术指标不断改进.同时,发展了适应特殊需要的各种专用型集成运放.第一代集成运放以μA709(我国的FC3)为代表,特点是采用了微电流的恒流源、共模负反馈等电路,它的性能指标比一般的分立元件要提高。
主要缺点是内部缺乏过电流保护,输出短路容易损坏。
第二代集成运放以二十世纪六十年代的μA741型高增益运放为代表,它的特点是普遍采用了有源负载,因而在不增加放大级的情况下可获得很高的开环增益。
电路中还有过流保护措施。
但是输入失调参数和共模抑制比指标不理想。
第三代集成运放代以二十世纪七十年代的AD508为代表,其特点使输入级采用了“超β管”,且工作电流很低.从而使输入失调电流和温漂等项参数值大大下降。
集成运算放大器应用介绍
控制电路
集成运算放大器可以 用于控制电路,实现
1 对电压、电流、频率
等参数的调节和控制。
集成运算放大器可
4
以用于实现开关控
制,实现对电路的
开关控制。
集成运算放大器可以
应用于自动调速、自
动调压、自动调温等
2
控制系统中,实现对
系统的精确控制。
3
集成运算放大器可
以用于实现PID控制,
实现对系统的稳定
控制。
03
信号发生器:用 于产生各种波形 的信号,如正弦 波、方波、三角 波等,以实现信 号的测试和仿真
04
信号处理:用于 实现信号的放大、 滤波、调制、解 调等处理,以满 足各种信号处理 的需求
4
集成运算放大 器的发展趋势
更高性能
01
更高精度: 提高运算 放大器的 精度,降 低误差
02
更高速度: 提高运算放 大器的响应 速度,满足 高速信号处 理需求
04
消费电子:用于 音频处理、图像
处理等
05
汽车电子:用于 汽车电子控制单
元(ECU)等
06
航空航天:用于 导航、控制等
07
物联网:用于传 感器网络、智能
设备等
08
绿色能源:用于 太阳能、风能等 可再生能源的转
换和控制
谢谢
03
更低功耗: 降低运算放 大器的功耗, 提高能源效 率
04
更小体积: 减小运算放 大器的体积, 满足便携式 设备的需求
05
更多功能: 集成更多功 能,如信号 处理、数据 转换等,提 高集成度
更低功耗
01 随着技术的进步,集成运算 放大器的功耗越来越低,提 高了设备的能源效率。
集成运算放大器
量精度的影响
在集成电路的输入与输出接入不同的反馈网络,可实现不同用途的电路,例如利用集成运算放大器可
4 非常方便的完成信号放大、信号运算(加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等)、信号的处理
(滤波、调制)以及波形的产生和变换
集成运算放大器
01.
集成运算放大器的种类非常多,可适用于不同的场合.运算放大器在电路中发挥重要的 作用,其应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域,并将在支持未来技术方面 扮演重要角色
02.
在运算放大器的实际应用中,设计工程师经常遇到诸如选型、供电 电路设计、偏置电路设计、PCB设计等方面的问题
-TLeabharlann ANKS载的电源为可变电压电源,R1负载的电流也是保持固定不变,达到恒流的效果
2 1.9 热电阻测量电路
电路是典型的热电阻 / 电偶的测量电路,其测量思路为:将 1-10mA 的恒流源加于负载,将会在负载
3
上产生一定的电压,将该电压进行有源滤波处理,处理后在进行信号的调整(信号放大或衰减),最后 将信号送入 ADC 接口。该电路应用时,要注意在输入端施加保护,可以并 TVS,但要注意节电容对测
1.6 滤波器
集成运算放大器
由集成运放可以组成一阶滤波器和二阶滤波器,其中一阶滤波器有20dB每倍频的幅频特 性,而二阶滤波器有40dB每倍频的幅频 特性。为了阻挡由于虚地引起的直流电平,在运放的输入端 串入了输入电容Cin,为了不影响电路的幅频特性,要求这个电容是 C1的100倍以上,如果滤波器还 具有放大作用,则这个电容应是C1的1000倍以上,同时,滤波器的输出都包含了Vcc/2的直流偏 置,如果电路是最后一级,那么就必须串入输出电容
1.3 数字信号处理
集成运算放大器及其应用
相当于两输入端之间短路
u + O
3 “虚地”的概念
当同相输入端接地时,
u i 由“虚断路”原则 i = 0 , 有 +=0
u u 由“虚短路”原则
+
–=0
u R1
i
R2
结论:反相输入端为 “虚地”。
注意
R1
在右图所示电路中,
相因输为入存端在负不反是馈“信虚号地, 同”!u
R
2
i
R 第3章 3 3
io
uo RL
u u f
R1 RF RL
第3章 3 4
RF
u u f
=
——R1–
R1+ RF
o
R1
u 虚短路
i R2
uo
u+
故有:
=u – uo =
1+
RRF1 u+
=
1+
u RF
R1
i
同相跟随器
RF
第3章 3 4
uo= ui
ui R
uo
若接入电阻R、RF,运算关系不变
3. 差动比例运算电路
第3章 3 4
利用叠加原理进行分析
RF
u u u ′O = - RRF1 i1
第3章 3 4
uo
3.4.3 减法运算电路 1. 差动比例运算电路
第3章 3 4
RF
u 差动比例运算
R1
i2
是减法运算电
u 路的一种形式
i1
R2
uo
R3
u u u o = 1+ RR1F R2R+3R3
i2 -
RF R1
积分微分运算电路
U OH 正向饱合区
所以: (1) 差模输入电压约等于 0
O 负向饱合区
uid
即 u+= u– ,称“虚短”
U OL
图11-6 a)
(2) 输入电流约等于 0 即 i+= i– 0 ,称“虚
断”
注意: Audo越大,运放的线性范围越小,必需加
负反馈才能使其工作在线性区。
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11
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3.按导电类型分类:集成电路可分为双极型和单极型 及兼容型三种。双极型的制作工艺复杂,功耗较大, 例TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极型的制 作工艺简单,功耗也较低,易于制成大规模集成电路, 例CMOS、NMOS、PMOS等类型。
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3
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11.1.2 集成运算放大器概述
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11.1.2 集成运算放大器
集成运放的主要应用: ⑴ 信号运算电路:主要有比例、加、减、积分、微 分、对数、指数等功能。
⑵ 信号处理电路:有源滤波器、电压比较器、采样— 保持电路、精密整流电路等。
⑶ 波形产生电路:产生正弦波、方波、锯齿波等波形 的电路。
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5
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11.1.1集成电路的概念
集成电路:(integrated circuit)是采用半导体制作 工艺(氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等),把整个电路 中的晶体管、电阻、电容、导线等集中制作在一小块半 导体(硅)基片上,组成一个完整的不可分割的电子电 路整体。它具有元件密度高、体积小、重量轻、成本低 等诸多优点,而且实现了元件电路和系统的结合,使外 部引线数目大大减少,极大地提高了电路的可靠性和稳 定性。常用字母“IC”表示。
集成运算放大器应用
01
人工智能和机器学习
随着人工智能和机器学习技术的发展,集成运算放大器有望在这些领域
发挥更大的作用。例如,用于数据采集和处理、信号处理和模式识别等
应用。
02
物联网和智能传感器
随着物联网和智能传感器技术的发展,集成运算放大器在智能传感器和
物联网节点中的应用将更加广泛。例如,用于环境监测、智能家居和工
业自动化等领域。
详细描述
集成运算放大器作为核心器件,在信号运算处理中发挥着关键作用。通过配置适当的反馈网络,集成 运算放大器可以实现加法、减法、积分、微分等运算功能,广泛应用于信号调理、控制系统等领域。
有源滤波器
总结词
集成运算放大器可用于构建有源滤波器,对信号进行频率选 择和噪声抑制。
详细描述
有源滤波器是一种能够实现特定频率范围通过或抑制的电路 ,利用集成运算放大器的高开环增益和低噪声特性,可以构 建多种有源滤波器,如低通、高通、带通、带阻滤波器等, 广泛应用于信号提取、噪声抑制等领域。
总结词
集成运算放大器可以实现电流-电压转换和 电压-电流转换,将不同类型的信号进行相 互转换。
详细描述
集成运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻 抗的特点,可以利用其输入和输出特性实现 电流-电压转换和电压-电流转换。在传感器 信号采集、电子测量等领域,这种转换功能 非常有用,可以将不同类型的信号进行相互 转换,便于后续处理或传输。
降低功耗
随着便携式电子设备的需求增加,集成运算放大器的功耗也受到了越来越多的关注。因此,低功耗设计成为了集成运 算放大器的一个重要发展趋势。
集成化和小型化
随着集成电路技术的发展,集成运算放大器也正朝着集成化和小型化的方向发展。这使得它们在便携式 设备、穿戴设备和物联网等领域的应用更加方便。
集成运算放大器及应用—集成运算放大器(电子技术课件)
(a)新国标符号
(b)以往用过的符号
图3.1.2 集成运放的符号
4.集成运放实物 (1)封装形式、引脚排列
金属壳封装
双列直插式 塑料封装
图3.1.3 集成运放封装与引脚图
图3.1.4 LM324引脚图
(2)运算放大器外形图
图3.1.5 集成运放实物图
三、理想集成运放的主要参数 1.理想集成运放
4.共模抑制比 KCMR 反映了集成运放对共模信号的抑制能力。
5.输入失调电压、电流 U IO 0 I IO 0 它是指集成运放输出电压为零时,两个输入端所加补偿电压的大小、两个输
入端的静态电流之差均为零。 6.上限截止频率 f H
反映集成运放的频率特性。
集成运放的线性应用(一)
3.2.1 集成运放的线性应用(一)
差模信号是指 ui1 = – ui2,即两个输入信号大小相同,极性相反。 共模信号是指 ui1 = ui2 ,即两个输入信号大小相同,极性相同。
2.输入电阻 rid
它是指集成运放在开环状态下,输入差模信号时两输入端之间的动态电阻, 反映差模输入时,集成运放向信号源索取电流的大小。
3.输出电阻 ro 0
二、集成运放的组成及符号 1.集成运放的组成框图
uid +
输入级
中间电压 放大级
输出级 uo
偏置电路
图3.1.1 集成运放的组成框图
2.各组成部分的特点
采用差分放大电路。要求输入电阻 高,输入端耐压高,抑制温度漂移 能力强,静态电流小。
采用共发射极放大 电路。要求有足够 的放大能力。
采用互补对称输出电 路。要求输出电压范 围宽,输出电阻小, 非线性失真小。
一、线性区的集成运放
集成运算放大器的原理与应用讲解
集成运算放大器的原理与应用讲解1. 什么是集成运算放大器(Op Amp)?•集成运算放大器(Op Amp)是一种高增益、直流耦合、差分放大器,常被用于放大、滤波和电压比较等电路应用。
•Op Amp是一种集成电路芯片,通常包含多个晶体管、电阻和电容等被精确布局在一个芯片上。
2. 集成运算放大器的原理•Op Amp的核心是差动放大器,由两个输入端(非反馈端和反馈端)和一个输出端组成。
•在差动放大器中,非反馈端的输入信号被放大器放大,然后通过反馈回到非反馈端,从而形成放大器的反馈机制。
•Op Amp的增益由开环增益和反馈网络的配置决定。
3. 集成运算放大器的主要特性•增益:Op Amp具有非常高的开环增益,通常在105到108之间。
•输入阻抗:Op Amp的输入阻抗非常大,通常在106到1012欧姆之间。
•输出阻抗:Op Amp的输出阻抗非常小,通常在几十欧姆以下。
•带宽:Op Amp的带宽是指在给定增益下能够传输信号的频率范围。
4. 集成运算放大器的应用4.1 可逆放大器•可逆放大器是Op Amp最常见的应用之一,采用负反馈的方式将输出信号的一部分反馈到输入端。
•可逆放大器可以用于放大和滤波等电路,常用的配置包括反向放大器、比例放大器和积分器等。
4.2 比较器•Op Amp可以作为比较器使用,将输入信号与一个参考电压进行比较,输出高电平或低电平。
•比较器广泛应用于电压比较、电压检测和信号切换等电路。
4.3 运算放大器•运算放大器是一种特殊的Op Amp应用,采用负反馈的方式实现各种算术运算。
•常见的运算放大器电路包括加法器、减法器、乘法器和除法器等。
4.4 滤波器•Op Amp可以用于构建各种类型的滤波器,如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
•滤波器可以用于信号调整、降噪和频谱分析等应用。
5. 集成运算放大器的选择与设计•在选择和设计集成运算放大器时,需要考虑参数如增益、输入阻抗、输出阻抗、带宽和供电电压等。
第十一章集成运算放大器及其应用-精选.ppt
uo
入端的电流通常为零, 但又不是断路故简称为 “虚断”。
∵ ri≈∞ I-≈I+ ≈0
2. 非线性区
在非线性区,虚短概念不成立,但虚断 概念成立。
例:利用理想运放组成的二极管检测电路, 求出流过D的电流 iD 及D两端的电压uD。
D iD
ui 1.5KΩ
15V
iR
虚地点
i -- +∞
i+
+
uo -0.67V
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习题 题解
哈,very good!
习题 题解
R2
R1
ui
R3
u+
- +∞
+
R4
解: 此电路为同相比例电路
uo u o 1 R 2
u
R1
u
R4 R3 R4
ui
uo(1R R12)(R3R 4R4)ui
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加法运算电路
ii0
if i1i2i3 uu0
i1 u i1 R1
i2 ui2 R2
实际运放
u- u+
ui
ri ro
AOUi
理想运放
u- u+
ui
AOUi
AO很高,> 104 ri很高,几十~几百KΩ uo rO很低,几十~几百Ω KCMR 很高
AO=∞ ri=∞ uo rO=0 KCMR=∞
五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点
运算放大器的电压传输特性
集成运放的输出电压uO与输入电压ui (u+-u-)
F007管脚图
符号
8765
F 741
(F 0 07)
1234
u- u+
A B
电路中的集成运算放大器有哪些常见应用
电路中的集成运算放大器有哪些常见应用集成运算放大器(Operational Amplifier,简称OP-AMP)是一种高增益、差分输入的电子放大器,广泛应用于各种电路中。
其特点是具有高输入阻抗、低输出阻抗、高增益和宽带宽等特性,使其在电子电路中具有广泛的应用场景。
本文将介绍集成运算放大器的常见应用。
一、比较器应用集成运算放大器常用作比较器,将两个输入信号进行比较,并输出高电平或低电平信号。
比较器广泛应用于模拟量与数字量的转换电路、触发器电路和开关电路等。
由于集成运算放大器的开环增益极高,可以将其作为一个高增益的比较器来使用。
二、信号放大器应用集成运算放大器可以作为信号放大器,常常用于放大小信号。
在电子测量仪器、音频设备和放大器电路中,集成运算放大器可以将微弱的输入信号放大到足够的幅度,以便后续电路进行处理。
同时,由于集成运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点,可以有效地保持信号的稳定性和减小干扰。
三、滤波器应用集成运算放大器被广泛应用于滤波器电路中,用于实现不同类型的滤波功能。
通过合理设计电路参数,可以实现低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波等不同的滤波效果。
这些滤波器常见于音频设备、无线通信电路和精确测量仪器等领域,用于滤除噪声、增强特定频率信号或去除干扰。
四、运算器应用集成运算放大器还可作为数学运算器,用于实现信号的数学运算。
比如,加法器、减法器和乘法器等。
在模拟计算系统、自动控制系统以及信号处理系统中,集成运算放大器可以实现各种数学运算,对输入信号进行处理和合成。
五、积分器和微分器应用集成运算放大器可以通过不同的电路连接方式构成积分器和微分器,用于实现信号的积分和微分运算。
积分器常用于测量仪器、自动控制系统和滤波器中,实现对信号的积分操作,从而得到积分结果。
微分器则在信号处理和自动控制系统中广泛使用,用于实现对信号的微分运算,反映信号变化率。
六、振荡器应用集成运算放大器还可作为振荡器的关键组件,用于产生稳定的振荡信号。
集成运算放大器及其应用
i i i i 净输入电流 d= i – f < i ,为负反馈。
if RF
ii
+
R
if
R
RF
i0
R2 +
id
+
R1
io
+-
RL
iR R
并联电流负反馈
反馈旳鉴别
1.正反馈和负反馈
2. 电压反馈和电流反馈(在输出回路中鉴别) 3. 串联反馈和并联反馈 (在输入回路中鉴别)
ui
R1
+∞
uO
+
-
R2
RF
R3
(a)
(b)
RF
ui
R1
-∞
R
+
uO
ui
R1
-∞
+
+
uO
+
R2
(c)
(d)
Uo1
A1
R2
R1
A2
Uo
Ui
R3
R5
R4
R3
R1
R1
N2
R2
R2 N1
uI1
-∞
A1 + +
uO1 uI2
-∞
A2 + +
uO
C1 U i
V CC
Rc1
Rc2 C2
VT2
VT1
Au
uo ui
1
RF R1
同相跟随器 RF
uo= ui
ui R
uo
若接入电阻R、RF,运算关系不变
加法运算电路
1. 反相加法运算电路
R11 ui1
i11
ui2
集成运算放大电路及应用
集成运算放大电路在实际工程中的应用学生:张邦明杨杭陈李逐云指导教师:陈永强摘要:集成运算放大器是模拟电子技术中应用最广泛的集成电路之一,它的应用主要分为:线性运用,非线性运用。
在线性运用方面,有比例运算电路、加法和减法运算电路,还有已经超出运算范畴的有源滤波和精密整流电路;在非线性运算方面,重点分析电压比较器,电压比较器是模拟电路和数字电路的接口,广泛运用于自动控制和测量系统中,用来实现越线报警、模数转换、以及矩形波、锯齿波等各种非正弦信号的产生及变换等。
关键字:运算放大电路;工程应用;电压比较器;滤波器;测量放大器1 测量放大器在自动控制和非电量测量系统中,常用各种传感器将非电量(如:温度、应变、压力等)的变化转化为电压信号,然后再输入系统.由于这些非电量的变化经常是比较缓慢的,所以导致产生的电信号的变化量常常很小(一般只有几毫伏到几十毫伏)这就需要将电信号放大。
图1 测量放大器电量原理图该测量放大器总的电压放大倍数为:Av = -R6/R4*(1+2*R2/R1)在测量放大电路中,R4、R5、R6、R7四个电阻必须采用高精密的电阻,并且要精确匹配,否则不仅给放大器的增益带来误差,而且将降低整个电路的共模抑制比。
2滤波器滤波器的作用是允许信号中的一部分频率的信号通过,而将其他频率信号加以减弱,使其不能通过,按其工作频率的不同,滤波器可分为:低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器,带阻滤波器,在电子电路中广泛应用有源滤波器。
2.1有源低通滤波器(1) 一阶有源低通滤波器如果在RC低通电路的输出端接入一个由集成电路构成的同相比例运算电路,就构成了一阶有源低通滤波器。
图2 一阶有源低通滤波电路图图3 一阶有源低通阶通滤波器幅频特性(2) 二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器是在一阶滤波器的基础上再加一级RC低通滤波电路。
图4 二阶有源低通滤波电路图图5 二阶有源低通滤波器幅频特性2.2,有源高通滤波器只要将低通滤波器中的滤波电阻R和滤波电容C互换位置,即可得到高通滤波电路。
电工电子技术课程课件集成运算放大器及其应用
0
u u -U o(sat) 非线性区
理想集成运算放大器
线性区: uo=Auo(u+ - u-)
两ri输d→入∞端,的故输 入电流为零。
分 析 依 据
Auo→∞ ,uo为有限值 故 u+-u-=uo/Auo≈0 即 u+ ≈ u-
当有信号输入时, 如同相端接地, 即u+=0 则u- ≈ 0
虚断 虚短
Rf R1
ui
Auf
uo ui
Rf R1
Rf R1
uo ui
比例运算
i i 0 u u
if Rf
反馈方式——电压并联负反馈
i1 R1 ui
R2
uf
共模电压为零
u u 0 2
输出电阻很小!
输入电阻—— ri=R1
uo
为保证一定的输入电阻,
当放大倍数大时,需增大
i i 0 u u
if Rf
1. 反相端输入;
ui
i1 R1 R2
uf
i1 i f u u 0
2. Rf —引到反相输入端;
3. R2 —平衡电阻,R2=R1∥Rf
uo
i1
ui u R1
ui R1
if
u uo Rf
uo Rf
uo
3. 最大差模输入电压Uidmax
Uidmax是指集成运放的反向输入端和同向输入端之间所能承 受的最大电压。
集成运算放大器的主要参数
4. 最大共模输入电压Uicmax
Uicmax是指集成运放所能承受的最大共模输入电压,超过这 个值,集成运放的共模抑制比将明显下降,甚至造成器件损坏。
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电路分析基础
第11章 集成运算放大器及其应用
11.2 集成运放的基本运算电路
集成运放工作在线性区时,可进行比例、加减、乘 除、积分、微分、对数和反对数等运算,本书只介绍前 几种运算。
1.反相比例运算电路
if R F
R1 i1 u i
∞
u
i
R2
uo
由KCL得
i1 if i
由于输入端虚断,即 i 0
R2
ui 2
R3
RF
∞
uo
应用叠加原理分析减法运算电路:
当u i1 单独作用时,电路变为反相 比例运算电路,如图a
所示,有
uo
RF R1
ui1
当u i 2 单独作用时,电路变为同相 比例运算电路,如图b
所示,有
u
R3 R2 R3
ui2
返回
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第11章 集成运算放大器及其应用
则 uo uCC 1iC dtR 1C uidt
返回
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第11章 集成运算放大器及其应用
7. 微分运算电路
由于输入端虚断和虚地,则有
uC ui , iC iR
iCCddutC
Cdui dt
ui
则有
∞
uo
则有
u
R1 R1 RF
uo
由于输入端虚短,即
u
ui
R1 R1 RF
uo
u u
所以
uo
(1
RF R1
)ui
Auf
uo ui
(1RF) R1
可知,电压放大倍数 Auf 1
返回
电路分析基础 3.电压跟随器
当 R1 , RF 0
第11章 集成运算放大器及其应用
(5)共模抑制比 KCMR 是指集成运放的差模信号放大 放大倍数和共模信号放大倍数之比,即
K CMR
Aud AuC
KCMR 大,说明集成运放的抗干扰能力强。
实际使用集成运放时,要根据具体要求选择合适的型号。
常用的集成运放有μ7 A 、 4 L 1 3 M 、 2L 4 3 M 、 5 T 8 0L 8 等。4
在非线性区时,输出电压 u o与输入电压 u之d 间是不是
线性关系,即
uo UOM
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第11章 集成运算放大器及其应用
2. 主要技术参数
(1)开环电压放大倍数Auo 是指集成运放的输出端与 输入端之间没 有外接元件时,在输入端加入小电压信 号时所测出的电压放大倍数。Auo 104 ~107 (2)最大输出电压U OM 是指集成运放在输出电压不失真
uouo uo 1R R F 1 R 2R 3R 3ui2R R F 1ui1
当 R1 R2 , R3 RF 时,
uo
RF R1
ui2 ui1
返回
电路分析基础
RF
i1
R1
∞
ui1
R2
uo
u
i
2
R3
第11章 集成运算放大器及其应用
返回
电路分析基础
第11章 集成运算放大器及其应用
(2)输入端虚断
理想运放的输入电流为
i
i
ud rid
由于ri
=
d
所以有
反馈网络
i
ud
rid
uO
i
i i 0
可以认为流入反相端和同相端的电流为零,两输入端 可视为断路。
实际上,rid 反相端和同相端的电流是趋于零的,
则有 i1 if
i1ui R 1u ,
if
uuo RF
返回
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第11章 集成运算放大器及其应用
1.反相比例运算电路
由KCL得
if R F
i1 if i
R1 i1 u i
∞
u
i
R2
由于输入端虚断,即 i 0
则有 i1 if
uo
i1uiR 1u ,
A
u
uo
UCC
UCC
集成运算放大器因早期多用于各种数学运算而得此
名。目前,集成运放在工程上得到了广泛的应用,例如
可进行信号的运算、信号的处理和信号的产生等等。
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第11章 集成运算放大器及其应用
11.1.1 集成运放的工作特性及主 要技术参数
1. 电压传输特性
集成运放有两个输入端,“+”号表示的端子称为同相输
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RF
第11章 集成运算放大器及其应用
RF
RF
i1
R1
∞
ui1
R2
uo
ui2
R3
R1
ui1
R2
R3
∞
uo
R1
R2
ui 2
R3
∞
uo
当u
i1 单独作用时,
uo
RF R1
ui1
当u i 2 单独作用时, uo 1R R F 1 u 1R R F 1 R 2R 3R 3ui2
第二级为反相比例运算电路
u o1
(1
R F1 R1
)
u
i
(1 5 0 ) 0 .4 V 10
2 .4 V
uoR R F 42uo11 50 02.4V12V
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第11章 集成运算放大器及其应用
4.加法运算电路
u i1 ii1
R1 1
ui2 ii2
R12
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第11章 集成运算放大器及其应用
11.1 集成运算放大器的工作特 性及分析方法
集成运算放大器(简称集成运放)是14脚或8脚的
集成芯片,其外形和电路符号如图11.1a、b所示。8脚
的芯片集成了一个运算放大器,14脚的芯片集成了二个
或四个运算放大器。
UCC
UCC
u u
A uo
u
6脚:输出端
1脚、5脚:外接调零端
8脚:空脚
u
在电路符号图中一般
u
不画出直流电源端。
U CC
87
2
uo
3
6
15 4
U CC
A
uo
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第11章 集成运算放大器及其应用
11.1.2 集成运放工作在线性区的分 析方法
若仅研究集成运放对输入信号的放大问题,不
考虑其他因素对电路的影响,可以将集成运放用线性
R1
R2
1kΩ
2.2kΩ
A
R5 20kΩ
R6
20kΩ
B
R3
R4
R7
1kΩ
100 kΩ
R8 100 kΩ
12V
∞
R9
10kΩ
A1
uo1
C
R10 2kΩ
12V
∞ A2
R 11
R12
R13
200 Ω 510Ω 510Ω
uo2 T
KT1 KT2
D1
D2
绿灯 红灯
KT
R 14 电热丝
~ 220V
KT3
12V
uO
过无源网络将集成运放的输出端
和反相输入端连接起来,电路如图所示。
所谓负反馈就是指将集成运放输出端信号的一部分 或全部分通过无源网络送回到输入端,使集成运放的输 入量减小。
理想集成运放工作在线性区时,由理想集成运放的
条件可得出以下三个重要分析规则:
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第11章 集成运算放大器及其应用
uo
RF R1
ui2 ui1
当 R1 RF 时,
uo ui2 ui1
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第11章 集成运算放大器及其应用
6. 积分运算电路
由KCL得
iC C
R iR i
∞
ui
R
uo
iR iC i
由于输入端虚断和虚地,则有
iC
iR
ui CduC R dt
uC uo
RF
i1
R1
∞
ui1
R2
uo
u
i
2
R3
R1
ui1
R2
R3
RF
∞
uo
R1
R2
ui 2
R3
RF
∞
uo
当u
i1 单独作用时,
uo
RF R1
ui1
当u i 2 单独作用时,电路变为同相 比例运算电路,如图b
所示,有
u
R3 R2 R3
ui2
则
uo 1R R F 1 u 1R R F 1 R 2R 3R 3ui2
if
uuo RF
由于输入端虚短和虚地,即 u u 0,则有
i1
ui R1
,
if
uo RF
所以
ui uo R1 RF
uo