第四运算放大器的应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,下一页,返回,上一页,退出,章目录,第四章 运算放大器的应用,4.1,比例运算,4.1.1反相比例运算,1.电路组成,u,o,R,F,u,i,R,2,R,1,+,+,+,+,i,f,i,1,i,i,+,以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地(,),。,2.电压放大倍数,因要求静态时,u,+,、,u,对地电阻相同，,所以,平衡电阻,R,2,=,R,1,/,R,F,3.结论：,(1),A,u,f,为负值，即,u,o,与,u,i,极性相反。,因为,u,i,加在反相输入端。,(2),A,u,f,只与外部电阻,R,1,、R,F,有关，与运放本身参数无关。,(3)|,A,u,f,|可大于 1，也可等于 1 或小于 1。,4.1.2 同相比例运算,1.电路组成,2.电压放大倍数,u,o,R,F,u,i,R,2,R,1,+,+,+,+,u,+,u,3.结论：,(1),A,u,f,为正值，即,u,o,与,u,i,极性相同。,因为,u,i,加在同相输入端。,(2),A,u,f,只与外部电阻 R,1,、R,F,有关，与运放本身,参数无关。,(3)A,u,f,1，不能小于 1。,当,R,1,=,且,R,F,=,0 时，,u,o,=u,i,，,A,u,f,=1，,称电压跟随器。,u,o,u,i,+,+,+,+,凡是将放大电路（或某个系统）输出信号的一部分或全部经某种电路（反馈网络）引回到输入端，称为,反馈,。,4.2 集成运算放大电路中的负反馈,4.2.1 反馈的基本概念,A,无负反馈放大,电路方框图,基本放大电路,反馈电路,F,+,A,带有负反馈放大,电路的方框图,比较环节,输入信号,净输入信号,反馈信号,输出信号,净输入信号,负反馈与正反馈的判别,反馈信号使净输入信号减小，则为负反馈。,反馈信号使净输入信号增大，则为正反馈。,瞬时极性法,是判别正、负反馈的基本方法,设接地参考点的电位为零。某点在某瞬时的电位高于,零电位者，则其瞬时极性为正（用 表示）；,反之为负（用表示）。,+,u,f,+,u,d,差值电压,u,d,=,u,i,u,f,u,f,减小了净输入电压(差值电压),负反馈,u,o,R,F,u,i,R,2,R,1,+,+,+,+,例：,u,o,R,F,u,i,R,2,R,1,+,+,+,+,例：,差值电压,u,d,=,u,i,+,u,f,u,f,增大了净输入电压,正反馈,+,u,f,+,u,d,4.2.2 负反馈的类型,根据反馈电路与基本放大电路在输入、输出,端的联接方式不同，负反馈有以下四种类型。,负反馈的类型有：,A,F,+,反馈量取自输出电压为,电压,反馈，,取自输出电流为,电流,反馈；,反馈量以电流的形式出现，与输入信号进行比较为,并联,反馈；,在输入端,反馈量以电压的形式出现，与输入信号进行比较为,串联,反馈。,电压串联负反馈,；,电压并联负反馈,；,电流串联负反馈,；,电流并联负反馈,。,在输出端,u,i,+,R,1,R,2,u,o,R,F,+,+,+,R,L,u,d,+,u,f,+,设某一瞬时,u,i,为正，则此时,u,o,也为正，同时反馈电压,u,f,也为正。,净输入信号,小于输入信号，即,u,f,的存在使净,输入信号减小,，所以为负,反馈。,反馈电压,取自输出电压，并与之成正比，,故为电压反馈。,u,f,与,u,i,在输入端以电压形式作比较，两者串联，故为串联,反馈。,判别图示电路的反馈类型,1.串联电压负反馈,首先用电位的瞬时极性判别,反馈的正、负。,u,o,R,1,R,2,R,F,+,u,i,+,+,+,R,L,i,i,i,d,i,f,-,设某一瞬时,u,i,为正，则此时,u,o,为负，各电流实际方向如图示。,净输入电流,小于输入电流，即,i,f,的存在使净,输入电流减小,，,所以为负反馈。,反馈电流,取自输出电压，并与之成,正比，故为电压反馈。,i,f,与,i,i,在输入端以电流形式作比较，两者并联，故为并联,反馈。,判别图示电路的反馈类型,2.并联电压负反馈,首先用电位的瞬时极性判别,反馈的正、负。,为负反馈；,反馈电压,与输出电流成比，故为电流馈；,判别图示电路的反馈类型,3.串联电流负反馈,u,f,与,u,i,在输入端以电压形式作比较,两者串联,故为串联反馈。,R,2,u,o,R,+,+,+,R,L,u,d,+,u,f,+,i,o,u,i,+,图中,判别图示电路的反馈类型,4.并联电流负反馈,i,f,R,F,i,R,u,R,R,u,i,+,+,+,R,L,i,o,R,1,i,i,i,d,R,2,-,如何判别电路中反馈类型小结,（1）反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；,从负载电阻靠近“地”端引出的，是电流反馈；,（2）输入信号和反馈信号分别加在两个输入端，,是串联反馈；加在同一输入端的是并联反馈；,（3）反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。,（也可将输出端短路，若反馈量为零，则为电 压反馈；若反馈量不为零，则为电流反馈。）,例 判别图示电路从A,2,输出端引入A,1,输入端的反馈类型。,u,o,u,i,+,+,+,u,o1,u,d,+,+,+,R,L,R,u,f,+,A,1,A,2,解 反馈电路从A,2,的输出端引出，故为电压反馈；,反馈电压,u,f,和,u,i,输入电压分别加在的 同相和反相两,个输入端，故为串联反馈；,设为,u,i,正，则,u,o1,为负，,u,o,为正。,反馈电压,u,f,使净输入电压,u,d,=,u,i,u,f,减小，故为负反馈；,串联电压负反馈,u,o,u,i,+,+,R,u,o1,i,i,+,+,R,L,-,A,1,A,2,i,d,i,f,a,例 判别图示电路从A,2,输出端引入A,1,输入端的反馈类型。,解 反馈电路从,R,L,靠近“地”端引出，为电流反馈；,反馈电流,i,f,和,i,i,输入电流加在A,1,的 同一个输入端，,故为并联反馈；,设为,u,i,正，则,u,o1,为正，,u,o,为负。反馈电流实际方向,如图示，,净输入电流,i,d,=,i,i,i,f,减小，故为负反馈；,并联电流负反馈,1.,降低放大倍数、,提高放大,倍数,的稳定性,4.2.3负反馈对放大电路工作的影响,A,F,+,开环放大倍数,反馈系数,引入负反馈后净输入信号,引入负反馈后闭环放大倍数,对上式求导,u,f,2.改善非线性失真,加入,负反馈,无负反馈,F,u,f,A,u,u,i,u,o,+,u,d,u,o,大,小,略大,略小,略小,略大,u,i,A,u,接近正弦波,3.对放大电路输入电阻和输出电阻的影响,四种负反馈对,r,i,和,r,o,的影响,r,i,r,o,减低,增高,增高,增高,增高,减低,减低,减低,串联电压,串联电流,并联电压,并联电流,思考题：为了分别实现：,（a）稳定输出电压；（b）稳定输出电流；,（c）提高输入电阻；（d）降低输出电阻。,应引入哪种类型的负反馈？,直流负反馈可稳定Q点,4.3 加法运算和积分运算电路,一、反相加法运算电路,平衡电阻：,R,2,=R,i1,/R,i2,/R,F,i,i2,i,i1,i,f,u,o,u,i2,R,F,u,i1,R,i2,R,i1,+,+,R,2,+,二、积分运算,用电容代替反相比例运算电路中的,R,F,，就成为积分运算电路。,i,f,R,1,R,2,u,o,R,F,i,i,u,i,+,+,+,+,i,f,u,C,+,C,F,由于反相输入，,故,上式表明输出电压正比于输入电压的积分，式中,的负号表示两者反相。,R,1,C,F,称为积分时间常数。,u,o,R,1,R,2,C,F,u,i,+,+,u,C,+,+,+,i,f,i,i,当,u,i,为阶跃电压时，则,多级电路的连接举例p64例4-3 P72习题4-11,4.5 有源滤波器,有源滤波器：,含有运算放大器的滤波器。,优点：,体积小、效率高、频率特性好。,4.5.1 功能和分类,按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等。,4.5.2 有源低通滤波器,u,i,u,o,R,F,u,C,C,R,+,+,R,1,+,+,+,4.5.3 有源高通滤波器,u,i,u,o,R,F,C,R,+,+,R,1,+,+,电压传输特性,U,o,(sat),+,U,o,(sat),运放处于开环状态,4.6.1.基本电压比较器,u,i,u,o,O,U,R,U,R,u,o,u,i,R,2,+,+,R,1,+,+,+,当,u,+,u,时，,u,o,=+,U,o,(sat),u,+,u,时，,u,o,=,U,o,(sat),即,u,i,U,R,时，,u,o,=,U,o,(sat),可见，在,u,i,=,U,R,处输出电压,u,o,发生跃变。,参考电压,4.6 电压比较器,u,i,U,R,，,u,o,=+U,o,(sat),u,i,U,R,，,u,o,=U,o,(sat),U,R,u,o,u,i,R,2,+,+,R,1,+,+,+,u,i,u,o,U,R,R,2,+,+,R,1,+,+,+,U,o,(sat),+,U,o,(sat),u,i,u,o,O,U,R,输入信号接在反相端,输入信号接在同相端,电压传输特性,U,o,(sat),+,U,o,(sat),u,i,u,o,O,U,R,4.6.2 过零电压比较器,利用电压比较器,将正弦波变为方波,u,o,u,i,R,2,+,+,R,1,+,+,电压传输特性,U,o,(sat),+,U,o,(sat),u,i,u,o,O,t,u,i,O,t,u,o,+,U,o,(sat),U,o,(sat),O,4.6.3 输出带限幅的电压比较器,设稳压管的稳定电压为,U,Z,，,忽略稳压管的正向导通压降,则,u,i,U,R,，,u,o,=,U,Z,U,Z,U,Z,电压传输特性,U,o,(sat),+,U,o,(sat),u,i,u,o,O,U,R,u,i,U,R,时，,u,o,=,U,o,(sat),u,o,R,D,Z,U,R,u,o,u,i,R,2,+,+,R,1,+,+,+,