模拟电子技术 作者 曾瑄 第5章.pptVIP

第5章 集成运算放大器的应用 5.1 集成运算放大器构成的运算电路 5.2 集成运算放大器构成的信号处理电路 运算放大器最早应用于模拟信号的运算，故此得名。本章首先介绍由集成运算放构成的运算电路，包括比例电路、求和电路和积分、微分电路，然后介绍两种常用的模拟信号处理电路：有源滤波器和电压比较器。 5.1 集成运算放大器构成的运算电路 集成运放外加不同的反馈网络，可以实现比例、加法、减法、乘法、除法 、积分、微分、对数、反对数等运算。此时集成运放工作在线性区。 5.1.1比例运算电路 将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。比例运算电路是集成运算放大电路的主要放大形式之一。 1. 反相比例运算电路 反相比例运算电路又叫反相放大器，其电路如图5.1所示。 2. 同相比例运算电路 同相比例运算电路又叫同相放大器。如图5.2所示，R1与Rf引入深度串联电压负反馈，所以运放工作在线性区。 3. 差分比例运算电路 图5.3中,Rf引入强电压负反馈，相对于uI1而言，是并联电压负反馈，相对于uI2而言是串联电压负反馈。 5.1.2求和电路 1. 反相求和电路 反相求和电路如图5.4所示，以3个输入端为例，实际中可根据需要增减输入端的数量。 反相求和电路的优点是，便于调整，可以十分方便地调整某一路的输入电阻，改变该路的比例系数，而不影响其他路的比例系数，因此，反相求和电路用得较为广泛。 2. 同相求和运算 图5.5所示为同相求和运算电路。它是同相输入端有两个输入信号的求和运算电路。与同相比例运算电路相比，这个同相求和电路只是增加了一个输入回路。 5.1.3积分电路和微分电路 1. 积分电路 积分电路的输出电压与输入电压成积分关系，积分电路可以实现积分运算。它在模拟计算机、积分型模数转换以及产生矩阵波、三角波等电路中均有广泛应用。 根据输入电压加到集成运放的反相输入端，有反相积分电路和同相积分电路两种基本形式。 积分电路在实际应用时要注意如下两点。 ① 因为集成运放和积分电容器并非理想器件，会产生积分误差，情况严重时甚至不能正常工作。因此，应选择输入失调电压、失调电流及温漂小的集成运放；选用泄漏电阻大的电容器以及吸附效应小的电容器。 ② 应用积分电路时，动态运用范围也要考虑。集成运放的输出电压和输出电流不允许超过它的额定值UOM和UOM。因而对输入信号的大小或积分时间应有一定的限制。 2. 微分电路 （1） 基本微分电路 微分是积分的逆运算，即输出电压与输入电压成微分关系，用来确定改变着的信号的变化速率。只要将反相积分中的R和C位置互换，就可构成基本的微分电路，如图5.11所示。 （2） 实用微分电路 当输入电压发生跳变时，有可能超过集成运放的最大输出电压，严重时将使微分电路不能正常工作。在R两端并联稳压管，限制输出幅度，加一个小电阻R1和C串联，以限制噪声和突变的输入电压。改进后的微分电路如图5.13所示。 5.2 集成运算放大器构成的信号处理电路 集成运放最早用于模拟电子计算机中，完成对信号的数学运算。随着近代集成运放的发展，使用范围超出运算范围，渗透到电子技术的各个领域，在各种模拟信号和脉冲信号的测量、处理、产生、变换等方面也都获得了广泛的应用。下面介绍其在信号处理方面的应用。 5.2.1有源滤波器 滤波器是一种能使部分频率的信号顺利通过而其他频率的信号受到很大衰减的装置，在信息处理、数据传送和抑制干扰等方面经常使用。早期的滤波电路多由电阻、电容、电感组成，为无源滤波器。由于其低频下工作时所用电感较大且品质因数较低，因而影响滤波效果。 近些年来，产生了由集成运放组成的有源滤波电路，它体积小，选择性好，还可使所处理信号放大。不足之处是集成运放需要电源，且工作电流过大时运放会饱和，在高频下运放的增益会下降，故在高频下运用受限。 1. 低通滤波器 低通滤波器是指低频信号能通过而高频信号不能通过的滤波器。 低通滤波电路如图5.15所示，在图5.15(a)中无源滤波网络RC接至集成运放的同相输入端，在图5.15(b)中RfC接至反相输入端。下面以图5.15(a)为例进行讲解。 一阶滤波电路的缺点是，当ω≥ω0时，幅频特性衰减太慢，以-20dB／10倍频程的速率下降，与理想的幅频特性相比相差甚远，如图5.16所示。为此可在一阶滤波电路的基础上，再增加一级RC，组成二阶滤波电路。它的幅频特性在ω≥ω0时，以-40dB／10倍频程的速率下降，衰减速度快，其幅频特性更接近于理想特性。为进一步改善滤波波形,常将第一级的电容C接到输出端，引入一个反馈。这种电路又称为赛伦-凯电路，实际工作中更为常用。 2. 高通滤波器 高通滤波器是指高频信号能通过而低频信号不能通过的滤波器，将低通滤波器中起滤