集成运放的应用电路.pptx

1 17.1.1理想运算放大器的技术指标：理想运算放大器的技术指标：开环差模电压增益：开环差模电压增益：差模输入电阻：差模输入电阻：输出电阻：输出电阻：共模抑制比：共模抑制比：3db带宽：带宽：输入失调电压、输入失调电流、输入偏输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流及它们的温漂均为零。置电流及它们的温漂均为零。7.1 理想运算放大器理想运算放大器2 2由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。一、在分析信号运算电路时对运放的处理一、在分析信号运算电路时对运放的处理+-3 37.1.2 运放工作在线性区时的特点运放工作在线性区时的特点1.理想运放的差模输入电压等于零理想运放的差模输入电压等于零)uu(Auoo-+-=即即2.理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零所以两个输入端均没有电流所以两个输入端均没有电流虚短虚短虚断虚断4 47.1.3 运放工作在非线性区时的特点运放工作在非线性区时的特点uiuo+UOPP-UOPP1.理想运放的输出电压理想运放的输出电压Uo只有两种可能只有两种可能当当2.理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零例：若例：若UOPP=12V，Ao=106，则则|ui|12 V时，运放时，运放 处于线性区。处于线性区。Ao越大，运放的线性范围越小，必须在越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之输出与输入之间间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。不再有不再有“虚短虚短”的关系的关系5 5二、分析运放组成的线性电路的出发点二、分析运放组成的线性电路的出发点虚短路虚短路虚断路虚断路放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关，可以分开分析可以分开分析。信号的放大、运算信号的放大、运算有源滤波电路有源滤波电路运放线运放线性应用性应用+-6 67.2.1 比例运算电路比例运算电路作用：作用：将信号按比例放大。将信号按比例放大。类型：类型：同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。与输入电压和反馈系数有关。7.2 基本运算电路基本运算电路7 7为提高精度，一般取为提高精度，一般取为提高精度，一般取为提高精度，一般取1.比例运算电路比例运算电路由由由由第第第第4 4章章章章可可可可知知知知，电电电电路路路路为为为为电电电电压压压压并并并并联联联联负负负负反馈电路。反馈电路。反馈电路。反馈电路。即电路处于深度负反馈条件下，虚短和虚断成立。即电路处于深度负反馈条件下，虚短和虚断成立。即电路处于深度负反馈条件下，虚短和虚断成立。即电路处于深度负反馈条件下，虚短和虚断成立。（1 1）反相比例运算电路反相比例运算电路反相比例运算电路反相比例运算电路利用虚短和虚断得利用虚短和虚断得利用虚短和虚断得利用虚短和虚断得n n 运算放大器输入端无共模信号运算放大器输入端无共模信号运算放大器输入端无共模信号运算放大器输入端无共模信号n n 运算电路输入电阻较小运算电路输入电阻较小运算电路输入电阻较小运算电路输入电阻较小 由由由由于于于于运运运运放放放放的的的的增增增增益益益益一一一一般般般般有有有有 ，所以所以所以所以输出与输入反相输出与输入反相输出与输入反相输出与输入反相平衡电阻，使输入端对地平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。态时输入级的对称性。8 8共模电压共模电压反馈方式反馈方式电压并联负反馈电压并联负反馈输出电阻很小！输出电阻很小！9 9反相比例电路的特点：反相比例电路的特点：1.共模输入电压为共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比，因此对运放的共模抑制比要求低。要求低。2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是是0，因此带负载能力强。，因此带负载能力强。3.由于并联负反馈的作用，输入电阻小，由于并联负反馈的作用，输入电阻小，ri=ui/ii=R1，因此对输入电流有一定的要求。，因此对输入电流有一定的要求。4.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。1010例：求例：求Au=?I1I2I4I3Muo_+R2R1RPuiR4R3利用虚断的概念利用虚断的概念当当R3I1因而因而I4（I2I3）比）比I1大得多大得多该放大电路，在放大倍数该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电较大时，可避免使用大电阻。但阻。但R3的存在，削弱了的存在，削弱了负反馈。负反馈。11112.2.同相比例运算电路同相比例运算电路uN=u_P=ui反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。虚短虚短虚断虚断结构特点：结构特点：负反馈引到反负反馈引到反相输入端，信号从同相端相输入端，信号从同相端输入。输入。1212同相比例电路的特点：同相比例电路的特点：3.因为因为u-=u+=ui，不存在，不存在“虚地虚地”现象，共模输现象，共模输入电压为入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。，因此对运放的共模抑制比要求高。1.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是是0，因此带负载能力强。，因此带负载能力强。2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。由于串联负反馈的作用，输入电阻大。1313此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。器相同，但是电压跟随性能好。电压跟随器电压跟随器结构特点：结构特点：输出电压全输出电压全部引到反相输入端，信部引到反相输入端，信号从同相端输入。号从同相端输入。电压电压跟随器是跟随器是同相比例运算同相比例运算放大器的特例。放大器的特例。14147.2.2 求和运算电路求和运算电路作用：作用：将若干个输入信号之和或之差按比将若干个输入信号之和或之差按比例放大。例放大。类型：类型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。有关。15151.1.反相求和运算反相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。R2RfR1vS2vS1iIvON+-Rp1616uo调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。i12ifi11R12_+RfR11ui2RPui117172.2.同相求和运算同相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。适应不同的需要。-R1RF+ui1uoR21R22ui21818此电路如果以此电路如果以 u+为输入为输入 ，则输出为：，则输出为：注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。响，不能单独调整。流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0（虚开路）虚开路）-R1RF+ui1uoR21R22ui21919左图也是同相求和运算左图也是同相求和运算电路，电路，如何求同相输入如何求同相输入端的电位？端的电位？提示：提示：1.虚开路：流入同相端的虚开路：流入同相端的电流为电流为0。2.节点电位法求节点电位法求u+。-R1RF+ui1R21R22ui2Ruo2020uo解出：解出：7.2.3 7.2.3 减运算电路（差动放大器）减运算电路（差动放大器）_+RfR1R1ui2R2ui12121差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（阻不高（=2R1）,这是由于反相输入造成的。这是由于反相输入造成的。Rf_+R1R1ui2R2ui12222单运放的加减运算电路单运放的加减运算电路实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。uoR2_+R5R1ui2ui1R4ui4ui3R3R62323虚短路虚短路虚开路虚开路虚开路虚开路R2_+R5R1ui2ui1R4ui4ui3R3R62424例：设计一个加减运算电路，例：设计一个加减运算电路，RF=240k，使使uo=10ui1+8ui2-20ui3解解:(1)画电路。画电路。系数为负的信号从系数为负的信号从反相端输入，系数反相端输入，系数为正的信号从同相为正的信号从同相端输入。端输入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui32525(2)求各电阻值。求各电阻值。uo=10ui1+8ui2-20ui3-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui32626优点：元件少，成本低。优点：元件少，成本低。缺点：缺点：要求要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的调整计算不。阻值的调整计算不方便。方便。单运放的加减运算电路单运放的加减运算电路改进：改进：采用双运放电路。采用双运放电路。2727双运放的加减运算电路双运放的加减运算电路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R62828例：例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为变换器要求其输入电压的幅度为0 +5V，现，现有信号变化范围为有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为电路，将其变化范围变为0+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平抬高电路电平抬高电路A/D计算机计算机uiuouo=0.5ui+2.5 V2929uo=0.5ui+2.5 V =0.5(ui+5)V_+10k 20k+5V5k ui20k uo1uo_+20k 20k 10k 3030三运放电路三运放电路uouo2uo1R1R1A3R2R2+A1A2RRRWui1ui2ab+3131虚断：虚断：虚短：虚短：+AARRRWui1ui2ab+3232三运放电路是差三运放电路是差动放大器，放大动放大器，放大倍数可变。倍数可变。由于输入均在同由于输入均在同相端，此电路的相端，此电路的输入电阻高。输入电阻高。R1R1AR2R2+3333例：由三运放放大器组成的温度测量电路。例：由三运放放大器组成的温度测量电路。Rt：热敏电阻：热敏电阻集成化集成化:仪表放大器仪表放大器uoR1R1R2R2+RRRWE=+5VRRRRtuiA1+A1+A13434Rt=f(TC)uoR1R1R2R2+RRRWE=+5VRRRRtuiA1+A1+A135351.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小较小。2.关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。相输入的输入电阻高。3.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。压小。比例运算电路与加减运算电路小结比例运算电路与加减运算电路小结3636uit0tuo0输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。积分运算积分运算应用举例应用举例1 1：7.2.4 积分运算电路积分运算电路i1iFui-+RR2Cuo3737u=u+=0uit0t0uo若输入：若输入：则：则：-=)90sin(coso-=tRCtRCuo微分运算微分运算u i+uoRR2i1iFC7.2.5 微分运算电路微分运算电路3838tui0tuo0U-UomTM积分时限积分时限应用举例应用举例2：如果积分器从某一时刻输入一直流电压，如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。饱和。思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请自己计算。运放实验中请自己验证。自己计算。运放实验中请自己验证。3939其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。授内容。积分电路的主要用途：积分电路的主要用途：1.在电子开关中用于延迟。在电子开关中用于延迟。2.波形变换。例：将方波变为三角波。波形变换。例：将方波变为三角波。3.A/D转换中，将电压量变为时间量。转换中，将电压量变为时间量。4.移相。移相。4040比例、积分、微分运算电路比例、积分、微分运算电路-PID电路电路7.2.6 PID调节电路调节电路4141uiuo +-R2CFi1R1PI调节器ifucRF-+A1比例积分运算电路比例积分运算电路-PI调节器调节器比例微分运算电路比例微分运算电路-PD调节器调节器uiuo +-R2CFi1R1PD调节器ifucR-+A1C4242运算电路运算电路要求要求1.熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。图及放大倍数公式。2.掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。3.会用会用“虚断虚断(ii=0)”和和“虚短虚短(u+=u)”分析给分析给定运算电路的定运算电路的 放大倍数。放大倍数。43431.电电压压比比较较器器将将一一个个模模拟拟量量输输入入电电压压与与一一个个参参考考 电电压压进进行行比比较较，输输出出只只有有两两种种可可能能的的状状态态：高高电平或低电平。电平或低电平。2.比比较较器器中中的的集集成成运运放放一一般般工工作作在在非非线线性性区区；处处于于 开环状态或引入正反馈。开环状态或引入正反馈。3.分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。分类：单限比较器、滞回比较器及窗口比较器。4.比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在 测量、控制、测量、控制、D/A和和A/D转换电路中应用广泛。转换电路中应用广泛。7.3 非正弦波产生电路非正弦波产生电路7.3.1 电压比较器电压比较器4444一、一、电压比较器的传输特性电压比较器的传输特性1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系2.阈值电压阈值电压：UT当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。对应的输入电压。3.电压传输特性的三要素电压传输特性的三要素(1)输出电压的高电平输出电压的高电平UOH和低电平和低电平UOL的数值。的数值。(2)阈值电压的数值阈值电压的数值UT。(3)当当uI变化且经过变化且经过UT时，时，uO跃变的方向。跃变的方向。4545二、理想运放的非线性工作区二、理想运放的非线性工作区+UOMuOuP uN NO-UOM集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性在电压比较器中，集成运放不是工作在开环在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是工作在正反馈。状态，就是工作在正反馈。4646一、单限电压比较器一、单限电压比较器1.过零比较器过零比较器由由于于理理想想运运放放的的开开环环差差模模增益为无穷大，所以增益为无穷大，所以当当 uI 0 时，时，uO=-UOM；过零比较器的过零比较器的传输特性传输特性为：为：uIuO+UOM-UOMOUOM 为集成运放的最大输出电压。为集成运放的最大输出电压。阈值电压阈值电压：当当比比较较器器的的输输出出电电压压由由一一种种状状态态跳跳变变为为另一种状态所对应的输入电压。另一种状态所对应的输入电压。4747利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器(二二)电路图电路图传输特性传输特性uIuO+UOpp -UOppO+UZ-UZ问题：如将输入信号加在问题：如将输入信号加在“+”端，传输特性如何端，传输特性如何？4848问问题题：过过过过零零零零比比比比较较较较器器器器如如如如图图图图所所所所示示示示，输输输输入入入入为为为为正正正正负负负负对对对对称称称称的的的的正正正正弦弦弦弦波波波波时时时时，输出波形是怎样的？输出波形是怎样的？输出波形是怎样的？输出波形是怎样的？传输特性传输特性uIuO+UOpp -UOppO+UZ-UZ将正弦波变为矩形波将正弦波变为矩形波49492.单限比较器单限比较器单单限限比比较较器器有有一一个个门门限限电电平平，当当输输入入电电压压等等于于此此门门限限电电平平时时，输输出出端端的的状状态态立立即发生跳变。即发生跳变。当当输输入入电电压压 uI 变变化化，使使反反相相输输入入端端的的电电位位为为零零时时，输输出出端端的的状态将发生跳变，门限电平为：状态将发生跳变，门限电平为：uIuO+UOM-UOMO+UZ-UZ过过零零比比较较器器是是门门限限电电平平为为零零的单限比较器。的单限比较器。R1R25050存在干扰时单限比较器的存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形波形单单限限比比较较器器的的作作用用：检检测测输输入入的的模模拟拟信信号号是是否否达达到到某一给定电平。某一给定电平。缺点缺点：抗干扰能力差。：抗干扰能力差。解决办法解决办法：采用具有采用具有滞回滞回 传输特性的比较器。传输特性的比较器。5151电压比较器分析方法小结电压比较器分析方法小结（1）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平）由限幅电路确定电压比较器的输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL。（2）写出）写出up和和uN的电位表达式，令的电位表达式，令up=uN，解得输，解得输入电压就是阈值电压入电压就是阈值电压UT。（3）u0在在uI 过过UT时的跃变方向决定于作用于集成时的跃变方向决定于作用于集成运放的哪个输入端。运放的哪个输入端。当当uI从反向输入端输入时，从反向输入端输入时，uIUT,u0=U0L。反之，结论相反。反之，结论相反。5252例例7.3.1在图在图7.3.1所示电路中，所示电路中，UZ=6V，在图，在图8.2.7中所示电中所示电路中，路中，R1=R2=5k，基准电压，基准电压UREF=2V，稳压管的稳定电压，稳压管的稳定电压UZ=5V；它们的输入电压均为图；它们的输入电压均为图7.3.2（a）所示的三角波。试画）所示的三角波。试画出图出图7.3.1所示电路的输出电压所示电路的输出电压u01和图和图7.3.3所示电路的输出电压所示电路的输出电压u02 解解图图7.3.1为过零比较器为过零比较器图图7.3.3为一般单限比较器。为一般单限比较器。图图7.3.2例例7.3.1波形图波形图R1R253532.滞回比较器滞回比较器一、从反相输入端输入的滞回比较器电路一、从反相输入端输入的滞回比较器电路计算阈值电压计算阈值电压UT电压传输特性电压传输特性uo从从+UZ跃变到跃变到-UZ的的 阈值电压为阈值电压为+UTuo从从-UZ跃变到跃变到+UZ的的 阈值电压为阈值电压为-UTuI在在-UT与与+UT之间增加或减小之间增加或减小,uO不发生变化不发生变化5454UREF 为为参参考考电电压压；uI 为为输输入入电电压压；输输出出电电压压 uO 为为+UZ 或或-UZ。当当 uP=uN N 时时，输输出出电电压压的状态发生跳变。的状态发生跳变。比比较较器器有有两两个个不不同同的的门门限限电电平平，故传输特性呈滞回形状。故传输特性呈滞回形状。+UZuIuO-UZOUT-UT+二、加了参考电压的滞回比较器二、加了参考电压的滞回比较器5555若若 uO=UZ，当当 uI 逐逐渐渐减减小小时时，使使 uO 由由 UZ 跳跳变变为为 UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT 回差回差(门限宽度门限宽度)UT：若若 uO=UZ，当当 uI 逐逐渐渐增增大大时时，使使 uO 由由+UZ 跳跳变变为为-UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT+5656例例7.3.2已知输入波形和电压传输特性，分析输出电压的波形。已知输入波形和电压传输特性，分析输出电压的波形。图图7.3.5例例7.3.2波形图波形图 UZ 9V图图7.3.4滞回比较器电路滞回比较器电路uO/Vt0+9-957573.窗口比较器窗口比较器参考电压参考电压 UREF1 UREF2若若 uI 低低于于 UREF2，运运放放 A1 输输出出低低电电平平，A2 输输出出高高电电平平，二二极极管管 VD1 截截止止，VD2导导通通，输输出出电压电压 uO 为高电平；为高电平；若若 uI 高高于于 UREF1，运运放放 A1 输输出出高高电电平平，A2 输输出出低低电电平平，二极管二极管 VD2 截止，截止，VD1 导通，输出电压导通，输出电压 uO 为高电平；为高电平；图图 7.3.6双限比较器双限比较器(a)前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃前面的比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。变一次，因而不能检测出输入电压是否在二个电压之间。5858当当 uI 高高于于 UREF2 而而低低于于 UREF1 时时，运运放放 A1、A2 均均输输出出低低电电平平，二二极极管管 VD1、VD2 均均截止，输出电压截止，输出电压 uO 为低电平；为低电平；上门限电平上门限电平 UTH=UREF1；下门限电平下门限电平 UTL=UREF2。uIuOOUTHUTL综综上上所所述述，双双限限比比较较器器在在输输入入信信号号 uI UREF1 时时，输输出出为为高高电电平平；而而当当 UREF2 uI UREF1 时时，输输出为低电平。出为低电平。图图 7.3.6(b)5959补充：集成电压比较器补充：集成电压比较器一、集成电压比较器的主要特点和分类：一、集成电压比较器的主要特点和分类：1.具有较高的开环差模增益；具有较高的开环差模增益；2.具有较快的响应速度；具有较快的响应速度；3.具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；4.具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。分类：分类：单、双和四电压比较单、双和四电压比较通用型、高速型、低电压型和高精度型通用型、高速型、低电压型和高精度型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型普通、集电极（或漏极）开路输出或互补输出型6060二、集成电压比较器的基本接法二、集成电压比较器的基本接法1.通用型集成电压比较器通用型集成电压比较器AD790引脚图引脚图+12V单单电源供电源供电，逻电，逻辑电源辑电源为为5V。5V双电双电源供电，源供电，逻辑电源逻辑电源为为5V。115V双电双电源供电，源供电，逻辑电源逻辑电源为为5V。61612.集电极开路集成电压比较器集电极开路集成电压比较器LM119金属封装的管脚图金属封装的管脚图反相输入反相输入2同相输入同相输入2电路为双限比较器，电路为双限比较器，能实现线与功能能实现线与功能图图7.3.7由由LM119构成的双限比较器及其构成的双限比较器及其电压传输特性电压传输特性62627.3.2矩形波发生电路矩形波发生电路一、电路组成一、电路组成RC 充放电充放电回路回路滞回滞回比较器比较器图图 7.3.8滞回比较器：集成运放、滞回比较器：集成运放、R1、R2；充放电回路：充放电回路：R、C；（延迟环节、反馈网络）（延迟环节、反馈网络）钳位电路：钳位电路：VDZ、R3。（稳幅环节）（稳幅环节）动画动画avi14-1.avi6363二、工作原理二、工作原理设设 t=0 时，时，uC=0，uO=+UZ则则tOuCOuOtu+u 当当 u =uC=u+时，时，t1t2则则当当 u =uC=u+时，输出又时，输出又一次跳变，一次跳变，uO=+UZ输出跳变，输出跳变，uO=UZ图图 7.3.96464三、振荡周期三、振荡周期电容的充放电规律：电容的充放电规律：对于放电，对于放电，解得：解得：结结论论：改改变变充充放放电电回回路路的的时时间间常常数数及及滞滞回回比比较较器器的的电电阻，即可改变振荡周期。阻，即可改变振荡周期。t1t2tOuCOuOtt3图图 7.3.10振荡频率振荡频率f=1/T6565四、占空比可调的矩形波发生电路四、占空比可调的矩形波发生电路图图 7.3.11a使电容的充、放电时间常数不使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。占空比可调。tOuCuOtOT1T2T充电时间充电时间 T1放电时间放电时间 T2占空比占空比 D图图 7.3.11b66667.3.3三角波发生电路三角波发生电路一、电路组成一、电路组成图图7.3.12采用波形变换的方法得到三角波采用波形变换的方法得到三角波uO1为方波为方波电路分析电路分析uO2为三角波为三角波6767二、工作原理二、工作原理当当 u+=u =0 时时，滞滞回回比比较较器的输出发生跳变。器的输出发生跳变。图图 7.3.13实用电路实用电路左边是同相输入滞回比较器左边是同相输入滞回比较器右边为反向积分运算电路右边为反向积分运算电路图图 7.3.12R3R4传输特性传输特性+UT-UT+UZ-UZuOuI6868二、工作原理二、工作原理OuO1tOuOt当当 u+=u =0 时时，滞滞回回比比较较器的输出发生跳变。器的输出发生跳变。图图 7.3.14图图 7.3.13R3R4设设t=0时，时，uO1=+UZ u0=0 6969三、输出幅度和振荡周期三、输出幅度和振荡周期解得三角波的解得三角波的输出幅度输出幅度当当 u+=u =0 时，时，uO1 跳变为跳变为-UZ，uO 达到最大值达到最大值 Uom。振荡周期振荡周期调节电路中的调节电路中的R1、R2、R3阻值和阻值和C的容量，可改变振荡频率，的容量，可改变振荡频率，调节调节R1、R2的阻值，可改变三角波的幅值。的阻值，可改变三角波的幅值。7070图图 7.3.15a7.3.4 锯齿波发生电路锯齿波发生电路一、电路组成一、电路组成OuO1tOuOtT1T2T二、输出幅度和振荡周期二、输出幅度和振荡周期图图 7.3.15b正向积分时间常数远大于反正向积分时间常数远大于反向积分时间常数或者相反。向积分时间常数或者相反。动画动画avi14-4.avi7171补充：函数发生器补充：函数发生器函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路；集成电路；当调节外部电路参数时，还可获得占空比可调的矩当调节外部电路参数时，还可获得占空比可调的矩形波和锯齿波。形波和锯齿波。一、电路结构一、电路结构（ICL8038）1.二个电流源二个电流源2.二个同相输入二个同相输入单限比较器单限比较器3.RS触发器触发器4.二个缓冲电路二个缓冲电路5.三角波变正弦波电路三角波变正弦波电路7272当当 Q=0，S 断开，断开，C 充电充电(IS1)至至 2/3VCCQ=1当当 Q=1，S 闭合，闭合，C 放电放电(IS2 IS1)至至 1/3VCCQ=0当当 IS2=2IS1，引脚，引脚 9 输出方波，引脚输出方波，引脚 3 输出三角波；输出三角波；当当 IS2 2IS1，引脚引脚 9 输出矩形波，引脚输出矩形波，引脚 3 输出锯齿波。输出锯齿波。二、工作原理二、工作原理Q Qn+1n+1=S+RQ=S+RQn n 7373三、性能特点三、性能特点12345678ICL803814131211109正弦波正弦波失真度调整失真度调整正弦波失正弦波失真度调整真度调整正弦波输出正弦波输出三角波输出三角波输出矩形波输出矩形波输出调频偏置调频偏置电压输入电压输入调频偏置调频偏置电压输出电压输出接电阻接电阻 RA接电阻接电阻 RB接电容接电容 C+VCC VEE(或地或地)8.3.20ICL8038的引脚图的引脚图ICL8038可单电源供电，也可双电源供电。可单电源供电，也可双电源供电。7474四、常用接法四、常用接法7575调占空比和正弦波失真调频率调占空比和正弦波失真RW1RP4 RW2+VCC VEERRAICL8038451310 11128RBRP3CC1692图图7.3.16失真度减小和频率可调电路失真度减小和频率可调电路7676滤波电路的分类滤波电路的分类1.按信号性质分类按信号性质分类3.按电路功能分类按电路功能分类:低通滤波器；高通滤波器；低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器带通滤波器；带阻滤波器2.按所用元件分类按所用元件分类7.4 7.4 有源滤波器有源滤波器模拟滤波器和数字滤波器模拟滤波器和数字滤波器无源滤波器和有源滤波器无源滤波器和有源滤波器4.按阶数分类按阶数分类:一阶，二阶一阶，二阶 高阶高阶7777传递函数：传递函数：幅频特性幅频特性相频特性相频特性滤滤波波器器传递函数的定义传递函数的定义7878低通低通高通高通带通带通带阻带阻四种典型的频率特性四种典型的频率特性7979无源滤波器的缺点无源滤波器的缺点（以一阶滤波器为例）（以一阶滤波器为例）传递函数：传递函数：RCR80801.带负载能力差。带负载能力差。2.无放大作用。无放大作用。3.特性不理想，边沿不陡。特性不理想，边沿不陡。截止频率处：截止频率处：01 0.707o截止频率截止频率此电路的缺点：此电路的缺点：8181将两级一阶低通滤波器串接将两级一阶低通滤波器串接？各级互相影响！各级互相影响！RCRCR8282有源滤波器的优点：有源滤波器的优点：1.不使用电感元件，体积小重量轻。不使用电感元件，体积小重量轻。2.有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。3.除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。8383有源滤波器的缺点：有源滤波器的缺点：1.不宜用于高频。不宜用于高频。2.不宜在高电压、大电流情况下使用。不宜在高电压、大电流情况下使用。3.可靠性较差。可靠性较差。4.使用时需外接直流电源。使用时需外接直流电源。8484一、一阶有源低通滤波器一、一阶有源低通滤波器传递函数中出现传递函数中出现 的一次项，故称为的一次项，故称为一阶滤波器一阶滤波器。RR1RFC+-+8585幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：8686有放大作用有放大作用3.运放输出，带负载能力强。运放输出，带负载能力强。幅频特性与一阶幅频特性与一阶无源低通滤波器无源低通滤波器类似类似电路的特点：电路的特点：2.=o 时时1.=0 时时8787解出：解出：其中：其中：RR1RFC+-+CRP二、二阶有源低通滤波器二、二阶有源低通滤波器传递函数中出现传递函数中出现 的二次项，故称为的二次项，故称为二阶滤波器二阶滤波器。888803dB8989R1=时时：AF=1 =o时：时：RC+-+CRP9090RR1RFC+-+RR1RFC+-+由低阶有源滤波器构成高阶有源滤波器由低阶有源滤波器构成高阶有源滤波器例：例：两个一阶有源滤波器串接构成二阶有源滤波器。两个一阶有源滤波器串接构成二阶有源滤波器。分析分析简单简单9191一阶低通和二阶低通一阶低通和二阶低通幅频特性曲线幅频特性曲线的区别：的区别：-3dBAF理想低通理想低通一阶低通一阶低通二阶低通二阶低通阶数越高，阶数越高，幅频特性曲线幅频特性曲线越接近理想滤波器。越接近理想滤波器。09292如何组成高通滤波器？将低通滤波器中的将低通滤波器中的R、C 对调，低通滤对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。波器就变成了高通滤波器。RCR1RF+-+低通滤波器低通滤波器R1RF+-+高通滤波器高通滤波器R9393三、一阶有源高通滤波器三、一阶有源高通滤波器R1RF+-+高通滤波器高通滤波器R9494幅频特性：幅频特性：0 o9595四、带通滤波电路四、带通滤波电路(BPF)只只允允许许某某一一段段频频带带内内的的信信号号通通过过，将将此此频频带带以以外外的的信信号阻断。号阻断。低通低通高通高通fp1fO低通低通ffp2O高通高通阻阻阻阻fp1fp2fO通通图图 7.4.89696压控电压源二阶带通滤波电路压控电压源二阶带通滤波电路中心频率中心频率通带电压放大倍数通带电压放大倍数图图 7.4.8比例系数比例系数fbw=fp1 fp2=f0/Q通频带通频带9797五、带阻滤波器五、带阻滤波器(BEF)在规定的频带内，信号被在规定的频带内，信号被阻断，在此频带以外的信号能阻断，在此频带以外的信号能顺利通过。顺利通过。低通低通高通高通f2f1fO通阻通通阻通fO低通低通f1f2fO高通高通图图 7.4.99898常用有源带阻滤波电路常用有源带阻滤波电路中心频率中心频率通带电压放大倍数通带电压放大倍数图图 7.4.9常用有源带阻滤波电路常用有源带阻滤波电路9999阻带宽度阻带宽度 BW fp2 fp1 f0/Q7.4.10带阻滤波器的幅频特性带阻滤波器的幅频特性六、全通滤波电路六、全通滤波电路图图7.4.11全通滤波电路全通滤波电路100100集成运放的其他应用：电压源、电流源与电压、集成运放的其他应用：电压源、电流源与电压、电流、电阻的测量电流、电阻的测量电压源的要求：电压源的要求：输出电阻小。输出电阻小。所以，要有电压负反馈。所以，要有电压负反馈。电路组成：电路组成：比例放大器。比例放大器。一、电压源一、电压源_+R2R1RPUoUs反向比例放大器组成的电压源反向比例放大器组成的电压源101101电路特点电路特点:1.输出电压的大小调节方便。输出电压的大小调节方便。2.同相比例放大器组成的电压源的输出同相比例放大器组成的电压源的输出大于输入。大于输入。3.反相比例放大器组成的电压源输出可反相比例放大器组成的电压源输出可以小于输入。以小于输入。4.同相比例放大器的输入电阻大，从信同相比例放大器的输入电阻大，从信号源取得的电流小。号源取得的电流小。102102要求：要求：输出电阻大。所以，要有电流负反馈。输出电阻大。所以，要有电流负反馈。_+R2R1RPUsRFRLFIL负载悬负载悬地！地！二、电流源二、电流源I1I2103103R1R1+AR2R2uoUsRLIL负载接地的电流源负载接地的电流源自己推导自己推导104104指针式万用表的缺点：指针式万用表的缺点：（1）不能测量微小电压和微小电流；）不能测量微小电压和微小电流；（2）万用表的内阻不是）万用表的内阻不是0或或，因此引起误差，因此引起误差；（3）作交流测量时，表盘刻度是非线性的，影）作交流测量时，表盘刻度是非线性的，影响精度。响精度。三、电压、电流与电阻的测量三、电压、电流与电阻的测量105105把表头改装成灵敏度较高、输入电阻较大的电压表。把表头改装成灵敏度较高、输入电阻较大的电压表。_+RFRGF输入电阻大，输入电阻大，相当于电压表相当于电压表的内阻是的内阻是。IG正比于正比于UX若：若：RF=10，表头的满偏表头的满偏电流电流IGmax=100 A，则：满偏电压则：满偏电压 Uxmax=IGmaxRF=1mV1.电压表电压表UxIG虚短路虚短路虚开路虚开路106106此电路的优点：此电路的优点：(1)量程由表头的满偏电流量程由表头的满偏电流 IG 和电阻和电阻 RF 决定。决定。RF选用小电阻，能测量较小的电压