m52集成运算放大器应用5

下一页总目录章目录返回上一页5.35.3运算放大器在信号运算方面的运用运算放大器在信号运算方面的运用5.3.15.3.1比比例例运运算算5.3.25.3.2加加法法运运算算5.3.35.3.3减减法法运运算算5.3.45.3.4积积分分运运算算5.3.55.3.5微微分分运运算算下一页总目录章目录返回上一页5.3.15.3.1比例运算比例运算11..反相比例运算反相比例运算1i1Ruui−−=FofRuui−=−（1）电路组成以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地(⊥)。因虚短,所以u–=u+=0，称反相输入端“虚地”—反相输入的重要特点因虚断，i+=i–=0，（2）电压放大倍数i1FouRRu−=ifi1i–i+1FiofRRuuAu−==uoRFuiR2R1++––++∞–Δ所以i1≈if因要求静态时u+、u–对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RFu-u+下一页总目录章目录返回上一页例：电路如下图所示，已知R1=10kΩ，RF=50kΩ。求：1.Auf、R2；2.若R1不变，要求Auf为–10，则RF、R2应为多少？解：1.Auf=–RF⁄R1=–50⁄10=–5R2=R1⁄⁄RF=10×50⁄(10+50)=8.3kΩ2.因Auf=–RF/R1=–RF⁄10=–10故得RF=–Auf×R1=–(–10)×10=100kΩR2=10×100⁄(10+100)=9.1kΩuoRFuiR2R1++––++∞–Δ下一页总目录章目录返回上一页2.2.同相比例运算同相比例运算oF11uRRRu+=−因虚断，所以u+=uii1Fo)1(uRRu+=（1）电路组成（2）电压放大倍数1Fiof1RRuuAu+==uoRFuiR2R1++––++∞–Δ因虚短，所以u–=ui，反相输入端不“虚地”u+u–因要求静态时u+、u−对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RFR下一页总目录章目录返回上一页2.2.同相比例运算同相比例运算电压放大倍数电压放大倍数因因虚短，所以虚短，所以uu––==uuii，，反相输入端不反相输入端不““虚地虚地””1Fiof1RRuuAu+==i1Fo)1(uRRu+=uoRFuiR2R1++––++∞–Δ下一页总目录章目录返回上一页当R1=∞或RF=0时，uo=ui，Auf=1，称电压跟随器。uoRFuiR2R1++––++∞–Δ由运放构成的电压跟随器输入电阻高、输出电阻低，其跟随性能比射极输出器更好。uoui++––++∞–Δ左图是一电压跟随左图是一电压跟随器，电源经两个电阻分压器，电源经两个电阻分压后加在电压跟随器的输入后加在电压跟随器的输入端，当负载端，当负载RRLL变化时，其变化时，其两端电压两端电压uuoo不会随之变化不会随之变化。。uo+–++∞–Δ15kΩRL15kΩ+15V7.5kΩ例：下一页总目录章目录返回上一页负载电流的大小负载电流的大小与负载无关。与负载无关。11LRuii−−==例例22：：负载浮地的电压负载浮地的电压--电流的转换电路电流的转换电路1.1.能测量较小的电压；能测量较小的电压；2.2.输入电阻高，对被输入电阻高，对被测电路影响小。测电路影响小。流过电流表的电流流过电流表的电流1xGRUI=IIGGUUxxRR22RR11++––++++∞∞––ΔΔRRLLuuiiRR22RR11++––++++∞∞––ΔΔiiLLii111iRu−=下一页总目录章目录返回上一页5.3.25.3.2加法运算电路加法运算电路1.1.反相加法运算电路反相加法运算电路因虚短,u–=u+=0Fo2i2i1i1iRuRuRu−=+故得平衡电阻：R2=Ri1//Ri2//RFii2ii1ifFo2i2i1i1iRuuRuuRuu−=−+−−−−ui2uoRFui1Ri2Ri1++∞–ΔR2+–因虚断，i–=0所以ii1+ii2=if)(2i2iF1i1iFouRRuRRu+−=下一页总目录章目录返回上一页2.2.同相加法运算电路同相加法运算电路方法方法1:1:根据叠加原理根据叠加原理uui1i1单独作用单独作用((uui2i2＝＝0)0)时，时，1i2i1i2iuRRRu+=′+同理，ui2单独作用时1Fo)1(+′+=′uRRu?=′+u2i2i1i1i1Fo)1(uRRRRRu++=′′1i2i1i2i1F)1(uRRRRR++=))(1(2i2i1i1i1i2i1i2i1FouRRRuRRRRRu++++=ui2uoRFui1Ri2Ri1++∞–ΔR1+–下一页总目录章目录返回上一页方法2：2i2i1i1i1i2i1i2iuRRRuRRRu+++=+++=uRRu)1(1Fo平衡电阻：平衡电阻：RRi1i1//R//Ri2i2=R=R11//R//RFFu+))(1(2i2i1i1i1i2i1i2i1FouRRRuRRRRRu++++=思考u+=?ui2uoRF也可写出也可写出uu––和和uu++的表达式，利用的表达式，利用uu––==uu++的性质求解。的性质求解。ui1Ri2Ri1++∞–ΔR1+–下一页总目录章目录返回上一页当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，对其它路无影响；对其它路无影响；同相加法运算电路的特点：同相加法运算电路的特点：当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，对其它路有影响；对其它路有影响；))(1(2i2i1i1i1i2i1i2i1FouRRRuRRRRRu++++=反相加法运算电路的特点：反相加法运算电路的特点：ui2uoRFui1Ri2Ri1++∞–ΔR1+–ui2uoRFui1Ri2Ri1++∞–ΔR2+–)(2i2iF1i1iFouRRuRRu+−=下一页总目录章目录返回上一页5.3.35.3.3减法运算电路减法运算电路由虚断可得：2i323uRRRu+=+由虚短可得：+−=uu分析方法分析方法11：：ui2uoRFui1R3R2++∞–ΔR1+–++––如果取R1=R2，R3=RF)(1i2i1FouuRRu−=则：如R1=R2=R3=RF1i2iouuu−=则：R2//R3=R1//RF输出与两个输入信号的差值成正比。常用做测量放大电路))1(1i1F2i3231FouRRuRRRRRu−++=1F11io1iRRRuuu+−+=1R1iuuu+=−下一页总目录章目录返回上一页分析方法分析方法22：利用叠加原理：利用叠加原理减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加。比例运算电路的叠加。++=′′uRRu)1(1Fo2i3231F)1(uRRRRR++=1i1F2i3231F)1(uRRuRRRRR−++=u+1i1FouRRu−=′ooouuu′′+′=ui2uoRFui1R3R2++∞–ΔR1+–++––下一页总目录章目录返回上一页5.3.45.3.4积分运算电路积分运算电路由虚短及虚断性质可得i1=iftuCRuCddF1i=tuCddoF−=tuCRud1iF1o∫−=tuCiCddFF=1i1Rui=if=?ifi1uoCFuiR2R1++––++∞–ΔuC+–当电容当电容CCFF的初始电压的初始电压为为uuCC((tt00))时时，则有，则有()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+−=∫oiF1od10tutuCRuCtt()d1ooiF10tutuCRtt−−=∫下一页总目录章目录返回上一页若输入信号电压为恒定直流量，即若输入信号电压为恒定直流量，即uuii==UUii时时，则，则∫−=tUCRud1iF1ouitOF1iOM0CRUUt±≤≤积分饱和线性积分时间线性积分时间–Uo(sat)uotO+Uo(sat)ui=Ui0ui=––Ui0采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故uo是时间t的一次函数，从而提高了它的线性度。输出电压随时间线性变化UUii––UUiitCRUF1i−=下一页总目录章目录返回上一页5.3.55.3.5微分运算电路微分运算电路Foi1ddRutuC−=tuCRuddi1Fo−=ifi1由虚短及虚断性质可得i1=ifuoC1uiR2RF++––++∞–ΔuitOuotOUUii––UUii下一页总目录章目录返回上一页5.4.15.4.1电压比较器的功能：电压比较器的功能：电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的大小和极性。用途：用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合。运放工作在开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。5.4运放在信号处理方面的应用下一页总目录章目录返回上一页5.4.25.4.2理想运放工作在饱和区的特点：理想运放工作在饱和区的特点：1.1.输出只有两种可能输出只有两种可能++UUoo(sat)(sat)或或––UUoo(sat)(sat)当当uu++uu－－时，时，uuoo=+=+UUoo(sat)(sat)uu++uu－－时，时，uuoo==––UUoo(sat)(sat)不存在不存在““虚短虚短””现象现象2.2.ii++=i=i－－≈≈00仍存在仍存在““虚断虚断””现象现象电压传输特性电压传输特性uou+–u––Uo(sat)+Uo(sat)饱和区O下一页总目录章目录返回上一页电压传输特性––UUoo(sat(sat))++UUoo(sat(sat))运放处于开环状态运放处于开环状态5.4.35.4.3基本电压比较器基本电压比较器阈值电压(门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。uiuoOURURuouiR2++∞–ΔR1+–++––当当uu++uu––时，时，uuoo=+=+UUoo(sat)(sat)uu++uu––时，时，uuoo==––UUoo(sat)(sat)即即uuiiUURR时，时，uuoo=+=+UUoo(sat)(sat)uuiiUURR时，时，uuoo==––UUoo(sat)(sat)可见，在ui=UR处输出电压uo发生跃变。参考电压下一页总目录章目录返回上一页uitOUROuot+Uo(sat)–Uo(sat)t1t25.4.45.4.4单限电压比较器：单限电压比较器：当ui单方向变化时，uo只变化一次。URuouiR2++∞–ΔR1+–++––电压传输特性––UUoo(sat(sat))++UUoo(sat(sat))uiuoOUR下一页总目录章目录返回上一页uiUR，uo=+Uo(sat)uiUR，uo=–Uo(sat)URuouiR2++∞–ΔR1+–++––uiuoURR2++∞–ΔR1+–++––––UUoo(sat(sat))++UUoo(sat(sat))uiuoOUR输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端电压传输特性––UUoo(sat(sat))++UUoo(sat(sat))uiuoOUR下一页总目录章目录返回上一页URuouiR2++∞–ΔR1+–++––uiuoURR2++∞–ΔR1+–++––Ot+Uo(sat)–Uo(sat)uo输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端uitOUROuot+Uo(sat)–Uo(sat)t1t2下一页总目录章目录返回上一页5.4.55.4.5输出带限幅的电压比较器输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为UUZZ，，忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降则则uuiiUURR，，uuoo==UUZZuuiiUURR，，uuoo==––UUZZUZ–UZuo'RDZURuouiR2++∞–ΔR1+–++––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURuuiiUURR时，时，uuoo''=+=+UUoo(sat)(sat)uuiiUURR时，时，uuoo''==––UUoo(sat)(sat)下一页总目