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* * 运放的基本问题 第11章 模拟信号调理 由运放组成模拟有源滤波器 仪用放大器 非线性模拟信号的处理 电荷放大器 §10-1 引言 信号调理的功能：电压放大；阻抗变换。 本章主要讨论： Input Transducer Analog Signal Conditioning Data Processing … 运算放大器； 仪用放大器； 隔离放大器； 模拟乘法器等： §10-2 运算放大器 + _ CMRR， 运放的开环传递函数技术参数 运放的技术参数 其中， KVO为开环增益， 为3dB频率点； 为AD的频率点 输入电阻(1013Ω)，输出电阻，上升速率(V/μs) 增益带宽积GBWP=f1* KVO 开环增益， DC偏置电流IB，DC失调电压VOS，放大器的输出电压 低功耗：供电电源±15V、 ± 12V、 ± 5V ，电流10mA 运放的分类 低噪声：用于前级放大。（斩波稳零）; 快速： 25V/μs GBWP75MHz ; 功率运放：10mA， ± 15V(40~150V,30A) 某一型号的运放，可能在多个分类下都能查到，例如PA84 增益带宽积：75MHz；上升速率：200V/ μs ; 峰值输出电压143V;电流40mA 理想运放：差分压控电压源 运放采用FET输入级，Ri可达1012 Ω 若考虑运放非理想 由 可简化为 同相放大器 + _ Vo Vs R1 RF 和 得 可导出，增益带宽积为 ,与运放的增益带宽积相同。 对于多输入反相放大器 其中 当 反相放大器和加法器 + _ Vo Vs1 R1 RF Vs2 R2 第i个输入的增益带宽积 §10-3 使用传统的运放组成模拟有源滤波器 一、概述 作用： 改善信噪比；消除干扰；A/D-C的予滤波； LPF用于非线性电路输出的平滑处理。 分类： dB fn dB fL fH dB fL dB fn dB fn dB High pass Broad band pass Narrow band pass Low pass Band reject or notch All pass 模拟有源滤波器的结构 不同的滤波器结构，可实现同样传递函数。 结构不同的滤波器可分为： 元件最少型； 增益灵敏度低型； 参数变化灵活型。 只讨论较易设计的滤波器结构。假设运放为理想。 二、压控电压源源有源滤波器 + _ Vo Vs RA RF R2 R1 C1 C2 V1 V2 ~ Sallen and Key 二阶LPF （1） 低通低通滤波器 节点V1的节点方程 + _ Vo Vs RA RF R2 R1 C1 C2 V1 V2 ~ (2) (1)代入(2) 闭环放大倍数KV过大，会造成电 路自激震荡（R1=R2 ，C1=C2时， KV3）。 KV =1时 上式分母为一标准的二次形式 中， 当R1=R2时， 自由振荡角频率 阻尼系数 由C1、C2之比调节阻尼系数，由电阻值调节ωn。 + _ Vo Vs RA RF R2 R1 C1 C2 ~ Sallen and Key HPF 设C1=C2， Kn=1 阻尼系数 高通滤波器 + _ Vo Vs R3 R2 R1 C C V1 V2 ~ 带通低通滤波器 自由振荡角频率 谐振点增益 电路的Q值 此电路的AVPK、Q值与C无关，设置好 AVPK、Q值后， 由电容值设置ωn的值。 三、通用阻抗变换器有源滤波器 通用阻抗变换器(Generalized Impedance Converter GIC) I1 Z3 Z2 Z1 IOA V1 V2 ~ + _ + _ V1 V1 V3 Z4 Z5 IOA I2 I3 I4 I5 GIC的对地输入阻抗 由上三个方程可得 等效电感 如果 ，其余为电阻，则Z11为高Q值的感抗 最后得到GIC的驱动点阻抗 如果Z1、Z5均为电容，Z11为频控负电阻元件D 基于GIC得到的感抗、“D”元件，可以设计出低通、高通、 宽带通、窄带通、带阻、全通滤波器。 (频控负电阻) GIC Inductor + _ Vo Vs R C V1 ~ 带通滤波器 GIC D-element + _ Vo Vs R C V1 ~ 使用GIC的二阶带通滤波器 使用GIC频控负电阻的二阶LPF 低通滤波器 GIC D-element V2=Vo Vs R V1 ~ I1 C V5 Z1=Z2=Z4=Z5=R Z2=1/sC 基于GIC的全通滤波器 四、高阶有源滤波器 高阶滤波器可通过二阶 滤波器的级联实现。 Butterworth 滤波器 通带无纹波