第六章 集成运算放大器的应用？.ppt

第六章 集成运算放大器的应用 6.1基本运算放大电路 6.2集成运算放大器组成的运算电路在实际工程中的应用 2） 微分运算 微分与积分互为逆运算。将图6.1.5中C与R-1位置互换， 便构成微分电路，如图6.1.8（a）所示。微分电路也称微分器。 在图（a）中，由U-=0，I i-=0，有i1=if；又 所以 可见， 输出电压与输入电压对时间的微商成比例，实现了微分运算。式中负号表示输出与输入相位相反。RfC 为微分时间常数，其值越大，微分作用越强；反之，微分作用越弱。 图6.1.8 微分电路是一个高通网络，对高频干扰及高频噪声反映灵敏，会使输出的信噪比下降。此外，电路中R、C 具有滞后移相作用， 与运放本身的滞后移相相叠加，容易产生高频自激，使电路不稳定。因此，实用中常用图6.1.8（b）所示的改进电路。在此图中，R1的作用是限制输入电压突变，C1的作用是增强高频负反馈，从而抑制高频噪声， 提高工作的稳定性。  6.2集成运算放大器组成的运算电路在实际工程中的应用 集成运放不仅可对信号进行运算，还可对信号进行处理， 包括信号的滤波，信号幅度的比较与选择，信号的采样与保持等。 本节对一些常用电路作一讨论。  1. 有源滤波器 滤波器或滤波电路是一种能使部分频率的信号通过，而将其余频率的信号加以抑制或衰减的装置。在信息处理、数据传送和抑制干扰等方面经常使用。 由电阻、 电容、 电感（R、 C、 L）等无源器件组成的滤波器称为无源滤波器，而由R、 C等无源器件再加上集成运放这个有源器件组成的滤波器称为有源滤波器。有源滤波器能够提供一定的信号增益和带负载能力， 这是无源滤波器所不能作到的。  1） 低通滤波器 低通滤波器能够通过低频信号，抑制或衰减高频信号。 基本的一阶有源低通滤波器如图6.2.1所示。其中（a）图是RC网络接到运放同相端，（b）图则接到运放反相端。 其中 图6.2.1 为了改善滤波效果，使输出信号在ff0(f-0=ω-0/2π)时衰减得更快，可将上述滤波电路再加一级RC低通电路， 组成二阶低通滤波电路，如图6.2.2（a）所示。 图中，第一个电容C的一端接到运放的输出端，目的是引入反馈，使高频段幅度衰减更快，更接近理想特性。图6.2.2（b）画出了两种低通滤波器归一化的对数幅频特性曲线。由曲线可以看出，在ff0 时，二阶滤波（线2）可提供-40 dB/10倍频程的衰减，而一阶滤波（线1）的衰减速度为-20dB/10倍频程， 二阶滤波效果要好得多。  图6.2.2 2. 电压比较器 电压比较器的功能是将一个输入电压与另一个输入电压或基准电压进行比较，判断它们之间的相对大小，比较结果由输出状态反映出来。集成运放用作比较器时，工作于开环状态，只要两端输入电压有差别（差动输入），输出端就立即饱和。为了改善输入、输出特性， 常在电路中引入正反馈。电压比较器可分为单限比较器与滞回比较器。  1） 单限比较器 图6.2.3（a）是一个简单的单限比较器电路图。图中， 运放的同相输入端接基准电位（或称参考电位）UR。被比较信号由反相输入端输入。 集成运放处于开环状态。当uiUR时，输出电压为负饱和值-Uom；当uiUR时，输出电压为正饱和值+Uom。其传输特性如图6.2.3（b）所示。可见，只要输入电压在基准电压UR处稍有正负变化，输出电压uo就在负最大值到正最大值处变化。  作为特殊情况，若图6.2.3中UR=0V，即集成运放的同相端接地，则基准电压为0V，这时的比较器称为过零比较器。 当过零比较器的输入信号ui为正弦波时，输出电压uo为正负宽度相同的矩形波，如图6.2.4所示。  图6.2.3 图6.2.4 2） 滞回比较器 它是在过零比较器的基础上， 从输出端引一个电阻分压支路到同相输入端， 形成正反馈。 这样，作为参考电压的同相端电压U+不再是固定的，而是随输出电压uo而变。图6.2.5中V-DZ是一对反向串联的稳压管（称双向稳压管），其在两个方向的稳压值UVDZ相等，都等于一个稳压管的稳压值加上另一个稳压管的导通压降，这样，便把比较器的输出电压钳位于±UVDZ值。当输出电压为正最大值+UVDZ时， 同相输入端的电压设为UT，则有  此间，若保持uiUT，输出则保持+UVDZ不变。 旦uI从小逐渐加大到刚刚大于UT，则输出电压迅速从+UVDZ跃变为-UVDZ。 