第6章 集成运算放大器的应用.ppt

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1、第6章集成运算放大器的应用6.1运算电路6.2有源滤波器6.3电压比较器本章小结第6章集成运算放大器的应用集成运放作为通用性器件，它的应用十分广泛。以集成运为放核心部件，在其外围加上一定形式的外接电路，即可构成各种功能的电路，例如能对信号进行加、减、微分和积分的运算电路，滤波电路、比较电路以及波形产生和变换电路等等。在第5章已经讨论过，集成运放有线性和非线性两个工作区域，因此在分析具体的集成运放应用电路时，首先判断运放工作在线性区还是非线性区，再运用线性区和非线性区的特点分析电路的工作原理。一般而言，判断运放工作状态的最直截的方法是看电路中引入反馈的极性，若为负反馈，则工作在线性区；若为

2、正反馈或者没有引入反馈（开环状态），则运放工作在非线性状态。6.1运算电路集成运算放大器加入负反馈，可以实现比例、加法、减法、积分、微分等数学运算功能，实现这些运算功能的电路统称为运算电路。在运算电路中，运放工作在线性区，在分析各种运算电路时，要注意输入方式，利用“虚短”和“虚断”的特点。6.1.1比例运算电路比例运算电路的输出电压与输入电压成比例关系，即电路可以实现比例运算，它的一般表达式为uO=KuI（6.1）式（6.1）中的K称为比例系数（实际上就是比例电路的电压放大倍数），这个比例系数可以是正值，也可以是负值，决定于输入电压的接法。比例电路是最基本的运算电路，它是其它各种运算电路

3、的基础。本章随后将介绍的各种运算电路，都是在比例电路的基础上，加以扩展或演变以后得到的。根据输入信号接法的不同，比例电路有三种基本形式：反相输入、同相输入以及差分输入比例电路。1.反相比例运算电路图6.1所示为反相比例运算电路，其中输入电压uI通过电阻R1接入运放的反相输入端。RF为反馈电阻，引入了电压并联负反馈。同相输入端电阻R2接地，为保证运放输入级差动放大电路的对称性，要求R2=R1//RF。根据前面的分析，该电路的运放工作在线性区，并具有虚短和虚断的特点。由于虚断，故i+=0，即R2上没有压降，则u+=0。又因虚短，可得上式说明在反相比例运算电路中，集成运放的反相输入端与同相输入

4、端两点的电位不仅相等，而且均等于零，如同该两点接地一样，这种现象称为虚地。虚地是反相比例运算电路的一个重要特点。由于i-=0，则由图可见iI=iF即上式中u-=0，由此可求得反相比例电路输出电压与输入电压的关系为(6.2)则反相比例运算电路的电压放大倍数为式（6.3）中的负号表示输出电压与输入电压反相。若RF=R1，则uO=-uI，输出电压与输入电压大小相等，相位相反。这时，反相比例电路只起反相作用，称为反相器。由于反相输入端虚地，故该电路的输入电阻为Rif=R1可以看出，反相比例电路的输入电阻不高，这是由于电路中接入了电压并联负反馈的缘故。我们已经知道，并联负反馈将降低输入电阻。反相比

5、例运算电路中引入了深度的电压并联负反馈，该电路输出电阻很小，具有很强的带负载能力。例6.1图6.2所示电路为另一种反相比例运算电路，通常称为T形反馈网络反相比例运算电路，试求该电路的电压放大倍数。解：利用虚短和虚断的特点可得i2=i1=uI/R1(6.3)uM=0–i2R2=电路的输出电压为因此，电压放大倍数为上式表明，当R3→∞时，电压放大倍数Auf如式（6.2）所示。T形网络电路的输入电阻Ri=R1。若要求比例系数为-50且Ri=100kΩ，则R1应取100kΩ；如果R2和R4也取100kΩ，那么只要R3取1.02kΩ，即可得到-50的比例系数。因为R3的引入使反馈系数减小，所以为保

6、证足够的反馈深度，应选用开环增益更大的集成运放。2.同相比例运算电路图6.3是同相比例运算电路，运放的反相输入端通过电阻R1接地，同相输入端则通过补偿电阻R2接输入信号，R2=R1//RF。电路通过电阻RF引入了电压串联负反馈，运放工作在线性区。同样根据虚短和虚断的特点可知i+=i-=0故而且u+=u-=uI由以上二式可得(6.4)则同相比例运算电路的电压放大倍数为(6.5)Auf的值总为正，表示输出电压与输入电压同相。另外，该比值总是大于或等于1，不可能小于1。如果同相比例运算电路中的RF=0，此时输出电压的全部反馈到反相输入端，从式（6.4）可得输入电压uI等于输出电压uO，而且相相

7、同，故称这一电路为电压跟随器，如图6.4所示。理想运放的开环差模增益为无穷大，因而电压跟随器具有比射极输出器好得多的跟随特性。集成电压跟随器具有多方面的优良性能。例如型号为AD9620的芯片，电压增益为0.994，输入电阻为0.8MΩ，输出电阻为40Ω，带宽为600MHz，转换速率为2000V/µs。同相比例运算电路引入的是电压串联负反馈，具有较高的输入电阻和很低的输出电阻，这是这种电路的主要优点。例6.2电路如图6.5所示，已知u