《电子技术基础》课件5-2.ppt

1、第5章:集成运放的应用 p运算放大器的基本电路 （operational amplifiers）p信号运算电路（operational amplifiers）p RC有源滤波器（RC Active Filters）p电压比较器（Voltage comparators）p非正弦波发生器（relaxation oscillators）下图电路，求输出电压：Uop A1的输出：UO1=UI1(1+R10/R2)R9/(R1+R9)p A2的输出：UO2=UI2p A3的输出：UO=-UO1R8/R7-UI3R8/R6+UI41+R8/(R7/R6)R4/(R5+R4)+UO21+R8/(R7/R6)

2、R5/(R5+R4)R1UoR2R3R4UI1UI2UI3UI4R5R6R7R8A1A2A3R9R105.2 信号运算电路设计一个求和电路，使得：Uo=0.2UI1-10UI2+1.3UI3考虑采用两级运放求和电路，第一级采用反相输入求和电路完成：UO1=-(0.2UI1+1.3UI3)；第二级仍采用反相输入求和电路完成：UO=-(UO1+10UI2)=0.2UI1-10UI2+1.3UI3RF2R2R4UI1UoR1RF1UI2R3UI3R5R6Uo1RF1/R1=0.2，RF1/R2=1.3，RF2/R5=1，RF2/R4=10取：RF1=20k，R1=100k，R2=15.4k取：RF2

3、=100k，R5=100k，R4=10k R3=R1/R2/RF1=8k，R6=R4/R5/RF2=8.3k5.2 信号运算电路右图积分电路中，输入矩形波，运放的最大输出电压为14V，画出以下两种情况的输出电压波形1.R=50k，C=0.5uF2.R=10k，C=0.5uFCR1UoUIRUO=-UI/(RC)*(t-t0)+UO(t0)1.在UI=10V时，UO=-400*(t-t0)+UO(t0)每秒400V 负方向增长；在UI=-10V时，UO=400*(t-t1)+UO(t1)每秒400V 正方向增长2.在UI=10V时，UO=-2000*(t-t0)+UO(t0)在UI=-10V时，

4、UO=2000*(t-t1)+UO(t1)由于运放的最大输出电压为14V，运放将出现饱和，形成梯形波UIUo1Uo2t(ms)tt10V-10V103050-4V+4V-14V+14V717245.2 信号运算电路5.3-1 滤波器概述（filters）p 滤波电路：对信号的频率具有选择性，可使特定频率范围的信号 顺利通过，阻止其它频率的信号通过。在通信、自动测量及控制 等系统中，用于数据传输、抑制干扰等。p 按工作信号的频率范围，滤波器可以分为四大类：理想带通滤波器（BPF）理想带阻滤波器（BEF）通带 阻带阻带 通带阻带 通带 阻带通带 阻带 通带理想低通滤波器（LPF）理想高通滤波器（H

5、PF）|AU|AUMf|AU|AUM|AU|AUM|AU|AUMfff5.3 RC有源滤波器p 滤波器的幅频特性：实际滤波器在通带与阻带之间 存在过渡带 通带：对低通滤波器，从0到fH的频段；过渡带：从fH到|AU|接近0的频段；阻带：|AU|接近0的频段；通带放大倍数：通带中输出电压 与输入电压之比AUM 对低通滤波器即为频率等于0时的输出电压与输入电压之比。通带截止频率：当|AU|=0.707AUM时的频率fH；p 滤波电路的重要特性指标：通带放大倍数（AUM）、通带截止频率（fP）、过渡带的衰减斜率p 目标：通带内|AU|平坦，过渡带衰减斜率大通 带 过渡带 阻带实际低通滤波器幅频特性f

6、|AU|AUM0.707AUMfH5.3-1 滤波器概述（filters）5.3 RC有源滤波器fRCjRCjCjRRUUAIOU21111111ffjALU11其中：RCfL21211|ffALU21lg20|lg20ffALU20lg|AU|AUM0.707AUM20dB/十倍频0.1fL3dBfCRUIUOfL10fL 滤波器的幅频特性（例：一阶RC高通滤波电路）：1|UMA5.3 RC有源滤波器一阶RC低通滤波电路20lg|AU|-20dB/十倍频0.1fH3dBffH10fHCRUIUO AUM0.707AUMHUffjA11其中：RCfH21211|HUffA21lg20|lg20

7、HUffA1|UMA5.3 RC有源滤波器 无源滤波器和有源滤波器p 一阶无源RC低通滤波电路带负载RL1HUMUffjAA其中：CRRfLH)/(21LLUMRRRA20lg|AU|-20dB/十倍频3dBfCRUIUO AUM0.707AUMRLHfHf5.3 RC有源滤波器 无源滤波器和有源滤波器p 一阶无源RC低通滤波电路带负载RLp 无源滤波器电压放大倍数低，带负载能力差，其通带放大倍数和截止频率都受负载影响，不便于多级级连。p 在无源滤波电路和负载之间 加入隔离电路（电压跟随器）即构成了有源滤波器；p 增加通带电压放大倍数和带负载能力；不适宜高频、高压信号。UIUoRCRL5.3

8、RC有源滤波器5.3-2 低通RC有源滤波器（Low Pass Filters）p 一阶RC有源滤波器：p 定性：当 f=0时，AUF=(1+RF/R1)；当 f=时，AUF=0；低通！p 定量：UIUoRCRLRFR1fRCjRRRCjRRUURRUUAFFIFIOUF21)11(1)11()11(HUMUFffjAA1其中：RCfH2111RRAFUM211|HUFffA|AUF|-20dB/十倍频3dBffH AUM0.707AUMp 过渡带衰减缓慢！5.3 RC有源滤波器5.3-2 低通RC有源滤波器（Low Pass Filters）p 二阶RC有源滤波器：p 定性：当 f=0时，A

9、UF=(1+RF/R1)；当 f=时，AUF=0；低通！p 定量：UIUoRCRLRFR1IMMFIOUFUUUURRUUA)11(02031ffjffAAUMUF其中：RCf21011RRAFUM|AUF|-40dB/十倍频3dBffH f0 A AUMUM0.707A0.707AUMUMCp Butterworth&ChebysheU&Bessel filters；p 高阶低通滤波器可由多个低阶低通滤波器级连得到；p 电路设计仿真工具RM分母模为根号2时，fH0.37 f05.3 RC有源滤波器5.3-3 其它RC有源滤波器p 高通RC有源滤波器：（High Pass Filters）p

10、高通滤波电路与低通滤波电路具有对偶性，将电阻、电容互相替换，就可完成高、低通滤波电路的转换。p 一阶高通滤波器：RFRFUIUoRCRLR1CRMUIUoRCRLR111RRAFUMRCfL21p 二阶高通滤波器：11RRAFUMRCfL2137.01过渡带的衰减斜率：20dB/十倍频过渡带的衰减斜率：40dB/十倍频5.3 RC有源滤波器 带通RC有源滤波器：（Band Pass Filters）p 将低通滤波器与高通滤波器级连，就可得到带通滤波器。带阻RC有源滤波器：（Band Elimination Filters）p 将输入信号同输入到低通滤波器和高通滤波器，然后再将 两个输出求和，就可得到带阻滤波器。fHLPFHPFBPFUiUofLfLfHfHfLLPFHPFUi求和电路UoBEFfLfHfHfL5.3 RC有源滤波器习题：P209 5-13P210 5-16 5.3 RC有源滤波器