1、第第5 5章章 教学基本要求教学基本要求要知道要知道1.有源滤波器类型和用途；有源滤波器类型和用途；2.一阶低通滤波器的几种基本电路形式；一阶低通滤波器的几种基本电路形式；3.测量放大器的基本结构、特点和用途；测量放大器的基本结构、特点和用途；4.高精度半波整流特点高精度半波整流特点;5.集成隔离放大器用途集成隔离放大器用途;6.集成运放使用常识和单电源使用方法集成运放使用常识和单电源使用方法.会判断一阶低通滤波电路的截止频率和阻容值；一阶低通滤波电路的截止频率和阻容值；测量放大器输出电压。测量放大器输出电压。会选用有源滤波电路类型、集成运放运算电路有源滤波电路类型、集成运放运算电路中电阻值。
2、中电阻值。集成运放在信号处理方面的应用5.1.1 基本概念5.1.2 一阶低通滤波电路5.1有源滤波电路(Active Filters)5.1.3 一阶高通滤波电路5.1.4 带通、带阻滤波电路5.1.1 基本概念滤波器 有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。1.分类按处理方法分硬件滤波软件滤波按所处理信号分模拟滤波器数字滤波器按构成器件分无源滤波器有源滤波器按频率特性分低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器按传递函数分一阶滤波器二阶滤波器 :n 阶滤波器2.理想滤波器的频率特性：fuAfuAfuAfuA通带 阻带通带通带 阻带 通带阻带 通带 阻带阻带AupAupAupAupfHfL
3、 f0 fHfLfH f0 fL低通高通带通带阻3.有源滤波器无源滤波器 由无源元件 R、L、C 构成的滤波电路。有源滤波器 由有源器件、集成运放+R、L、C 构成。优点：体积小、重量轻、能放大、带载能力强。缺点：受集成运放上限频率限制，一般使用频率在几kHz以下。高于几kHz采用LC滤波器，带通采用陶瓷、声表面波滤波器。5.1.2 一阶低通滤波电路LPF(Low Pass Filter)一、频率特性表达式uOR8CRuIu+uORf8CR1RuIu+电压跟随器同相放大器通带电压放大倍数1p uA)1(1fpRRAu RC网络CRCUU j/1j/1i .频率特性表达式CAUUUUUUAuuj
4、1poiio 特点：电压串联负反馈Ri 109 Ro 0.1 8CR1RRuOuI反相放大器1ioj1/RCRUUAu )(j111RRC CAu j1p 其中，Aup=R/R1 反相比例放大器的放大倍数所以：npp1j1ffjACAAuuu fn=1/2RC 特征频率当 f=fn 时，2puuAA 所以：fn=1/2RC=fH 低通截止频率二、对数幅频特性曲线np j11f/fAAuu 2np)(11lg20lg20f/fAAuu 归一化幅频特性0.1 1 10 102 0f/fndB/lg20puuAA32020 dB/十倍频5.1.3 一阶高通滤波电路HPF(High Pass Filt
5、er)一、频率特性表达式uORf8CR1RuIu+)1(j/111 1foiioRRRCUUUUUUAu pn/j11uAff 通带电压放大倍数：1fp1RRAu 当 f=fn 时，2puuAA 所以：fn=1/2RC=fL 高通截止频率二、对数幅频特性曲线np j11f/fAAuu 2np)(11lg20lg20f/fAAuu 归一化幅频特性0.1 1 10 102 0f/fndB/lg20puuAA32020 dB/十倍频一阶滤波器的问题：幅频特性在阻带区衰减不够快。改进思路：增加 RC 滤波的阶次。5.1.4 带通、带阻滤波电路一、带通滤波电路BPF(Band Pass Filter)构
6、成思路：ffHffLffLfHuAf0fH fL8CR1RfRCR3R2uOuILPFBPF=R二阶压控电压源 BPF=2R8CR1RfRCR3R2uOuI=R=2R)(j100pioffffQAUUAuu 中心频率：RCf 210等效品质因素：Q=1/(3 Aup)通带电压放大倍数：Au0=Aup/(3 Aup)0.1 1 10 102 0f/fndB/lg20puuAAQ=1Q=103BWQ 越大，带宽越窄，通带选择性越好。二、带阻滤波电路 BEF(Band Elimination Filter)（陷波器）思路：低通高通uIuOffHffLffLfHuAf L fH双T二阶压控电压源BEF
7、2020p1j11ffffQAAuu RCf 210Q=1/2(2 Aup)1fp1RRAu 例 5.1.1为消除 50Hz的交流干扰，要求 Q=10，选元件值。解RCf 210取C=47 000 pF1610470000521 R k(7.67取 R=68 kR/2用两只 68 k电阻并联2C 用两只 47 000 pF电容并联Q=1/2(2 Aup)=10 Aup=1.9595.111fp RRAuRf/R1=R+R=136 kR1=279.15 k =270 k+9.1 k Rf=0.95 R1 R1=256.5 k =240 k+16 k 5.2.1 精密差分测量放大电路5.2.2 集
8、成精密测量放大器5.2精密仪用放大电路 5.2.1 精密差分测量放大电路电阻桥 同相输入放大电路电压串联负反馈输入电阻很高差分放大电路输入信号之差为0则输出为05.2.1 精密差分测量放大电路uo1uo2对共模信号：uO1=uO2 则 uO=0对差模信号：R1 中点为交流地)2/1(1S12O1uRRu )2/1(2S12O2uRRu )(O1O234OuuRRu)(21(S1S212uuRR 12S1S2O21RRuuuAu 采用精密电阻以减少误差5.2.2 集成精密测量放大器一、概述 将高性能集成运放和精密电阻集成在单片电路中，能获得极高的精度和温度稳定性。常用集成精密放大器：LH0036
9、、LH0037、LH0038、LF352、AD521、AD522超精度集成精密放大器：INA101、INA104低功耗集成精密放大器：INA102精密型集成精密放大器：LM163、LM363数字可控增益型集成精密放大器：LH0086低漂移廉价型集成精密放大器：3626、3629二、INA101M型测量放大器简介输入限幅保护消除失调电压调节放大倍数)(k401(I1I21OuuRu 当 RG=40.04 时，uO=1 000。三、应用举例 心电信号放大电路5.3 高精度整流电路 5.3 高精度整流电路 uI8R1RRuOuOD1D2iIiF0 u运放输入输出反相D1、D2 同时只有一只导通当 u
10、I 0,uO 0D2 导通，D1、截止，R上无电流uO=u=0当 uI 0D1导通，D2、截止I1fO uRRu tO23uitO23uO传输特性OuiuO即使 uI小于二极管起始导通电压，输出仍为 uI，故为精密整流。高精度半波整流电路5.4集成隔离放大器 5.4 集成隔离放大器 功能：输入和输出全隔离，在测量信号在传输过程中叠加几百甚至几千伏共模干扰时，仍能对有用小信号进行测量放大。用途：远距离传输应用：巡回检测、计算机接口、电子设备、医疗监护。类型：光电隔离：ISO100、3650 3655等 电容隔离：ISO122P等 变压器隔离：3656、AD293、AD294等AD289集成隔离放
11、大器内部组成变压器隔离外接电源振荡器产生振荡,作为变压器输入输出信号输入 信号输出外接电阻Rg，使增益（1+Rf/Rg）可调Rg电路的关键点：输入、输出和电源的接地端相互隔离。179AD289的引脚和典型接法 主要参数 电压电压 V+=10 15 V 工作电流 I+30 mA 输入信号范围 0 5 V 增益范围 Au=2 100 输出电压 uo 10 V 输入电阻 Ri 10M 输出电阻 Ro 1共模抑制比 KCMR 104dB输出隔离电源：VISO=10 V IISO=5 mA BW=1 kHz5.5 集成运放在使用中的一些问题5.5 集成运放在使用中的一些问题一、合理选用集成运放兼顾性能要
12、求和经济性，选用：高放大倍数的通用型、高阻抗、低漂移、低功耗、高速、宽带、高压、大功率。二、了解集成运放引脚功能三、集成运放消振和调零四、集成运放的保护措施五、集成运放电路外接电阻值的选取六、双电源改用单电源的交流放大电路三、集成运放消振和调零1.自激的消除大多数集成运放内部已设置消振的补偿网络，有些需外接。2.电路的调零(1)有专用引脚外接调零电位器F004使输入端接地，调节RP，使输出为0。(2)有专用引脚外接调零电位器反相输入端调零同相输入端调零*应注意对电压传输特性和输入阻抗的影响。*无法调零时，应检查接线、焊接是否造成开环，或器件损坏。四、集成运放的保护措施1.电源保护防止电源接反，
13、串二极管保护。2.输入保护为防止差模或共模信号过大，损坏输入级或引起自锁，采用二极管限幅。限制差模信号限制共模信号3.输出保护为防止输出端触及外不高电压引起过流或击穿，可采用稳压管限幅。uS8R1RPRfuODZuS8R1RPRfuODZUOM=(UZ+UD)uS8R1R2RfuOiIiFiO五、集成运放电路外接电阻值的选取电阻太小将超过运放最大负载能力，也降低输入阻抗，增加信号源负载。兆欧级电阻阻值随温度和时间变化产生时效误差，还因 IIO 引起误差。因为一般运放：Iom=（5 10）mAfOF Rui Iom 运放外接电阻取值：几 几百千欧例如：101fuf RRARf=100 kR1=10 kR2=R1/Rf采用电阻并联六、双电源改用单电源的交流放大电路 要满足运放两个输入端和输出端在无信号时均应达到电源电压的一半。静态时：U+=U=UO=VCC/2RiRi=R2/R3+R4 R4
