【正文】 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?當圖 ，有 ?從實際應用來看，這個電路存在的問題與簡單對數(shù)放大器類同，也必須進行溫度補償。從這個觀點出發(fā)，最好選用偏置電流及其漂移很小的運算放大器。 ?進行對數(shù)運算時，應注意 以下 3個問題。 圖 基本對數(shù)運算電路 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ? 【 例 】 試求圖 uo與 ui關系式。 ?取 R1Cf≈RFCF。 ?②微分電路中的 RC元件形成一個滯后的移相環(huán)節(jié)，它和運算放大器中原有的滯后環(huán)節(jié)共同作用，很容易產(chǎn)生自激振蕩，使電路的穩(wěn)定性變差。 ?利用理想運算放大器工作于 線性區(qū)的兩條結(jié)論，即式 （ 47）、式（ 48），可得 圖 基本微分器電路 （ 57） 電路與電子技術 （中冊 ?圖 PI調(diào)節(jié)器 （比例積分調(diào)節(jié)器）， 其頻率特性為輸出比輸 入滯后。 圖 例 電路與電子技術 （中冊 ?解 :如圖 ，利用集成運算 放大器工作于線性區(qū)的兩條結(jié) 論，即式（ 47）式（ 48） ,可得 或 圖 模擬一階微分方程的電路 電路與電子技術 （中冊 輸出電壓 uo與時間 t成近似線性關系，即 （ 56） ?其波形如圖 （ b）所示。模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?解得： （ 54） ?如果選取電阻值滿足 RF=R3,R1=R2,輸出電壓可簡化為 ?當 RF=R1時 uo=ui2ui1 電路與電子技術 （中冊 第一 級為反相比例運算放大 器，若 RF1=R1，則 uo1=ui1。模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?該運算放大器工作于線性區(qū)，利用理想集成運算放大器的兩條結(jié)論，即式（ 47）、式（ 48），可得 ?當 R11=R12=R13=R1時，則上式為 （ 52） ?當 R1=RF時，則 uo=（ ui1+ui2+ui3） ?平衡電阻 RP=R11∥ R12∥ R13∥ RF 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?運算放大器能完成加、減、積分、微分、對數(shù)、反對數(shù)及乘法等運算。2022年 2月 16日 3時 17分 第 5章 運算放大器的應用 電路與電子技術 （中冊 ? 加法運算放大器 ?圖 反相輸入端加若干輸入電 路，則構(gòu)成反相加法運算 電路，如圖 。模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ? 【 例 】 一個測量系統(tǒng)的輸入電壓（經(jīng)傳感器變換為電量）和輸出電壓的關系為 uo=（ 4ui1+5ui2+），試選擇圖 電路的電阻和平衡電阻 RP，設 RF=100kΩ。第二級為反相 加法器 ,利用式 (52)可得 圖 反相信號求和實現(xiàn)減法電路 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ? 積分運算放大器 ?基本的積分電路如圖 ，利用理想運算放大器工作于線性區(qū)的兩條結(jié)論，即式（ 47）和式（ 48），可得 ?假設電容初始電壓為零，則 圖 基本積分運算電路 （ 55） 電路與電子技術 （中冊 輸出最 終要受到運算放大器電源電壓的限 制，不會無限制地增大。模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?根據(jù)上面的分析： a=R1CF，b=R1/RF，即，R1CF=1,R1/RF=, ui=，選 R1=1MΩ，則 RF=， CF=1μF，電路模擬一級結(jié)構(gòu)圖如圖 示。模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?解 :A3的輸出 ； A1完成加法運算，所以 A2是積分電路， R1CF=10 103 10 106=。 ?根據(jù)集成運算放大器工 作于線性區(qū)的兩條結(jié)論， 即式（ 47），式（ 48）， 由圖 圖 比例積分校正電路 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?由此可見，輸出電壓 uo與輸入電壓 ui的一次微分成正比，負號表示它們相位相反。 ?③輸入電壓發(fā)生突變時，有可能超過運算放大器所允許的共模電壓，導致輸出電壓達到最大值，破壞電路內(nèi)部的正常工作狀態(tài)。在正常的 工作頻率范圍內(nèi)，使 ?此時， R Cf對微分電路 的影響很小。 ?解 :由圖 圖 比例 — 微分調(diào)節(jié)器電路 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?流過二極管 VD的電流 if與其兩端電壓 uD之間的關系為 （ 58） ?式中， IS為二極管的反向飽和電流，在常溫下（ T＝300K）， uT＝ 26mV，當 udUT時 ,上式可近似為 （ 59） ?也即二極管的端電壓和流過它的電流成對數(shù)關系。 ?① UT和 IS均是溫度的函數(shù)， 所以運算精度受溫度的影 響很大，可采用溫度補償 的方法降低此項誤差。 ?③電路的輸入電壓 ui必須大于零，且輸出電壓限于。 圖 反對數(shù)運算的基本電路 合并上式，得 （ 511） 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ? * 模擬乘法器運算放大器 ?模擬乘法器是用來完成兩個模擬量（電壓或電流）相乘的電子器件。 圖 模擬乘法器符號 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?由圖 iE1+iE2=I，即 ?把上式改寫一下，并考慮 uBE1uBE2=uid，則得 (514) （ 515） 圖 雙極差分放大器 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?式中， gm3是 VT3的跨導。 ?根據(jù)差分放大器的原理， 由式（ 514）、式（ 515） , 可分別寫出 VT1～ VT6管的 集電極電流表達式如下 圖 雙平衡模擬乘法器 電路與電子技術 （中冊 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?令 ，可得 （ 531） （ 532） ?于是，可得輸出電流 id的表達式為 （ 533） ?另外，從電路左半部分并參照式（ 513）還可得到 電路與電子技術 （中冊 ?從表 ， CB1595在進行乘法運 算時需接 Ry、 Rx等必要的元件，而 外接元件的精度與運算精度相關。 10V U=15V, uy=177。模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 圖 CB1595外部元件配置圖 電路與電子技術 （中冊 ?（ 2）圖 （ b）所示電路中，由于 所以 其邏輯功能是模擬開方。 電路與電子技術 （中冊 ?其參數(shù)選擇為 圖 例 電路與電子技術 （中冊 ?接收機從高頻調(diào)幅波中檢出調(diào)制信號的過程，稱為檢波，又稱為解調(diào)。模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?（ 2）調(diào)頻與鑒頻 ?使高頻振蕩的頻率按照調(diào)制信號規(guī)律作相應的變化，稱為頻率調(diào)制，簡稱調(diào)頻，如圖 。 圖 調(diào)頻波 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?例如，變頻器的輸入信號是一個高頻調(diào)幅波，如圖（ a）所示，經(jīng)過變頻器后，僅僅使載波頻率 fc變換成中頻 fo，而包絡線的形狀是一致的，如圖 （ b）、（ c）所示。 圖 集成電路雙差分同步檢波器 電路與電子技術 （中冊 ?設調(diào)制信號為 UΩsinΩt，載波信號為 Umsinωt，則調(diào)幅波電壓 u2=(Um+UΩsinΩt)sinωt，加至同步檢波器的脈沖信號用載波 u1=Umsin(ωtθ)表示， θ是 u1與 u2的相位差，所以有 uo=Ku1u2， K為常數(shù)，則有 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 與包絡視頻檢波器相比，同步檢波的優(yōu)點如下。 ?③副載波影響小，濾波設計簡單，可利用內(nèi)電阻和分布電容組成。它能選出有用的信號，抑制無用的信號，使一定頻率范圍內(nèi)的信號能順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減很大。模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?（ 1）一階有源低通濾波電路 ?實現(xiàn)圖 ：一是將濾波電路接到運算放大器的同相輸入端，如圖 ；二是作為反饋支路接到反相輸入端，如圖 。模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?式（ 512）中 ?對式（ 542）進行歸一化處理，則 ?當 ω=0時， ?當 ω=ω0時 , ?式中， ω0稱為截止角頻率，當 ω=ω0時，電路幅頻特性衰減 3dB，即 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?