1、信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì),梁 文 海 EMAIL: VHI2009126.COM 四川師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 2010年6月10日,一個(gè)電子系統(tǒng)實(shí)例,不失真,大功率,第二章 音頻功率放大器設(shè)計(jì),第一節(jié),第三節(jié),第二節(jié),運(yùn)算放大器綜合應(yīng)用,集成功率放大器,運(yùn)算放大器基礎(chǔ)應(yīng)用,第四節(jié),功率放大器設(shè)計(jì),輸出端,集成運(yùn)放的組成,輸入級(jí) 差動(dòng)放大器,輸出級(jí) 射極輸出器或互補(bǔ)對稱功率放大器,偏置電路 由鏡像恒流源等電路組成,一、運(yùn)算放大器簡單介紹,輸入端,理想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：,1. 開環(huán)電壓放大倍數(shù),2. 開環(huán)輸入電阻,3. 開環(huán)輸出電阻,4. 共模抑制比,由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想

2、化條件，,二、理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù),在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是,而用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問題大大簡化，因此,后面對運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。,三、“短路”、“斷路”概念,運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù),相當(dāng)于兩輸入端之間短路，但又未真正短路，故稱 “虛短路” 。,相當(dāng)于兩輸入端之間斷路，但又未真正斷路，故稱 “虛斷路”。,2. id 0,1. u+ u,，而 uo 是有限值，,運(yùn)放開環(huán)輸入電阻,由于運(yùn)放,故從式,，可知,uo,u+,+,+,u,1.反相輸入,比例運(yùn)算,四、運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用,由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù),可列出,由此得出,閉環(huán)電壓 放大

3、倍數(shù),平衡電阻,若,則,2.同相輸入,比例運(yùn)算,由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù),可列出,由此得出,閉環(huán)電壓 放大倍數(shù),若,則,或,加法運(yùn)算,由圖可列出,由上列各式可得,當(dāng),時(shí)，則上式為,平衡電阻,減法運(yùn)算,如果兩個(gè)輸入端都有信號(hào),因?yàn)?，故上列兩式可得,由圖可列出,輸入，則為差分輸入。,減法運(yùn)算,當(dāng),時(shí)，,平衡電阻,和,則上式為,當(dāng),時(shí)，則得,可見，輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的差值成正比， 故可進(jìn)行減法運(yùn)算。,積分運(yùn)算,用電容代替反相比例運(yùn)算電路中的RF，就成為積分運(yùn)算電路。,if,CF,由于反相輸入，,故,上式表明輸出電壓正比于輸入電壓的積分，式中的 負(fù)號(hào)表示兩者反相。,R1 CF 稱為積分時(shí)間常數(shù)。

4、,積分運(yùn)算,uo,R1,R2,CF,ui,+,+,uC,+,if,ii,當(dāng) ui 為階躍電壓時(shí)，則,uo 隨時(shí)間線性增長，,t,最后達(dá)到負(fù)飽和值。,微分運(yùn)算,微分運(yùn)算是積分的逆運(yùn)算，將積,由圖可列出,故,即輸出電壓與輸入電壓對時(shí)間的一次微分成正比。,分電路反相輸入端的電阻與反饋電容,位置對調(diào)，就成為微分電路。,微分運(yùn)算,uo,RF,R2,C1,ui,+,+,uC,+,+,+,if,ii,Ui,t,注意：由于此電路工作時(shí)穩(wěn)定性不高， 故實(shí)際中很少應(yīng)用。,當(dāng) ui 為階躍電壓時(shí) uo 為尖脈沖電壓。,返回,1. 有源低通濾波器,有源濾波器,五、運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,設(shè)圖中 ui 為某一頻

5、率的正弦量,由 RC 電路得出,由同相比例運(yùn)算關(guān)系得出,1.有源低通濾波器,故,稱為截止角頻率,式中,若 為變量，則該電路的傳遞函數(shù),其模為,幅角為,1. 有源低通濾波器,低通濾波器具有使 低頻信號(hào)易通過，而抑 制高頻信號(hào)的作用。,時(shí)，,時(shí)，,時(shí)，,O,0,頻率特性,2.有源高通濾波器,由 RC 電路得出,由同相比例運(yùn)算關(guān)系得出,故,稱為截止角頻率,式中,2.有源高通濾波器,其模為,幅角為,若 為變量，則該電路的傳遞函數(shù),時(shí)，,時(shí)，,時(shí)，,高通濾波器具有使高 頻信號(hào)易通過，而抑制低 頻信號(hào)的作用。,頻率特性,O, 0,電壓比較器的功能是將輸入的模擬信號(hào)與一個(gè) 參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)兩者相等時(shí)產(chǎn)生

6、躍變，由此 判別輸入信號(hào)的大小和極性。,電壓比較器用于自動(dòng)控制、波形變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換及越限報(bào)警等。,電壓比較器,集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器時(shí)，多處于開環(huán)或正 反饋的工作狀態(tài)，即工作在非線性區(qū)。,將運(yùn)放任一輸入端加上輸入信號(hào)，而另一輸入端加入?yún)⒖茧妷海纯蓸?gòu)成電壓比較器，如圖所示。,電壓傳 輸特性,電壓比較器,Ui 為輸入電壓， UR 為參考電壓,當(dāng) ui UR 時(shí)， uo = Uo(sat),ui UR 時(shí)， uo = +Uo(sat),ui = UR 時(shí)， uo 發(fā)生躍變,UO(sat),UO(sat),uR,+,當(dāng) UR = 0 時(shí)，即輸入電壓和零電平比較，稱為 過零比較器。,電壓傳 輸特性,電

7、壓比較器,UO(sat),UO(sat),uo,若圖中 ui 為正弦波，畫出 uo 的波形。,R1,R2,ui,+,UR,+,+,+,在輸出端與地之間接一個(gè)雙向穩(wěn)壓管，即可把輸出電壓限制在某一特定值，以和接在數(shù)字電路的電平匹配。,電壓傳輸特性,電壓比較器,UO(sat),UO(sat),UZ,UZ,限幅電壓比較器,例 圖中所示為運(yùn)放組成的過溫保護(hù)電路，R 是熱敏電阻，溫度升高阻值變小。KA 是繼電器，溫度升高，超過規(guī)定值，KA 動(dòng)作，自動(dòng)切斷電源。分析其工作原理。,溫度 超過 規(guī)定值， ui UR， uo= +UOM， T 導(dǎo)通。 KA 動(dòng)作， 切斷電源。,溫度未超過規(guī)定值， Ui UR， u

8、o= UOM， T 截止。 KA 不動(dòng)作。,六、使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問題,1. 選用元件,2. 消振,3. 調(diào)零,4. 保護(hù),(1) 輸入端保護(hù),4. 保護(hù),(2)輸出端保護(hù),(3)電源保護(hù),六、使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問題,5. 擴(kuò)大輸出電流,在輸出端加接一級(jí)互補(bǔ)電路擴(kuò)大輸出電流。,返回,六、使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問題,運(yùn)算放大器綜合應(yīng)用,集成運(yùn)放驅(qū)動(dòng)的OCL電路,直流穩(wěn)壓電源,帶保護(hù)單極性輸出,雙極性輸出,50HZ陷波器,儀用放大器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用,儀用放大器與很多放大電路一樣，都是用來放大信號(hào)的用的，但儀用放大電路的特點(diǎn)是，它所測量的信號(hào)通常都是在噪聲環(huán)境下的微小信號(hào)。而噪聲通常都是公共模噪聲，所以在電路設(shè)計(jì)要求上，電路有很高的共模抑制比，利用共模抑制比將信號(hào)從噪聲中分離出來。因此好的儀用放大器測量的信號(hào)能達(dá)到很高的精度，在醫(yī)用設(shè)備、數(shù)據(jù)采集、檢測和控制電子設(shè)備等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。,儀用放大器的基本電路,大多數(shù)儀用放大器采用3個(gè)運(yùn)算放大器排成兩級(jí)：一個(gè)由兩運(yùn)放組成的前置放大器，后面跟一個(gè)差分放大器。前置放大器提供高輸入阻抗、低噪聲和增益。差分放大器抑制共模噪聲，還能在需要時(shí)提供一定的附加增益。如下圖：,可以采