直接耦合多级.ppt

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1、第第7 7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集成运放在信号处理方面的应用第第 7 章章7.1.1 基本概念基本概念7.1.2 一阶低通滤波电路一阶低通滤波电路7.1有源滤波电路有源滤波电路7.1.3 一阶高通滤波电路一阶高通滤波电路7.1.7 带通、带阻滤波电路带通、带阻滤波电路7.1.4 高通滤波电路和低通滤波电路的对偶性高通滤波电路和低通滤波电路的对偶性7.1.1 基本概念基本概念滤波器滤波器 有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。1.1.分类分类按处理按处理方法分方法分硬件滤波硬件滤波软件滤波软件滤波按所处理按所处理信号分信号分模拟滤波器模拟滤

3、波器数字滤波器数字滤波器按构成按构成器件分器件分无源滤波器无源滤波器有源滤波器有源滤波器按频率按频率特性分特性分低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器按传递按传递函数分函数分一阶滤波器一阶滤波器二阶滤波器二阶滤波器 :n 阶滤波器阶滤波器2.理想滤波器的频率特性：理想滤波器的频率特性：ffff通带通带 阻带阻带通带通带通带通带 阻带阻带 通带通带阻带阻带 通带通带 阻带阻带阻带阻带AupAupAupAupfHfL f0 fHfLfH f0 fL低通低通高通高通带通带通带阻带阻3.有源滤波器有源滤波器无无源滤波器源滤波器 由无源元件由无源元件 R、L、C

4、 构成的滤波电路。构成的滤波电路。有有源滤波器源滤波器 由由有源器件、集成运放有源器件、集成运放+R、L、C 构成。构成。优点：优点：体积小、重量轻、能放大、带载能力强。体积小、重量轻、能放大、带载能力强。缺点：缺点：受集成运放上限频率限制，一般使用频率在几受集成运放上限频率限制，一般使用频率在几kHz以下。以下。高于几高于几kHz采用采用LC滤波器，带通采用陶瓷、声表面波滤波器。滤波器，带通采用陶瓷、声表面波滤波器。7.1.2 一阶低通滤波电路一阶低通滤波电路 LPF(Low Pass Filter)一、频率特性表达式一、频率特性表达式uOR8CRuIu+uORf8CR1RuIu+电压跟随器

5、电压跟随器同相放大器同相放大器通带电压放大倍数通带电压放大倍数RC网络网络.频率特性频率特性表达式表达式特点：特点：电压串联负反馈电压串联负反馈Ri 109 Ro 0.1 8CR1RRuOuI反相放大器反相放大器其中，其中，Aup=R/R1 反相比例放大器的放大倍数反相比例放大器的放大倍数所以：所以：fn=1/2 RC 特征频率特征频率当当 f=fn 时时，所以：所以：fn=1/2 RC=fH 低通截止频率低通截止频率二、对数幅频特性曲线二、对数幅频特性曲线归一化归一化幅频特性幅频特性0.1 1 10 102 0f/fn-320-20 dB/十倍频十倍频7.1.3 一阶高通滤波电路一阶高通滤波

6、电路HPF(High Pass Filter)一、频率特性表达式一、频率特性表达式uORf8CR1RuIu+通带电压放大倍数：通带电压放大倍数：当当 f=fn 时时，所以：所以：fn=1/2 RC=fL 高通截止频率高通截止频率二、对数幅频特性曲线二、对数幅频特性曲线归一化归一化幅频特性幅频特性0.1 1 10 102 0f/fn-320-20 dB/十倍频十倍频一阶滤波器的问题：一阶滤波器的问题：幅频特性在阻带区衰减不够快。幅频特性在阻带区衰减不够快。改进思路：改进思路：增加增加 RC 滤波的阶次。滤波的阶次。7.1.7 带通、带阻滤波电路带通、带阻滤波电路一、带通滤波一、带通滤波电路电路B

7、PF(Band Pass Filter)构成思路构成思路：ffHffLffLfHf0fH fL8CR1RfRCR3R2uOuILPFBPF=R二阶压控二阶压控电压源电压源 BPF=2R8CR1RfRCR3R2uOuI=R=2R中心频率：中心频率：等效品质因素：等效品质因素：Q=1/(3-Aup)通带电压放大倍数：通带电压放大倍数：Au0=Aup/(3-Aup)0.1 1 10 102 0f/fnQ=1Q=10-3BWQ 越大，带宽越窄，越大，带宽越窄，通带选择性越好。通带选择性越好。二、带阻滤波二、带阻滤波电路电路 BEF(Band Elimination Filter)（陷波器）陷波器）思路

8、思路：低通低通高通高通uIuOffHffLffLfHf L fH双双T二阶压控电压源二阶压控电压源BEFQ=1/2(2-Aup)例例 5.1.1为消除为消除 50Hz的交流干扰，要求的交流干扰，要求 Q=10，选元件值。选元件值。解解 取取C=47 000 pF取取 R=68 k R/2用两只用两只 68 k 电阻电阻并联并联2C 用两只用两只 47 000 pF电容电容并联并联Q=1/2(2-Aup)=10 Aup=1.95Rf/R1=R+R=136 k R1=279.15 k =270 k +9.1 k Rf=0.95 R1 R1=256.5 k =240 k +16 k 7.2.1 精密

9、差分测量放大电路精密差分测量放大电路7.2.2 集成精密测量放大器集成精密测量放大器7.2精密仪用放大电路精密仪用放大电路 7.2.1 精密差分测量放大电路精密差分测量放大电路电阻桥电阻桥 同相同相输入放大电路输入放大电路电压串联负反馈电压串联负反馈输入电阻很高输入电阻很高差分放大电路差分放大电路输入信号之差为输入信号之差为0则输出为则输出为07.2.1 精密差分测量放大电路精密差分测量放大电路uo1uo2对共模信号：对共模信号：uO1=uO2 则则 uO=0对差模信号：对差模信号：R1 中点为交流地中点为交流地采用精密电阻以减少误差采用精密电阻以减少误差7.2.2 集成精密测量放大器集成精密

10、测量放大器一、概述一、概述 将高性能集成运放和精密电阻集成在单片电路中，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。能获得极高的精度和温度稳定性。常用常用集成精密放大器：集成精密放大器：LH0036、LH0037、LH0038、LF352、AD521、AD522超精度超精度集成精密放大器：集成精密放大器：INA101、INA104低功耗低功耗集成精密放大器：集成精密放大器：INA102精密型精密型集成精密放大器：集成精密放大器：LM163、LM363数字可控增益型数字可控增益型集成精密放大器：集成精密放大器：LH0086低漂移廉价型低漂移廉价型集成精密放大器：集成

11、精密放大器：3626、3629二、二、INA101M型测量放大器简介型测量放大器简介输入限幅保护输入限幅保护消除失调电压消除失调电压调节放大倍数调节放大倍数当当 RG=40.04 时，时，uO=1 000。三、应用举例三、应用举例 心电信号放大电路心电信号放大电路7.3 高精度整流电路高精度整流电路 uI8R1RRuOuOD1D2iIiF运放输入输出反相运放输入输出反相D1、D2 同时只有一只导通同时只有一只导通当当 uI 0,uO 0D2 导通，导通，D1、截止，截止，R上无电流上无电流uO=u=0当当 uI 0D1导通，导通，D2、截止截止 tO 2 3 ui tO 2 3 uO传输特性传

12、输特性OuiuO即使即使 uI小于二极管起始导通小于二极管起始导通电压，输出仍为电压，输出仍为 uI，故为故为精密整流。精密整流。高精度半波整流电路高精度半波整流电路对于差放有：对于差放有：7.4 集成模拟乘法器集成模拟乘法器 一一.基本原理基本原理模拟乘法器模拟乘法器功能：实现两个模拟量相乘功能：实现两个模拟量相乘 其中K为比例因子，量纲:V-1符号符号：二二.模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用 1.1.相乘运算相乘运算模拟相乘器立方运算电路 2.2.平方和立方运算平方和立方运算平方运算电路3.3.除法运算电路除法运算电路据虚断据虚断如果令K=R2/R1则工作（负反馈）条件？工作（负反馈）条件

13、？4.4.开平方运算电路开平方运算电路)(1112OvRRKv-=v1为负值！为负值！负反馈条件？负反馈条件？二极管作用？二极管作用？5.5.开立方运算电路开立方运算电路7.5 7.5 使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题1.选用元件 根据实际要求来选用运算放大器根据实际要求来选用运算放大器,主要是根据主要是根据使用条件及运放的参数进行选择使用条件及运放的参数进行选择。2.消振 这是为避免运算放大器内部晶体管的极间电容这是为避免运算放大器内部晶体管的极间电容和其他寄生参数的影响和其他寄生参数的影响,使电路产生自激振荡，即外使电路产生自激振荡，即外加消振的方法。加消振的方

14、法。3.调零 由于运放内部参数不可能完全对称由于运放内部参数不可能完全对称,输入信号输入信号为零为零,输出可能不为零输出可能不为零,为此为此,在使用时必须调零。在使用时必须调零。7.5 集成运放在使用中的一些问题集成运放在使用中的一些问题一、合理选用集成运放一、合理选用集成运放兼顾性能要求和经济性，选用：兼顾性能要求和经济性，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。高速、宽带、高压、大功率。二、了解集成运放引脚功能二、了解集成运放引脚功能三、集成运放消振和调零三、集成运放消振和调零四、集成运放的保护措施四、集成运放

15、的保护措施五、集成运放电路外接电阻值的选取五、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、集成运放消振和调零三、集成运放消振和调零1.自激的消除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。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.电路的调零电路的调零(1)有专用引脚外接调零电位器有专用引脚外接调零电位器F004使使输入端接地，输入端接地，调节调节RP，使输使输出为出为0。(2)有专用引脚外接调零电位器有专用引脚外接调零电位器反相输入端调零反相输入端调零同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

16、阻抗的影响。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。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四、集成运放的保护措施1.电源保护电源保护防止电源接反，防止电源接反，串二极管保护。串二极管保护。2.输入保护输入保护为防止差模或共模信号过大，损坏输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。入级或引起自锁，采用二极管限幅。限制差模信号限制差模信号限制共模信号限制共模信号3.输出保护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。

17、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，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。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兆欧级电阻阻值随温度和时间变化产生时效误差，还因生时效误差，还因 IIO 引起误差。引起误差。因为一般运放因为一般运放：Iom=（5 10）mA Iom 运放外接电阻取值：运放外接电阻取值：几几 几百千欧几百千欧例如：例如：Rf=100 k R1=10 k R2=R1/Rf采用电阻并联采用电阻并联六、双电源改用单电源的交流放大电路六、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。号时均应达到电源电压的一半。静态时：静态时：U+=U=UO=VCC/2RiRi=R2/R3+R4 R4