66-集成运放在信号处理方面的应用在线视频

大家好

本节课我们来学习集成运算

放大器在信号处理方面的应用

集成运算放大器除了广泛的应用

于各种运算电路之外

它还应用于滤波电路采样

保持信号变换等等应用电路当中

对于这些电路我们没有太多的

时间一一详细的介绍

我主要介绍的是有源滤波器

什么是滤波电路呢

我们来看一下这个图

这个图在我们前面的学习当中是

说他表示电路的频率特性

它对应着一个放大电路的通频

代理范围

这个横坐标是为频率

纵坐标是放大倍数的大小

这个上面我们知道它表示的是

一个通带的放大倍数

当放大倍数下降到0707的

时候

对应的有一个频率

这个频率就称之为是截止频率

如果说频率F小于FP的话

那么这个信号是能够通过这个

电路的

如果说频率大于FP我们看到

后面有一个迅速的衰减

甚至是为零

完全没有

所以我们就说电路的通带是从零

到FP大于FP的信号是不能

通过的

因此它就叫一个低通的电路

这个低通的选频特性

教育播

滤波的话

它的这个地方的一个特性

我们看到虽然说频率大于FP的

时候

它放大倍数有一个衰减

可是这种衰减它并不是理想上的

一个为零

那么也就是说如果这个电路我们

用来选平的话不是很理想

因为这个地方接近于FP的位置

的一个信号

它会对于你的电路形成一个干扰

我们在设计滤波器的时候希望它

的滤波特性是这样的一个特性

那么也就是说要么你的信号全面

通过

要么一点也没有衰减为零

所以这个就是他的理想的滤波

特性

根据滤波的频率范围

我们把滤波器分为这样四种常见

的类型

低通滤波高通滤波带通滤波带阻

滤波

这是四种常见的滤波器

低空我们看到是频率低的信号

能够过频率高的信号是不能够过

的

比如说我们后面马上要讲到的

交流电变直流电的时候

直流电源滤波就要用到低通

滤波器

高峰滤波一般是阻容耦合电路都

有高通的特点

而贷通在通信方面用的比较多

比如说我们青岛大学的英语播报

台

它的接收频率范围是80兆课

知道86赵克兹

那么这个就是表示我们要收集到

这个信号的话

就必须在这样一个频率范围来

通过这个电路

其他的都是没有的屏蔽掉了

所以这个就贷通

所谓带组的话

就是说我这个系统我知道固定的

有某一个频率的信号去干扰

那我为了屏蔽这个信号

我可以设计一个带组的滤波器去

把这个信号屏蔽掉

避免它的干扰

另外我们也可以根据滤波器电路

所用到的滤波元件对它进行分类

如果说滤波器电路用到的只是

电阻电感电容这样器件的话

我们把它称之为是无缘滤波电路

如果这个电路还用到了像晶体管

场效应管提升预防像这个样子的

需要有直流电源供电的器件的话

那就叫有源滤波

好

我们看一下最简单的一阶低通

滤波器

对于RC串联构成的低通滤波器

而言

大家很熟悉

在电路课程里面已经见到过了

这是一个无缘的滤波器

我们通过求传递函数

令欧米伽零等于2C分之一就

可以得到它的幅频特性

这就是它的幅频特性

相应的也可以画出它的幅频特性

曲线

从幅频特性曲线上

我们得到这个电路的截止频率

F0等于2派2C分之一

如果频率小于F0的话

这个信号是可以通过的

频率大于F0就被衰减了

所以它是一个低通滤波

这个电路非常的简单

也很常见

但是它有一个致命的缺点

就是带负载的能力很差

如果在电容的两端并一个电阻

也就带上一个负载的话

这个时候F0截止频率就不再是

这样一个值

那么也就是说它的幅频特性会

发生变化

那么它的滤波选平的那个特点就

不一样了

所以这个电路它带负载能力差

无放大作用

它的边缘不陡峭都是不理想的

尤其是他带负载能力差怎么办

我们现在有了运算放大器

运算放大器它可以作为一个缓冲

可以做一个缓冲器来用

那我们就可以在这样的一个无语

言滤波的基础上

再加上一个运放构成的同相比例

运算电路

我们看看C是一个一阶无源滤波

后面再加上一个同向比例放大

电路

那么这就构成了一个一阶有源

滤波了

滤波电路我们同样的可以分析

得到它的幅频特性

画出它的幅频特性曲线

这个时候截止频率还是刚才那个

值

但是这个电路它的带负载能力很

强

而且有放大作用

我们看到了在通带范围这个时候

它的放大倍数不是一

而是1+二一分支

iPhone所以它有一个放大

倍数

另外一个因为你运上同相比例

运算电路

它采用的是一个电压串联负反馈

因此对于玉波电路而言

相当于他带的负载是运放的

构成电路的输入电阻

这个电阻是无穷大的

所以它带的负载无穷大的话

你不管后面接什么样的电路

对于滤波特性来讲选频特性来讲

没有任何影响

而这个放大器的输出端带负载

电压串联负反馈

它的输出电压始终是维持不变的

所以不管你的负载怎么样去变

那我得到的特性选频特性它不会

变

所以这个就是无源滤波变为有源

滤波

它的最大的好处就在于它的带

负载能力很强

好

我们下面再来看一下采样

保持它的一个应用

对于传感器采集到的一个信号

往往都是这样随时间连续变化的

一个信号

对于这个信号肯定在电子系统

里面不能够直接处理

为什么

因为每一个信号采集到了以后

电路它要有一个处理

要有个响应的时间

那怎么办呢

我们就要设计一个这样子的电路

这个电路能够采集进来信号

并且采集到某一个值的时候

它可以保持一段时间

让这个电路有一个时间来处理

来响应我们看看这样的一个采样

保持电路

这个电路很简单

这边是一个电压跟随UO等于又

富又富

等于又挣又挣等于UCUC在

开关闭合的时候等于UI开关

断开的时候输出不变

也就是原来的UC值

那么由此可见这个电路其实非常

简单

SB和UI等于UO那么也

就是说在开关闭合的一瞬间

又A是多少就是多少

如果说S断开的话

不管UI怎么变化

又O保持原来的值不变

这个就是采样保持

那么当然这个开关的话

我不可能手动的是一个电子模拟

开关

通过给一个控制信号高电平的

时候闭合

低电平的时候断开

那么这样一来这个电路就可以

自动的去采集保持这样的一个

输入信号

在某一个时候如果给了一个采样

的高电平来了的话

这个输出uo就会得到此时输入

端UA的一个值

接下来是低电平

低电平

那么开关断开

电路保持输出不变

保持不变

此时外面的信号不管怎么变

但是我电路采集的信号是不会变

的

后面周期性的就这样采样保持

实际上最后你得到的uo信号是

这样的

红色所描述的一个信号

而不是直接由传感器给了一个

信号

这个就是采样保持

另外运算放大器还可以用于

各种各样的信号变化

电路什么意思

就说我有一个负载

比如说我需要有15伏的电源

横店给它供电

可是我手上没有15伏的一个恒

压源

怎么办

假如说我这个时候我在某一个

地方能够得到一个12伏的电压

12伏的电压有可能是不够的

甚至是它不可能是恒压输出的

那我怎么办

我就可以设计一个这样的变换

电路去实现我的一个目的

我负载需要共建的这样一个目的

我电压变电压就是通过这样一个

电压跟随器

然后再加左边的这样的一个信号

采集电路输出端就可以得到一个

连续可调的恒定的输出电压

假如说我的负载是要恒流工作

可是我现在只有一个电压源

怎么办

我也可以用运放构成一个这样的

电路

电压恒定电路采用了电流串联负

反馈

所以输出端的电流是可以恒定不

变的

UI等于U正等于U付就等于

一点的电压

这一点的电压如果恒定不变的话

那么这个电流恒定不变

IL就恒定不变

这个是电压电流了

那么也可以电流变电压

还可以电流变电流等等

好

今天我们就把集成运放的线性

应用讲到这里了

集成运放做信息应用的时候

不管你具体的构成什么样的电路

你是运算电路也好

滤波电路也好

采样保持信号变化也好

不管你联成什么样的电路

电路的本质是不变的

都是引入负反馈下引入负反馈下

虚短和虚断条件下得到的一个

线性应用

其实模电历来有博大精深的美誉

我倒是觉得温火慢慢炖比较意味

悠长一点

好了

谢谢大家

再见