当前课程知识点:电工电子技术 > 7 集成运算放大器及其应用 > 7.3 集成运算放大器的线性应用 > 66-集成运放在信号处理方面的应用
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
-1.1 电路的基本概念
-1.2 基尔霍夫定律
-1.3 电路的分析方法
--9-支路电流法
--10-节点电压法
--12-叠加原理
--14-电位的计算
-1 电路的基本定律与分析方法
-2.1 换路定则及初始值的确定
-2.2 RC电路的暂态过程
-2.3 一阶线性电路暂态分析的三要素法
-2.4 RL电路的暂态过程
-2.5 一阶电路的脉冲响应
-2 电路的暂态分析
-3.1 正弦交流电的基本概念
-3.2 单一参数的正弦交流电路
-3.3 简单正弦交流电路的分析
-3.4 电路的谐振
-3 交流电路
-4.1 三相电源
--36-三相电源
-4.2 三相电路中负载的连接
-4.3 三相电路的功率
-4.4 安全用电技术
-4 三相电路
-5.1 半导体基础知识
-5.2 半导体二极管
-5.3 稳压二极管
--44-稳压二极管
-5.4 半导体三极管
-5.5 场效应管
--46-场效应管
-5.6 光电器件
--47-光电器件
-5 常用半导体器件
-6.1 基本放大电路的组成及工作原理
-6.2 基本放大电路的分析
--54-图解法
-6.3 常用基本放大电路的类型及特点
--6 基本放大电路--6.3 常用基本放大电路的类型及特点
-6.4 实用放大电路
-6 基本放大电路
-7.1 集成运算放大器
-7.2 放大电路中的负反馈
--61-反馈的概念
-7.3 集成运算放大器的线性应用
--7 集成运算放大器及其应用--7.3 集成运放的线性应用
-7.4 集成运算放大器的非线性应用
-7.5 集成运算放大器的应用举例
--7 集成运算放大器及其应用--7.5 集成运放的应用举例
-7 集成运算放大器及其应用
-8.1 整流电路
-8.2 滤波电路
-8.3 稳压电路
-8 半导体直流稳压电源
-9.1 数字电路概述
-9.2 逻辑代数与逻辑函数
--79-逻辑代数
-9.3 逻辑门电路
-9.4 组合逻辑电路的分析与设计
-9.5 常用的组合逻辑模块
--87-加法器
--88-编码器
--89-译码器
--90-显示译码器
-9.6 设计应用举例
-9 门电路与组合逻辑电路
-10.1 双稳态触发器
--93-RS触发器
-10.2 寄存器
-10.3 计数器
--97-异步计数器
--98-同步计数器
-10.4 中规模集成计数器组件及其应用
--10 触发器与时序逻辑电路--10.4 中规模集成计数器组件及其应用
-10 触发器与时序逻辑电路