第4章 集成运放应用及滤波电路
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集成运放的类型及应用集成运放(即集成式运算放大器)是一种高增益、高输入阻抗以及低输出阻抗的电子放大器,广泛应用于电路设计和信号处理等领域。
下面将详细介绍集成运放的类型及应用。
1. 类型:目前,常见的集成运放有多种类型,包括普通运放、仪表运放、高速运放、低功耗运放等。
普通运放:普通运放是最常见的一种集成运放,具有宽带宽、高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点。
它的主要应用领域包括信号放大、滤波、理想运算放大器电路设计等。
仪表运放:仪表运放是一种精密运放,具有高共模抑制比、低偏置电流和低噪声的特点。
它的主要应用领域包括电压、电流、温度等测量,以及精密仪器和设备的信号放大等。
高速运放:高速运放是一种具有高增益带宽积(GBW)和快速响应特性的运放,适用于高频信号处理和快速信号放大等应用。
它的主要应用领域包括通信系统、高速数据传输、高速采样和测量等。
低功耗运放:低功耗运放是针对低电源电压和低功耗要求而设计的集成运放。
它可以在低电源电压下正常工作,并具有低静态功耗和低失调电压的特点。
它的主要应用领域包括移动设备、便携式仪器和电池供电系统等。
2. 应用:集成运放作为一种重要的电子器件,在电路设计和信号处理等领域应用广泛。
下面列举一些常见的应用示例:信号放大:集成运放最常见的应用就是信号放大。
通过调整运放的增益,可以将微弱的传感器信号放大到适合后续处理的范围,如压力传感器、温度传感器等。
滤波器:集成运放可以被用来设计各种类型的滤波器,如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
滤波器的设计可以通过选择运放的反馈电阻和电容来实现。
运算放大器电路设计:运算放大器电路是运放最重要的应用之一。
基于运算放大器的电路可以实现加法、减法、乘法、除法、积分、微分等运算,并被广泛应用于模拟电路设计、自动控制系统等领域。
电压和电流测量:仪表运放常用于电压和电流测量。
通过仪表运放的高共模抑制比和低偏置电流特性,可以实现高精度和高稳定性的电压和电流测量。
集成运放有源滤波实验一、实验目的1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。
2、学会测量有源滤波器的幅频特性。
二、实验原理(a)低通(b)高通(c) 带通(d)带阻图1四种滤波电路的幅频特性示意图由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器,其功能是让一定频率范围内的信号通过,抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。
可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面,但因受运算放大器频带限制,这类滤波器主要用于低频范围。
根据对频率范围的选择不同,可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器,它们的幅频特性如图9-1所示。
具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的,只能用实际的幅频特性去逼近理想的。
一般来说,滤波器的幅频特性越好,其相频特性越差,反之亦然。
滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快,但RC 网络的节数越多,元件参数计算越繁琐,电路调试越困难。
任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC 有滤波器级联实现。
1、 低通滤波器(LPF )低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图9-2(a )所示,为典型的二阶有源低通滤波器。
它由两级RC 滤波环节与同相比例运算电路组成,其中第一级电容C 接至输出端,引入适量的正反馈,以改善幅频特性。
图9-2(b )为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
(a)电路图 (b)频率特性图2 二阶低通滤波器电路性能参数1fuP R R 1A += 二阶低通滤波器的通带增益 RC2π1f O=截止频率,它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。
uPA 31Q -=品质因数,它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
2、高通滤波器(HPF )与低通滤波器相反,高通滤波器用来通过高频信号,衰减或抑制低频信号。
只要将图9-2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换,即可变成二阶有源高通滤波器,如图9-3(a)所示。
高通滤波器性能与低通滤波器相反,其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系,仿照LPH分析方法,不难求得HPF的幅频特性。
第四章 信号滤波目前在一般测控系统中, RC 有源滤波器,特别是由各种形式一阶与二阶有源滤波电路构成的滤波器应用最为广泛.它们的结构简单,调整方便,也易于集成化,实用电路多采用运算放大器作有源器件,几乎没有负载效应,利用这些简单的一阶与二阶电路级联,也很容易实现复杂的高阶传递函数,在信号处理领域得到广泛应用.由于一阶电路比较简单,也可由RC 无源网络实现,性能不够完善,应用不多,所以本节只介绍压控电压源型、无限增益多路反馈型与双二阶环型这三种常用的二阶有源滤波电路。
4.1压控电压源型滤波电路u i )图4.1 压控电压源滤波电路图4.1是压控电压源滤波电路基本结构,点划线框内由运算放大器与电阻R 和0R 构成的同相放大器称为压控电压源,压控电压源也可以由任何增益有限的电压放大器实现,如使用理想运算放大器,压控增益R R /1K 0f +=该电路传递函数为[]24315432121)1()()(H Y Y Y K Y Y Y Y Y Y Y Y K s f f +-+++++=式中51~Y Y ——所在位置元件的复导纳,对于电阻元件i i R Y /1=,对于电容元件)5~1(==i sC Y i i 。
51~Y Y 选用适当电阻R、电容C元件,该电路可构成低通、高通与带通三种二阶有源滤波电路.1.低通滤波电路在图4.1中,取1Y 与2Y 为电阻,3Y 与5Y 为电容,4Y =0开路,可构成低通滤波电路,如图4.2a 所示,滤波器的参数为RR 1K K 0f p +==21210C C R R 1=ω22f2110C R K -1R 1R 1C 1+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=αω 2.高通滤波电路在图4.1中,取3Y 与5Y 为电阻,1Y 与2Y 为电容,4Y =0开路,可构成高通滤波电路,如图4.2b 所示,该电路相当于图4.2a 低通电路中,电阻R 与电容C 位置互换,滤波参数为RR K K f 0p 1+==21210C C R R 1=ω11f 2120C R K -1C 1C 1R 1+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=αωu i )a )1R )b ))c )2R a )低通滤波电路 b )高通滤波电路 c )带通滤波电路图4.2 压控电压源型二阶滤波电路3.带通滤波电路R )图4.3 压控电压源型二阶带阻滤波电路用压控电压源构成的二阶带阻滤波电路也有多种形式,图4.3是一种基于RC 双T 网络的二阶带阻滤波电路,双T 网络必须具有平衡式结构,()()32121321R C C R R C R R ++=,或213R //R R =,213C //C C =。
集成运放大器的原理与应用简介集成运放大器(Integrated Operational Amplifier),简称运放或放大器,是一种典型的模拟电路元件。
它以差分放大器为核心,通过负反馈技术,实现放大、滤波、积分、微分等功能。
其应用广泛,包括在电子设备、通信系统、控制系统等领域。
原理集成运放大器由多个晶体管、电阻、电容等元件组成。
其基本原理可用三个关键要素描述:差分输入、高增益和大共模抑制比。
1.差分输入:集成运放的输入端一般有两个,一个是称为非反向输入(+IN)的端口,另一个是称为反向输入(-IN)的端口。
这两个输入端之间的电压差称为差分电压,决定了输出信号的大小和极性。
2.高增益:集成运放具有高增益特性,即具有很高的放大倍数。
它可以在输入电压信号很小的情况下,将其放大成较大电压信号。
例如,当差分输入端之间的电压差非常微小时,输出信号也能达到较大值。
3.大共模抑制比:共模输入是指同时作用于运放两个输入端的电压信号,会对运放产生影响。
而大共模抑制比使得运放能够有效抵抗共模信号的干扰,保持差分输入信号的准确性。
应用放大器应用集成运放大器以其高增益、低失真的特点,广泛应用于各类放大器电路中。
•电压放大器:通过调整输入电压信号的放大倍数,实现信号增强的功能。
•电流放大器:将输入电流信号放大为较大电流信号,用于驱动大功率负载。
•仪器放大器:用于测量信号处理,提高测量精度和信噪比。
•复合放大器:实现不同放大模式的切换,满足多种应用需求。
滤波器应用集成运放大器在滤波器电路中起到关键作用,用于削弱或强调某种特定频率信号。
•低通滤波器:通过滤波器电路削弱高频信号,只保留低频信号。
•高通滤波器:通过滤波器电路削弱低频信号,只保留高频信号。
•带通滤波器:通过滤波器电路保留特定带宽范围内的信号,削弱其他频率信号。
•带阻滤波器:通过滤波器电路削弱特定频率范围内的信号,保留其他频率信号。
比较器应用集成运放大器作为比较器时,用于比较两个电压信号的大小。
集成运放的线性应用实验报告实验目的,通过实验,掌握集成运放的线性应用原理,加深对运放的理解,并学会运用运放进行线性应用。
实验仪器,集成运放实验箱、示波器、信号发生器、电压表、电阻、电容等。
实验原理,集成运放是一种集成电路,具有高输入阻抗、低输出阻抗、大增益等特点,可用于信号放大、滤波、积分、微分等线性应用。
在本实验中,我们将通过实验验证运放的线性应用原理。
实验步骤:1. 搭建基本的运放放大电路,连接电源并调节电压至适当数值。
2. 使用信号发生器输入正弦波信号,观察输出信号波形,并测量输入输出电压。
3. 更改输入信号频率,观察输出信号波形的变化。
4. 接入电容和电阻,组成低通滤波电路,观察输出信号波形的变化。
5. 接入电容和电阻,组成高通滤波电路,观察输出信号波形的变化。
6. 接入电容和电阻,组成积分电路,观察输出信号波形的变化。
7. 接入电容和电阻,组成微分电路,观察输出信号波形的变化。
实验结果:通过实验我们发现,在不同的线性应用中,集成运放都能够有效地进行信号处理。
在放大电路中,输入信号经过运放放大后输出;在滤波电路中,输入信号经过运放滤波后输出;在积分、微分电路中,输入信号经过运放积分、微分后输出。
同时,我们也观察到当输入信号频率变化时,输出信号波形也会相应变化,这说明运放对不同频率的信号都有良好的处理能力。
实验结论:通过本次实验,我们深入了解了集成运放的线性应用原理,并通过实验验证了其在不同线性应用中的有效性。
集成运放在电子电路中具有广泛的应用前景,能够满足不同场合对信号处理的需求。
掌握了集成运放的线性应用原理,我们可以更灵活地设计和应用电子电路,为工程实践提供了有力支持。
实验结束。
以上就是本次集成运放的线性应用实验报告,希望对大家有所帮助。
集成运放的线性应用(信号运算、有源滤波)1、 解:(1)A ud =100dB ,即A ud =100000若运放线性应用,则有│uo │=│A ud (u P -u N )│=20V >15V高于电源电压值,故应工作于非线性区域。
(2)│u P -u N │≤VCC/ A ud =15/100000=0.15mV(3)由A UF 为40dB 得A UF =100A UF =100= A ud /1+A ud *F =100000/1+A ud *F1+A ud *F=1000f Hf =(1+A ud *F )f H =1000*100=100000 H Z =100k H Z4、解:(1)(a )图中接入了电压并联负反馈,实现电流-电压转换电路;(2)(b )图中接入了电流串联负反馈,实现电压-电流转换电路 ;(3)(c )图中接入了电压串联负反馈,实现输入电阻高、输出电压稳定的电压放大电路;(4)(d )图中接入了电流并联负反馈,实现输入电阻低、输出电流稳定的电流放大电路。
5、解:u i =4sin314t(V) ,V Z =6V ,T=20mS如图画出u o1和u o2的波形A1构成电压比较器,其输出被稳压管限制在正负6V ,A2构成反相积分运算电路。
u o1和u o2的波形如右图。
6、解:⑴ 判断电路中的反馈组态:电压并联负反馈。
(2)求电压放大倍数uf A :设“T ”型网络节点为M ,利用-=+u u ,则⎪⎩⎪⎨⎧=++-=334221R u R u R u R u R u R u o M M M M i 求出143232R R R R R R ui u A o uf ++-== (3)若T 型反馈网络换成一个反馈电阻Rf ,并保持同样的uf A , 则43232R R R R R Rf ++=输出电压的表达式为 )(d 11O I O 21t u t u RC u t t +-=⎰ 当u I 为常量时)()(100 )()(10101 )()(11O 12I 1O 12I 75112I O t u t t u t u t t u t u t t u RCu O +-=+-⨯-=+--=-- 若t =0时u O =0,则t =5ms 时u O =-100×5×5×10-3V =-2.5V 。
湖南文理学院课程设计报告有源高通滤波电路目录第一章简介1.1 设计要求 (3)1.2 设计作用与目的 (3)1.3 所用仪器设备 (4)第二章设计原理2.1 设计方案及方案选择 (5)2.2 模块电路设计及分析 (6)2.3 总体设计 (10)2.4 元件参数 (11)第三章设计硬件及软件过程3.1 Multisim仿真图 (13)3.2 仿真结果 (14)3.3 系统调试结果分析 (16)第四章总结与展望第一章简介1.1设计要求有源高通滤波电路能传送输入信号中有用的频率成分,衰减或抑制无用的频率成分,并对有用的频率成分具有一定的电压放大作用。
有源高通滤波电路应包括:滤波电路;集成运放;反馈电路,三个部分。
滤波电路能有效滤除无用频率信号成分,保留有用频率信号成分。
集成运放和反馈电路使电路具有一定的电压放大作用,使电路滤波特性趋于理想。
通过对有源滤波电路的探究,设计了一四阶有源高通滤波电路。
在Multisim 10软件中进行仿真实验,对电路的频率特性和不同频率下输出的信号进行了分析,电路能有效滤除或衰弱频率为100Hz以下的电压信号,对频率100Hz以上的电压信号有放大作用。
最终结果基本达到了预期要求。
1.2设计作用与目的滤波器是减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件,广泛应用于电力系统、通信发射机与接收机等电子设备中,它能减弱或消除谐波的危害,对无用信号尽可能大的衰减,让有用信号尽可能无衰减的通过,从而纠正信号波形畸变。
所以,无论信号的获取、传输,还是信号的处理和交换都离不开滤波技术。
在近代电信设备和各类控制系统中,滤波器应用极为广泛,尤其是有源高通滤波器。
它在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用,有源高通滤波器的优劣直接决定产品的优劣。
所以研究滤波器,具有重大意义。
1.3 所用仪器设备表:有源高通滤波电路明细表第二章 设计原理2.1 设计方案及方案选择有源高通滤波器应分为三部分:滤波电路;集成运放;反馈电路。