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集成运放的应用:滤波电路.
有低通,高通,带通,带阻滤波器
最简单的滤波电路,例如无源低通滤波电路
其波特图与
存在两个问题,一是低通时Au太小近似=1,二是在Au下降到70.7％后,频率下降的太慢.每十倍频下降10dB
我们理想的情况是,在下降到3dB出后,Au能近似=0.
为此引入运放,来增加Au和优化高频区特性.
一阶有源低通滤波器,把低通电路的输入接到运放同相输入端
无源低通滤波器工作时的Au被放大1+Rf/R1倍
为了提高高频区下降速率引入二阶低通滤波器
这里R3=R2=R阻值相同,C2=C1
根据m点的电流方程
Q叫做谐振回路品质因数,1/Q叫做阻尼系数
此时高频区以每10倍频/40分贝下降
由于下降得太快,要保证在接近截止频率的Au,特地在运放输入端引入正反馈以提高Au.
在接近fp时每一级相移不超过-45度,两级RC回路产生的相移不超过-90度,所以能保证输出还是正的.也保证正反馈的正常工作.
Q的作用.
这是不同Q下的幅频特性
可见在fp处Au突然变大而且Q值越大,Au越变的越剧烈.
一般希望Q=1
所以在设置负反馈时要注意不能让RF=2R1,否则Q=∞.
高通滤波器
其中R3=R2=R
C2=C1
当我们把低通滤波器里的JωCR换成1/JωCR,即可得到高通的波特图
同样的
带通滤波器
实际上就是一个,高通滤波器和低通滤波器的串联
要求fh>>fL
要求R4=R2;2*R3=R4;c1=c2
R3正反馈
同样可化的
Q越大选频特性越好.
通带宽度B=f2-f1=(3-Aup)fo=fo/Q
带阻滤波器
电路
高频时信号从C2,C1输入
低频时信号从R2,R4输入
中频时信号经R2,C3接地.没有输入
R2=R4=R
R3=2R
C2=C1=C;
C3=2C
同样
fp=1/2πRC
Aup=(1+RF/R1)
而
当f=fp时Au=0,具有带阻的功能
可见Q值越大,选频特性越好
阻带宽度B=f2-f1=2(2-Aup)fo=fo/Q
电压比较器
输入和阈值电压进行比较,大于或小于阈值电压,输出发生突变
1.过零比较器
阈值电压UT=0v 传输图像
一般我们想要控制电路的输出幅值,所以不会让输出达到最大值
一般是让负载和稳压管并联.当一个管子被击穿,另一个管子导通,输出被限幅.在输出还会加上限流电阻,以保护稳压管,并给它分压.图中没画.
下面计算时,一般忽略导通压降,默认UO=|Uz|
这样输出电压就控制在了Uo=+Uz/-Uz
由于同相输入端接地
我们可以用虚地U+=U-=0,实现同样的限幅功能
单限比较器
这种比较的优点是可以设置阈值电压
D1,D2限幅 ,UREF是设置电压
U-这个输入相对的阈值电压.UT=0;
根据叠加定理
当输出准备变化时,U-=0;
也就是说当
时,U-等于0,此时输出处于变化的临界状态.
把此事的输入电压叫做阈值电压.
可以看到阈值电压仅由Uerf和R1,R2决定.
滞回比较器
当输入的信号受到噪声,干扰时输入就会变化.
我们想要一种比较器能够高一定抗一定干扰.
当信号只沿一个方向变化时信号输出只变化一次
UREF是设置电压
为了保证参数对称R1=R2//RF
R作用是限流的,D1,D2稳定输出电压
由虚短U+=U-;
也就是输入和U+比较
叠加定理
由于输出Uo可正可负.
所以UT也是变化的
设Uz<0时为UT-
Uz>0时UT+
假设输入为正,UT+,输入不断增大,到Ui>UT+时,输出Uz<0,此时阈值电压为UT-
假设输入发生波动由于Ui>UT+>UT-,反向输入端大于同相输入端,所以输出还是Uz-
输出不变.
同理输入Ui下降到小于UT-,输出Uz+,阈值电压变为UT+
输入波动只要U+-U_=Uz+-Ui>0,输出不变.
◬UT=UT+-UT-=2(RF)UT/(RF+R2)
◬UT称为门限宽度.
门限宽度与UERF无关,当改变它时,仅UT变化在坐标轴上左右平移.
双线比较器
输入接在两个单线比较器上
UR1,UR2是阈值电压
令UR1>UR2
当Ui>UR1时Uo1>0
当Ui
故当UR1>Ui>UR2时,输出截止.
图像
作者：x鑫鑫， 来源：面包板社区
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