信号调理电路设计

O
0
高通滤波器具有使高
0 时，
时，
T (j ) A ufo
2
T(j ) Aufo
频信号易通过，而抑制低 频信号的作用。
2010电子设计竞赛

电压比较器
电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个 参考电压进行比较，当两者相等时产生跃变，由此 判别输入信号的大小和极性。
R3
+
uo
–
ui1
R1
R1 RF
(ui1
uo )
因为 u u ，故上列两式可得
uo
(1
RF R1
)
R3 R2 R3
ui2
RF R1
ui1
2010电子设计竞赛

减法运算
uo
(1
RF R1
)
R3 R2 R3
ui2
RF R1
ui1
ii
R1
if
RF
当 R1 R2 和 RF R3 时，

2.有源高通滤波器
若 为变量，则该电路的传递函数
1 RF
T
(
j
)
Uo (j ) Ui (j )
1
R1
j
1
AufoБайду номын сангаас
j
频率特性
0
0
T(j )
其模为
T (j )
Aufo
1 (0 )2
A ufo 1 2 A ufo
幅角为 ( ) arctan0
0 时， T(j ) 0
五、运算放大器在信号处理方面的应用
有源滤波器
1. 有源低通滤波器
RF
设图中 ui 为某一频率的正弦量 R1
由 RC 电路得出 1
U
U c
R
jC
1
U i
–
+ u–i
R C
++ +
–uC
+
uo
–
jC
U i
1 jRC
由同相比例运算关系得出
U o
(1
RF R1
)U
2010电子设计竞赛

2010电子设计竞赛

50HZ陷波器
2010电子设计竞赛

仪用放大器的设计和应用
• 仪用放大器与很多放大电路一样，都是用 来放大信号的用的，但仪用放大电路的特 点是，它所测量的信号通常都是在噪声环 境下的微小信号。而噪声通常都是公共模 噪声，所以在电路设计要求上，电路有很 高的共模抑制比，利用共模抑制比将信号 从噪声中分离出来。因此好的仪用放大器 测量的信号能达到很高的精度，在医用设 备、数据采集、检测和控制电子设备等方 面都得到了广泛的应用。
UR
R2
–
– ++
Ui 为输入电压， UR 为参考电压
+ 当 ui > UR 时， uo = – Uo(sat)
uo
–
ui = UR 时， uo 发生跃变
电压传
uo
UO(sat)
uR
ui UR 时， uo = +Uo(sat)
输特性
O –UO(sat)
ui
2010电子设计竞赛

R4
R2
切断电源。
2010电子设计竞赛

六、使用运算放大器应注意的几个问题
1. 选用元件 2. 消振 3. 调零 4. 保护
(1) 输入端保护 RF
R1
ui
–
D1
D2 + +
uo
R2
2010电子设计竞赛

六、使用运算放大器应注意的几个问题
4. 保护
(2)输出端保护
(3)电源保护
ui
R1
R2
RF
–
R3
++
uo
D2
+U
– ++
–U
2010电子设计竞赛

六、使用运算放大器应注意的几个问题
5. 扩大输出电流
ui
R1
R2
– ++
RF
RB D1 D2 RB
+Ucc
T1 uo
T2
–Ucc
在输出端加接一级互补电路扩大输出电流。
电压比较器用于自动控制、波形变换、模数转 换及越限报警等。
集成运放构成电压比较器时，多处于开环或正 反馈的工作状态，即工作在非线性区。
2010电子设计竞赛

电压比较器
将运放任一输入端加上输入信号，而另一输入端加入 参考电压，即可构成电压比较器，如图所示。
R1
+
ui
–
+
ii
ui
u R1
ui R1
if
u uo RF
uo RF
由此得出
闭环电压 放大倍数
uo
RF R1
ui
Auf
uo ui
RF R1
+ R1
ui
–
– +
+
R2
+
uo
–
若 R1 RF 则 uo ui
Auf
uo ui
1
平衡电阻 R2 R1 // RF
2010电子设计竞赛


2.有源高通滤波器
RF
由 RC 电路得出
U
R 1
U i
U i 1
R
1
j C
j RC
由同相比例运算关系得出
R1
C
+ u–i
– ++
R
+
uo
–
U o
(1
RF R1
)U
故
U o U i
1 1
RF
R1 1
1 RF
1
R1
j0
jRC
式中
0
1 RC
称为截止角频率
2010电子设计竞赛
Auf
uo ui
1
2010电子设计竞赛

加法运算
由图可列出
ii1
ui1 R11
ii2
ui2 R12
ii1 R11
ui1 ii2 R12
if RF
if
ii1 ii2
uo RF
ui2
– +
+
+
R2
uo
由上列各式可得
uo
( RF R11
ui1
RF R12
ui2 )
–
当 R11 R12 R1 时，则上式为
称 “虚短路” 。
2. id 0 运放开环输入电阻 rid 相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故 称 “虚断路”。
2010电子设计竞赛

四、运算放大器在信号运算方面的应用
比例运算 1.反相输入
if RF
由运放工作在线性区的依据 ii
ii if 可列出
u u 0
电压比较器
当 UR = 0 时，即输入电压和零电平比较，称为
过零比较器。
R1
+
ui
–
+ U–R
R2
电压传
– ++ +
uo
–
uo UO(sat)
若图中 ui 为正弦波， 画出 uo 的波形。
ui
O
t
UO(suato)
输特性
O
ui O
t
–UO(sat)
–UO(sat)
2010电子设计竞赛

1.有源低通滤波器
故
U o U i
1 RF R1
1 jRC
1 RF R1
1 j
0
式中
0
1 RC
称为截止角频率
若 为变量，则该电路的传递函数
其模为
1 RF
T
(
j
)
Uo (j ) Ui (j )
1
R1
j
1
Aufo
j
0
0
T (j )
Aufo
1 ( )2
幅角为
( ) arctan 0
2010电子设计竞赛

微分运算
当 ui 为阶跃电压时 uo 为尖脉冲电压。
if RF
ui Ui
O
t
ii C1
+ u–i
+ uC–
– +
R2
+
+ u–o
uo
uo
RF C1
dui dt
O
t 注意：由于此电路工作时稳定性不高，
故实际中很少应用。
返回
2010电子设计竞赛

2010电子设计竞赛

积分运算
if + uC –
CF
ii R1
+ u–i
– +
+
R2
uo
1 R1CF
uidt
当 ui 为阶跃电压时，则
uo
ui
Ui R1CF
t
O
+
uo
uo
t
–
O
t
Uo(sat)
uo 随时间线性增长， 最后达到负饱和值。
2010电子设计竞赛

在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是
理想的运算放大器。理想化的主要条件：
1. 开环电压放大倍数 Auo
2. 开环输入电阻
rid
3. 开环输出电阻
ro 0
4. 共模抑制比