,模拟电路, 精品课程课件
第 7章 集成运算放大器在信号处理方
面的应用
§ 7.1有源滤波电路
§ 7.2集成运放在使用中的一些问题
§ 7.1 有源滤波电路
学习目标,1.熟悉有源滤波器类型、用途、
工作原理和输出与输入的关系
2.集成运放在使用中的一些问题
学习重点：有源滤波器的分析
第 7章 集成运算放大器在信号处理方面的应用
§ 7.1 有源滤波电路
一、基本概念
1.滤波器：选出所需要的频率范围内的信号，使其顺利过；而
对于频率超出此范围的信号，使其不易通过。
不同的滤波器具有不同的频率特性，大致可分为低通、高
通、带通和带阻四种。
2.无源滤波器：仅由无源元件 R,C构成的滤波器。无源滤波器的 带负
载能力较差，这是因为无源滤波器与负载间 没有隔离，当在输出端接
上负载时，负载也将成为滤波器的一部分，这必然导致滤波器频率特
性 的改变。此外，由于无源滤波器仅由无源元件构成，无放大能力，
所以对输入信号总是衰减的。
3.有源滤波器：由无源元件 R,C和放大电路构成的滤波器。放
大电路广泛采用带有深度负反馈的集成运算放大器。由于集成
运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗的特性，使滤波器输
出和输入间有良好的隔离，便于级联，以构成滤波特性好或频
率特性有特殊要求的滤波器。
二、一阶低通滤波电路（ LPF）
§ 7.1 有源滤波电路
§ 7.1 有源滤波电路
RCj
UU
Cj
R
CjUU i
iC ?
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式中 为通频带放大倍数,称为截止角
频率。电压放大倍数的幅频特性为：
1
F1 RRAu ?? RC1o ??
2
o
1 ??
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???
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u
uf
AA
截止角频率：
RC
1
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三,二阶低通滤波电路
§ 7.1 有源滤波电路
一阶有源低通滤波器的幅频特性与理想特性相差较大，
滤波效果不够理想，采用二阶或高阶有源滤波器可明显改善
滤波效果。图示为用二级 RC低通滤波电路串联后接入集成运
算放大器构成的二阶低通有源滤波器及其幅频特性。
R
∞
－
+
Δ
+
R F
R 1
C
A uf
A u
2
1
A u
0
ω o ω
一阶
二阶
u o
u i R
C
二阶低通有源滤波器及其幅频特性
高通滤波器和低通滤波器一样，有一阶和高阶滤波器。
将低通滤波器中的电阻 R和电容 C对调即成为高通滤波器。
返回
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
学习目标,1.了解集成运放注意的问题
2.熟悉调试过程中应注意到的问题
学习重点,1.掌握 集成运放的消振和调零
2.熟悉集成运放外接电阻的选取
第 7章 集成运算放大器在信号处理方面的应用
一、合理选用集成运放型号
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
根据使用性能选用，选型时除了满足主要技术性能以外，
还应考虑必要的经济性。一般指标性能高的运放，价格也 相应较
高。故无特殊要求的场合，可选用通用型、多运放型运放。
二、在使用集成运放时应了解引脚的功能
目前运放类型很多，而每一种集成运放的管脚数，每
一管脚的功能和作用均不相同。因此在使用前必须充分
查阅该型号器件的资料，以了解其指标参数和使用方法。
三、集成运放的消振和调零
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
1.关于自激振荡的消除
目前大多数集成运放内部电路已设置消振措施的补
偿网络。但还有一些运放还需外接消振的补偿网络消振
后，才能使用。
2.电路的调零
集成运放电路在使用时，要求零输入时为零输出。
为此除了要求运放的同相和反相两输入端的外接直流通
路等效电阻保持平衡之外，还再采用调零电位器进行调
节。
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
四、集成运放的保护措施
1.电源端保护
为了防止电源极性接反，引起器件损坏，可利用二
极管的单向导电性，在电源连接线中串接二极管来实
现保护。
集成运放由于电源电压极性接反或电源电压突变、
输入信号电压过大、输出端负载短路、过载或碰到外部
高压造成电流过大等，都能引起器件损坏。因此，必须
在电路中加保护措施。
2.输入保护
当运放的差模或共模输入信号电压过大时，会引起运放
输入级的损坏。另外，当运放受到强的干扰信号或同相输入
电路应用时，会产生自锁现象，为此，可在运放输入端加限
幅保护。
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
3.输出保护
一般对输出端为防止触及外部高压引起过流或击穿
的保护，可在输出端采用稳压管限幅保护电路。集成
运放的输出端是绝对不允许短路，否则使器件损坏。
五、输出电流及输出功率的扩展
为了获得较大的输出电流或输出功率，除了采用大
电流、大功率的专用型运放以外，对一般运放在输出端
外接 BJT组成的电压跟随器或外接互补型功率放大电路。
六、集成运放电路在调试过程应注意的问题
在调试过程中处理不当，极易损坏运放器件，下
列问题应引起注意。
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
1.电极接地端子应有良好接地
在采用稳压电源电压调试时，由于一组直流电
源有 +,-,⊥ 三个接线端子，当采用正电源时，若
将,-” 和,⊥,端子相连作为负端，则接地端与机
壳相连，如与大地接触不良，将会引入较大交流电
压干扰，使运放损坏。因此，可将接地端子脱开，
将,-” 端连于电路,⊥,端，避免器件损坏。
2.应在切断电源情况下更换元器件
在运放接通电源时，更换元器件，易使运放
器件工作不正常而损坏。
3.在加信号前应先进行消振和调零。若器件内部有
偿网络，不需再消振。
4.当输出端信号出现干扰时，应采用抗干扰措施或加有
源滤波消除。
返回
小 结
1.理想滤波器的基本概念以及原理。
2,一阶低通滤波器电路的基本结构以及特性，二阶低通滤波
电路的基本结构和特性。
第 7章 集成运算放大器在信号处理方面的应用
3,集成运放注意的问题，集成运放的消振和调零。
4.集成运放的保护措施。
5.集成运放电路外接电阻的选取以及调试过程中应注意到的
问题。
思考题
2.试问在集成运放电路调试过程中应注意什么问题？
返回
第 7章 集成运算放大器在信号处理方面的应用
1.一阶低通滤波器电路，已知
若要求通带截止频率也相同,。试估算滤波电容 应取多大？
并求通带电压放大倍数 。
??????? KRKRKR F 10,10,100 1
HzfH 100? C
upA
第 7章 集成运算放大器在信号处理方
面的应用
§ 7.1有源滤波电路
§ 7.2集成运放在使用中的一些问题
§ 7.1 有源滤波电路
学习目标,1.熟悉有源滤波器类型、用途、
工作原理和输出与输入的关系
2.集成运放在使用中的一些问题
学习重点：有源滤波器的分析
第 7章 集成运算放大器在信号处理方面的应用
§ 7.1 有源滤波电路
一、基本概念
1.滤波器：选出所需要的频率范围内的信号，使其顺利过；而
对于频率超出此范围的信号，使其不易通过。
不同的滤波器具有不同的频率特性，大致可分为低通、高
通、带通和带阻四种。
2.无源滤波器：仅由无源元件 R,C构成的滤波器。无源滤波器的 带负
载能力较差，这是因为无源滤波器与负载间 没有隔离，当在输出端接
上负载时，负载也将成为滤波器的一部分，这必然导致滤波器频率特
性 的改变。此外，由于无源滤波器仅由无源元件构成，无放大能力，
所以对输入信号总是衰减的。
3.有源滤波器：由无源元件 R,C和放大电路构成的滤波器。放
大电路广泛采用带有深度负反馈的集成运算放大器。由于集成
运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗的特性，使滤波器输
出和输入间有良好的隔离，便于级联，以构成滤波特性好或频
率特性有特殊要求的滤波器。
二、一阶低通滤波电路（ LPF）
§ 7.1 有源滤波电路
§ 7.1 有源滤波电路
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三,二阶低通滤波电路
§ 7.1 有源滤波电路
一阶有源低通滤波器的幅频特性与理想特性相差较大，
滤波效果不够理想，采用二阶或高阶有源滤波器可明显改善
滤波效果。图示为用二级 RC低通滤波电路串联后接入集成运
算放大器构成的二阶低通有源滤波器及其幅频特性。
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二阶低通有源滤波器及其幅频特性
高通滤波器和低通滤波器一样，有一阶和高阶滤波器。
将低通滤波器中的电阻 R和电容 C对调即成为高通滤波器。
返回
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
学习目标,1.了解集成运放注意的问题
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2.熟悉集成运放外接电阻的选取
第 7章 集成运算放大器在信号处理方面的应用
一、合理选用集成运放型号
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
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二、在使用集成运放时应了解引脚的功能
目前运放类型很多，而每一种集成运放的管脚数，每
一管脚的功能和作用均不相同。因此在使用前必须充分
查阅该型号器件的资料，以了解其指标参数和使用方法。
三、集成运放的消振和调零
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
1.关于自激振荡的消除
目前大多数集成运放内部电路已设置消振措施的补
偿网络。但还有一些运放还需外接消振的补偿网络消振
后，才能使用。
2.电路的调零
集成运放电路在使用时，要求零输入时为零输出。
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路等效电阻保持平衡之外，还再采用调零电位器进行调
节。
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
四、集成运放的保护措施
1.电源端保护
为了防止电源极性接反，引起器件损坏，可利用二
极管的单向导电性，在电源连接线中串接二极管来实
现保护。
集成运放由于电源电压极性接反或电源电压突变、
输入信号电压过大、输出端负载短路、过载或碰到外部
高压造成电流过大等，都能引起器件损坏。因此，必须
在电路中加保护措施。
2.输入保护
当运放的差模或共模输入信号电压过大时，会引起运放
输入级的损坏。另外，当运放受到强的干扰信号或同相输入
电路应用时，会产生自锁现象，为此，可在运放输入端加限
幅保护。
§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
3.输出保护
一般对输出端为防止触及外部高压引起过流或击穿
的保护，可在输出端采用稳压管限幅保护电路。集成
运放的输出端是绝对不允许短路，否则使器件损坏。
五、输出电流及输出功率的扩展
为了获得较大的输出电流或输出功率，除了采用大
电流、大功率的专用型运放以外，对一般运放在输出端
外接 BJT组成的电压跟随器或外接互补型功率放大电路。
六、集成运放电路在调试过程应注意的问题
在调试过程中处理不当，极易损坏运放器件，下
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§ 7.2 集成运放在使用中的一些问题
1.电极接地端子应有良好接地
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2,一阶低通滤波器电路的基本结构以及特性，二阶低通滤波
电路的基本结构和特性。
第 7章 集成运算放大器在信号处理方面的应用
3,集成运放注意的问题，集成运放的消振和调零。
4.集成运放的保护措施。
5.集成运放电路外接电阻的选取以及调试过程中应注意到的
问题。
思考题
2.试问在集成运放电路调试过程中应注意什么问题？
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第 7章 集成运算放大器在信号处理方面的应用
1.一阶低通滤波器电路，已知
若要求通带截止频率也相同,。试估算滤波电容 应取多大？
并求通带电压放大倍数 。
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