注冊電氣工程師考試學習資料信號運算電路

7信號的運算電路3.4掌握理想運放的虛短、虛地、虛斷概念及其分析方法；反相、同相、差動輸入比例器及電壓跟隨器的工作原理，傳輸特性；積分微分電路的工作原理3.5掌握實際運放電路的分析；了解對數(shù)和指數(shù)運算電路工作原理，輸入輸出關系；乘法器的應用（平方、均方根、除法）考試大綱要求：預備知識：集成運放的兩種工作狀態(tài)1.運放的電壓傳輸特性：設：電源電壓±VCC=±10V。

運放的Aod=104│Ui│≤1mV時，運放處于線性區(qū)。Aod越大，線性區(qū)越小，當Aod→∞時，線性區(qū)→00uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)+10V-10V+Uom-Uom0uoui7.1比例運算電路2.理想運算放大器：開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=∞差摸輸入電阻Rid=∞輸出電阻Ro=0為了擴大運放的線性區(qū)，給運放電路引入負反饋：理想運放工作在線性區(qū)的條件：電路中有負反饋！運放工作在線性區(qū)的分析方法：虛短（u+=u-）虛斷（ii+=ii-=0）3.線性區(qū)4.非線性區(qū)（正、負飽和狀態(tài)）運放工作在非線性區(qū)的條件：電路開環(huán)工作或引入正反饋！運放工作在非線性區(qū)的分析方法在下一章討論+10V-10V+Uom-Uom0uoui一.反相比例運算虛地點i1=if

（虛斷）因為有負反饋，利用虛短和虛斷u+

=0

u－=u+=0（虛地）反饋方式：電壓并聯(lián)負反饋電壓放大倍數(shù):例R1=10k,Rf=20k,ui

=-1V。求:uo

、Ri。說明R0的作用，R0應為多大？優(yōu)點：共模輸入電壓=0（u－=u+=0）缺點：輸入電阻小（

Ri=R1）

R0為平衡電阻(使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等):R0=R1//Rf反相比例運算電壓放大倍數(shù):可見：在高比例系數(shù)時，R1阻值小，輸入電阻小。輸入電阻：采用T型反饋網(wǎng)絡的反相比例電路目的：在高比例系數(shù)時，避免R1阻值太小，使輸入電阻太小。分析：u+=u-=0（虛短）

i1=i2（虛斷）二.同相比例運算電路u-=u+=uii1=if（虛斷）平衡電阻R=Rf

//R1因為有負反饋，利用虛短和虛斷反饋方式：電壓串聯(lián)負反饋優(yōu)點：輸入電阻高缺點：共模輸入電壓≠0（u－=u+=ui）電壓放大倍數(shù):Au=1三.電壓跟隨器此電路是同相比例運算的特殊情況，輸入電阻大，輸出電阻小。在電路中作用與分立元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能更好。ui=u+=u-=uo因為有負反饋，利用虛短和虛斷：1.反相加法器：若R1=R2=R,

平衡電阻R0=R1//R2//Rfi1+i2=if7.2基本運算電路一.加法運算電路虛地2.同相求和運算：當R1=R2=Rf

=R時,同相比例運算:疊加定理二.減法運算電路1、利用加法器和反相比例器反相比例器反相加法器由疊加原理2、差動減法器

ui1單獨作用反相比例器/ui2單獨作用差動減法器//同相比例器差動減法器ui1單獨作用ui2單獨作用

疊加則有：1.積分電路三.積分和微分電路反相積分器：如果u

i=直流電壓,輸出將反相積分，經(jīng)過一定的時間后輸出飽和。tui0tuo0-UomTM積分時間設Uom=15V,ui=+3V,

R=10k,C=1F求積到飽和值的時間：練習:畫出在給定輸入波形作用下積分器的輸出波形。tui0212345tuo0-2-4-6應用舉例：輸入方波，輸出是三角波。tui0tuo0EWB仿真在實用電路中，為了防止低頻信號增益過大，常在電容兩端并聯(lián)一電阻來加以限制。實用積分運算電路2.微分電路：u-=u+=0tui0tuo0例：,求uo90°微分電路可把輸入方波轉化為尖頂波（尖脈沖）輸出EWB仿真實用微分運算電路輸入端串聯(lián)一個小電阻來限制輸入電流，從而限制了電阻R中的電流。在反饋電阻R兩端并聯(lián)雙向穩(wěn)壓管，以限制輸出電壓不超過穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。相位補償電容，以防電路產生自激，提高電路穩(wěn)定性。保證集成運放中的放大管都始終工作在防大區(qū)，避免出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象利用虛短和虛斷逆函數(shù)型微分運算電路積分運算電路逆函數(shù)型微分運算電路積分運算電路作反饋通路構成逆函數(shù)型微分運算電路即：構成與反饋通路的運算互為逆運算的運算電路這種思路具有普遍意義：微分運算電路作反饋通路逆函數(shù)型積分運算電路乘法運算電路作反饋通路指數(shù)運算電路作反饋通路逆函數(shù)型除法運算電路逆函數(shù)型對數(shù)運算電路PID調節(jié)器比例微分積分一.對數(shù)運算電路7.3對數(shù)和指數(shù)運算電路

利用PN結的指數(shù)特性實現(xiàn)對數(shù)運算利用虛短和虛斷BJT的發(fā)射結有注意：ui必須大于零，電路的輸出電壓小于0.7V利用虛短和虛斷，有用三極管實現(xiàn)對數(shù)運算注意：ui必須大于零，保證二極管能導通或三極管能正常放大。電路的輸出電壓小于0.7V。用三極管實現(xiàn)對數(shù)運算用二極管實現(xiàn)對數(shù)