第七章模擬信號運算電路

第七章

模擬信號運算電路7.2比例運算電路7.3求和電路7.4積分和微分電路7.5對數(shù)和指數(shù)電路7.6乘法和除法電路7.1理想運放的概念當前1頁，總共37頁。7.1理想運放的概念一、理想運放的技術(shù)指標開環(huán)差模電壓增益Aod=∞；輸出電阻ro=0；共模抑制比KCMR=∞；差模輸入電阻

rid=∞；UIO=0、IIO=0、UIO=IIO=0；輸入偏置電流IIB=0；-3dB帶寬fH=∞，等等。當前2頁，總共37頁。二、理想運放工作在線性區(qū)時的特點輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在線性放大關(guān)系，即+Aod集成運放的電壓和電流當前3頁，總共37頁。2.理想運放的輸入電流等于零由于rid=∞，兩個輸入端均沒有電流，即——“虛斷”理想運放工作在線性區(qū)特點：1.理想運放的差模輸入電壓等于零即——“虛短”當前4頁，總共37頁。三、理想運放工作在非線性區(qū)時的特點傳輸特性集成運放的傳輸特性實際特性非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)uOu+-u-O當前5頁，總共37頁。理想運放工作在非線性區(qū)特點：當u+>u-

時，uO=+UOPP當u+<u-時,uO=-

UOPP

1.uO

的值只有兩種可能在非線性區(qū)內(nèi)，(u+

-

u-)可能很大，即u+≠u-。“虛地”不存在2.理想運放的輸入電流等于零當前6頁，總共37頁。實際運放Aod≠∞，當u+與u-

差值比較小時，仍有Aod(u+

-

u-

)〈UOPP，運放工作在線性區(qū)。例如：F007的Uopp=±14V，Aod

2×105

，線性區(qū)內(nèi)輸入電壓范圍uOu+-u-O實際特性非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)但線性區(qū)范圍很小。集成運放的傳輸特性當前7頁，總共37頁。-例:判斷運放電路是否存在虛短--當前8頁，總共37頁。7.2比例運算電路一R2=R1//RF由于“虛斷”，i+=0，u+=0；由于“虛短”，u-=u+=0——“虛地”由iI=iF

，得反相比例運算電路由于反相輸入端“虛地”，電路的輸入電阻為Rif=R1當R1＝RF時，Auf=-1——單位增益倒相器當前9頁，總共37頁。二、同相比例運算電路R2=R1//RF根據(jù)“虛短”和“虛斷”的特點，可知i+=i-=0；又u-

=u+=uＩ得：由于該電路為電壓串聯(lián)負反饋，所以輸入電阻很高；輸出電阻很低。uI當前10頁，總共37頁。當RF=0或R1=時，Auf=1——電壓跟隨器uIu-當前11頁，總共37頁。三、差分比例運算電路在理想條件下，由于“虛斷”，i+=i-=0由于“虛短”，u+=u-

，所以：電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻Rif=2R1當前12頁，總共37頁。三種比例運算電路之比較反相輸入同相輸入差分輸入電路組成要求R2=R1//RF要求R2=R1//RF要求R1=R1′RF=RF′電壓放大倍數(shù)uO與uI

反相，可大于、小于或等于1uO與uI

同相，放大倍數(shù)可大于或等于1RifRif=R1不高Rif=(1+Aod)Rid高Rif=2R1不高Ro低低低性能特點實現(xiàn)反相比例運算；電壓并聯(lián)負反饋；“虛地”實現(xiàn)同相比例運算；電壓串聯(lián)負反饋；“虛短”但不“虛地”實現(xiàn)差分比例運算(減法)“虛短”但不“虛地”當前13頁，總共37頁。四、比例電路應用實例三運放數(shù)據(jù)放大器原理圖uI1uI2兩個放大級。結(jié)構(gòu)對稱的A1、A2

組成第一級，互相抵消漂移和失調(diào)。

A3

組成差分放大級，將差分輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出。當前14頁，總共37頁。當前15頁，總共37頁。由同相比例運放的電壓放大倍數(shù)公式，得則同理所以

則第一級電壓放大倍數(shù)為：改變R1，即可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。

R1開路時，得到單位增益。當前16頁，總共37頁。A3

為差分比例放大電路。當R4=R5，R6=R7時，得第二級的電壓放大倍數(shù)為所以總的電壓放大倍數(shù)為當前17頁，總共37頁。例１：求輸入輸出關(guān)系思考當前18頁，總共37頁。例２：求輸入輸出關(guān)系當前19頁，總共37頁。Ｔ型反饋網(wǎng)絡比例電路例３：求（１）輸入電阻；（２）輸入輸出關(guān)系思考i1i2i3i4當前20頁，總共37頁。例：求電路的輸入輸出關(guān)系uI1uI2uO1當前21頁，總共37頁。7.3求和電路求和電路的輸出量反映多個模擬輸入量相加的結(jié)果。一、反相輸入求和電路由于“虛斷”，i-=0所以：i1+i2+i3=iF又因“虛地”，u-

=0所以：當R1=R2=R3=R時，當前22頁，總共37頁。二、同相輸入求和電路由于“虛斷”，i+

=0，所以：解得：其中：由于“虛短”，u+=u-當前23頁，總共37頁。例：用集成運放實現(xiàn)以下運算關(guān)系解：當前24頁，總共37頁。比較得：選RF1=20k，得：R1=100k，R3=15.4k；選RF2=100k，得：R4=100k，R2=10k。當前25頁，總共37頁。例：單運放的加減運算電路R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6當前26頁，總共37頁。R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6當前27頁，總共37頁。7.4積分和微分電路一、積分電路由于“虛地”，u-

=0，故uO=-uC又由于“虛斷”，iI=iC

，故uI

=iIR=iCR得：τ=RC——積分時間常數(shù)當前28頁，總共37頁。積分電路的輸入、輸出波形(1)輸入電壓為矩形波t0t1tuIOtuOOUI當t≤

t0

時，uI=0，uO=0；

當t0<t≤t1

時，uI=UI=常數(shù)，

當t>t1時，uI=0，uo保持t=t1時的輸出電壓值不變。即輸出電壓隨時間而向負方向直線增長。當前29頁，總共37頁。例：積分電路輸入矩形波，電容兩端存在初始電壓，畫出輸出波形tui0tuo0當前30頁，總共37頁。(2)輸入電壓為正弦波tuOO可見，輸出電壓的相位比輸入電壓的相位領(lǐng)先90

。因此，此時積分電路的作用是移相。tuIOUm當前31頁，總共37頁。二、微分電路

基本微分電路由于“虛斷”，i-

=0，故iC

=iR又由于“虛地”，u+

=u-=0

，故可見，輸出電壓正比于輸入電壓對時間的微分。微分電路的作用：實現(xiàn)波形變換。當前32頁，總共37頁。7.5對數(shù)和指數(shù)電路一、對數(shù)電路由二極管方程知當uD

UT

時，或：利用“虛地”原理，可得：

用三極管代替二極管可獲得較大的工作范圍。