模擬信號(hào)運(yùn)算電路

7.1.1理想運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)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。7.1理想運(yùn)放的概念當(dāng)前第1頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)7.1.2理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)

輸出電壓與其兩個(gè)輸入端的電壓之間存在線性放大關(guān)系，即+Aod理想運(yùn)放工作在線性區(qū)特點(diǎn)：1.理想運(yùn)放的差模輸入電壓等于零即——“虛短”“虛短”是指在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。當(dāng)前第2頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)2.理想運(yùn)放的輸入電流等于零由于

rid=∞，兩個(gè)輸入端均沒有電流，即——“虛斷”7.1.3理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)傳輸特性+UOPPuOu+-u-O-UOPP理想特性7.1.2理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)“虛斷”是指在分析運(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱為虛假開路，簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。當(dāng)前第3頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)特點(diǎn)：當(dāng)

u+>u-

時(shí)，uO=+UOPP當(dāng)

u+<u-時(shí),uO=-

UOPP1.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-?！疤摰亍辈淮嬖?.理想運(yùn)放的輸入電流等于零7.1.3理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)當(dāng)前第4頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)

實(shí)際運(yùn)放

Aod≠∞，當(dāng)

u+與

u-

差值比較小時(shí)，仍有

Aod(u+

-

u-

)<UOPP，運(yùn)放工作在線性區(qū)。

例如：LM741的

Uopp=±14V，Aod

2×105

，線性區(qū)內(nèi)輸入電壓范圍uOu+-u-O實(shí)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。7.1.3理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)當(dāng)前第5頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)分析運(yùn)算放大電路的基本依據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)，即工作深度負(fù)反饋。

當(dāng)運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，“虛短”和“虛斷”的概念是成立的，“虛短”和“虛斷”是分析各種運(yùn)放構(gòu)成的線性電路的基本出發(fā)點(diǎn)和基本依據(jù)。大家在理解的基礎(chǔ)上要牢牢記住。當(dāng)前第6頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)特點(diǎn):虛短:

u+=u-

（∵Aod＝∞）

(理想運(yùn)放的差模輸入電壓等于零)虛斷:

i+=i-=0(∵rid＝∞）

(理想運(yùn)放的輸入電流等于零）比例運(yùn)算電路的作用：將信號(hào)按比例放大?！?.2比例運(yùn)算電路當(dāng)前第7頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)7.2.1反相比例運(yùn)算電路為使差動(dòng)放大電路參數(shù)對(duì)稱，選R2＝R1//RFR2稱為平衡電阻?！呱钬?fù)反饋虛短：虛斷：u－=u+=0(虛地）i+=i－=0當(dāng)

R1＝RF時(shí)，Auf=-1——單位增益倒相器電壓并聯(lián)負(fù)反饋當(dāng)前第8頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)7.2.2同相比例運(yùn)算電路R2＝R1//RF∵深負(fù)反饋虛短：u+=u－虛斷：i+=i－=0u+=uI電壓串聯(lián)負(fù)反饋當(dāng)前第9頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)同相比例運(yùn)算電路的特點(diǎn)1）不存在“虛地”，集成運(yùn)放輸入端可能具有較高的共模輸入電壓；2)電壓放大倍數(shù)Auf≥1;當(dāng)RF=0時(shí)，Auf=1,此時(shí)稱為電壓跟隨器。3）輸入電阻高，若在理想運(yùn)放條件下，Rif→∞;輸出電阻很低。當(dāng)前第10頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)7.2.3差分比例運(yùn)算電路滿足R1=R1′RF=RF′∵深負(fù)反饋虛短：u－=u+虛斷：i+=i－=0三種比例運(yùn)算電路之比較：P286表7-1特點(diǎn)：1）不存在“虛地”。2）對(duì)元件的對(duì)稱性要求較高，輸入電阻不夠高。當(dāng)前第11頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)7.2.4比例電路應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)變、溫度等物理量通過傳感器轉(zhuǎn)換成電量時(shí)，獲得的信號(hào)電壓變化量常常很小，而共模電壓卻很高，所以傳感器后面的數(shù)據(jù)放大器必須具有很高的共模抑制比，同時(shí)要求有較高的輸入電阻，以免對(duì)傳感器產(chǎn)生影響。三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器（儀用放大器）是目前應(yīng)用比較廣泛的電路之一。當(dāng)前第12頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)7.2.4比例電路應(yīng)用實(shí)例在R2＝R3、R4＝R5、R6＝R7，精確匹配時(shí)，可得A1、A2為同相比例運(yùn)算電路。電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，其漂移和失調(diào)都有相互抵消的作用A3為差分比例運(yùn)算電路當(dāng)前第13頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)7.2.4比例電路應(yīng)用實(shí)例例7.2.2求Auf

和Rif解：∵深負(fù)反饋虛斷

i+＝i－＝0i1＝i2虛短

u－＝u+＝0（虛地）當(dāng)前第14頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)7.2.4比例電路應(yīng)用實(shí)例對(duì)比：可得：輸入電阻：Rif=R1

為了用低值電阻實(shí)現(xiàn)高電壓增益的比例運(yùn)算，常用T型網(wǎng)絡(luò)代替RF當(dāng)前第15頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)§7.3求和運(yùn)算電路（加法電路）7.3.1反相求和電路R′＝R1//R2//R3//RF∵深負(fù)反饋虛斷：i+=i-=0iF=

i1+i2+i3虛短：u-=u+=0（虛地）若R1=R2=R3=R,

則當(dāng)前第16頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)例：7.3.1uo=-3uI1-10uI2-0.53uI3解：已知

uo=-3uI1-10uI2-0.53uI3

對(duì)比

可得：

RF/R1=3,RF/R2=10,RF/R3=0.53選

RF=100kΩ

則R1=RF/3=33.3kΩR2=RF/10=10kΩ

R3=RF/0.53=188.7kΩ

R′=R1//R2//R3//RF=6.88kΩ

選取精密電阻例子當(dāng)前第17頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)7.3.2同相求和電路∵深負(fù)反饋虛斷：i+=i-=0虛短：u+=u-當(dāng)調(diào)節(jié)某一回路的電阻時(shí)，會(huì)影響其他輸入與輸出的關(guān)系，估算和調(diào)試過程麻煩；不“虛地”，共模輸入電壓較高。實(shí)際應(yīng)用不如反相求和電路廣泛。當(dāng)前第18頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)7.3.3利用反相信號(hào)求和實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算若

Rf1=R1,Rf2=R2=R3

則

uo=－(uI2－uI1)=uI1－uI2反相比例運(yùn)算電路反相求和電路當(dāng)前第19頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)§7.4積分和微分電路虛斷：i-=i+=07.4.1積分電路一、電路分析虛地：u-=0

uo=－uciI=iCiI=

uI/RiC=

uI

/R當(dāng)前第20頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)二、輸入輸出波形（一）輸入電壓為矩形波（二）輸入電壓為正弦波t0<t<t1,uI=UIuo相位比uI領(lǐng)先90°7.4.1積分電路當(dāng)前第21頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)例7.4.1解：①R＝100kΩ,C=0.5μFt=(0~10)ms期間，uI=10V,t0=0時(shí)Uo(0)=0t=10ms時(shí)，uo1=-2Vt=(10~30)ms期間，uI=-10V,t0=10ms時(shí)Uo(0)=-2Vt=30ms時(shí)，uo1=2Vt=(30~50)ms期間，uI=10V,uo1從+2V開始以200V/s負(fù)向增長。將矩形波轉(zhuǎn)換成三角波。例子當(dāng)前第22頁\共有23頁\編于星期一\4點(diǎn)例子②R＝50kΩ,C=0.5μFt=