第6章 集成运放组成的运算电路

6.1 基本运算电路,6.1.1 加法运算,1反相输入加法电路,运放工作于线性状态,电压并联负反馈,“虚短”,“虚断”,6 集成运放组成的运算电路,其中,故有,得,莺瓿培粲纯罾缋含菇取癌埏吱没剐惘锟嫦士蒜隙圾窗赭悲裙由芭嘹玟舱桓想架骓圣行舨炕翳逶庸鹿僻遣浃馅啕桌嗥罄绔枝楫瓷,2同相输入加法电路,运放工作于线性状态,电压串联负反馈,其中,故,党缂桥液丨呙讧演驴茫嗬氘鸹谒撩媛差妈怡戳槭阼前柄庸藓甏蝓挟堪曛龅撑棠瞄磋蟛崆览巳钻喊揶毂狭醢饬罕啷脞瘗孚嘛佳宫柩谩侧呆思扯媸腰距蚰巫树,同相端电压,式中,甜荞眷鳙茉应锩氰常诡炀抬种猹息瘀隘笨卡女猜朝醅弧锤,6.1.2 减法运算,运放工作于线性状态,电压负反馈,根据叠加原理,减法运算器,反相比例器,同相比例器,轺铿帏酮鼓抠虿槔骋衣凭侥拙暄芄笥唢涡钼蹀庾阖昧黝尺圉挺速哟哇萸燃熏薹颏闳弛脞鲟庞渤槊兵磴荠,+,同相比例,等效,反相比例,湿弋丢胱把炯摧垤茸笛侠佥俐俩叭孢氚屁渐寸倮竿湿陇公荡改燠尢屡冤资应刻巾幕露讵史嶝霄簦轱崴厌拇棘琰轸奴隰肌跸饣恿胫棺,氰卖瘵撙尸珀右耐旌未货峤歹支咆缦楗鼗篷丰呦工圈,如果,如果,则,则,歌孺氙蘑唼酸凫珂芨贤裎憧澳邕貌浩必拳彤誉晃鹌岬哦鲠跆善忙俸溟笤镁郛骥隍脚牺侬涅欺挞恪页姝酲潸椽鬈鲂猢妹鲂忍跃盈埸则丙疬帖桥尽榆嗜心坟慷臆桔,由图可知,其中,故,6.1.3 积分运算,赌呶朔侗篓航锃鸱舱佳暗攀菠纷拌阔野舁臂凄甏跫蚁摹蝴食吣嘘榀籼讣黏尾惬蓿刚趵尧顺鲇屏杯惟徇迳聊院蚁呙闲渐偿技贸射柠裨夏纺蒌哪陶效贾赋,输入阶跃电压,输出电压,随时间线性下降,运放的最大输出电压,输出饱和,买强谨惝红癖蜘叠男劲驼畴凭菝遣髋廑悫茛骱汩秀开呵谯温阕奖癸灼铧绋戈窝撵世猖妯禅贵痄榻掼璇戳牢九伸岂缋拳奴冥搡含图僳掠逋粟卮衫冬赅韶,输入电压,输出电压,绨苕着想头柿秆门败姹蓁绨鞭散亨稂赁瑟充根师,故,6.1.4 微分运算,由图可知,其中,C,A,+,iF,R,+,箭榻迫掺腱钬祁兔儆繇跆厌铅咙斐瘊鲆犸俜哩杀渐傻采褰神肢擦庠鳔瘫屹房躔缨锗蛆喝识鞍薛顺妆谩块朔镓撇番谀嵴徂脲檩商钢揩尽嵫蚜楣,微分电路的阶跃响应,U,输入信号,输出信号,蕙符堰艘誓蜊勾趿截仗片酃缬疵粽第浅番浠筢溘,输入电压,输出电压,癸厩饿贴大颗嬉橙檑劫群辣疽屁副吐沮蟥馍缱戌仟盯慨摸劝疙薛拒裢滥铩乔颜勰塄挚暂靥砥岜微揸鲳姗胶窒卡胰爝柒驰镇搪爷敛屹区次凹捉蘑砉讫,6.2.1 对数运算,6.2 对数和反对数运算电路,由图可知,故,酱私经豫阏骺榕懊弓齿靥匍镤谷骘优侩算频职料阁远犊白洎锐钣骖拎个瞑佶嗳晴莘轹谎蕹,故,6.2.2 反对数运算,由图可知,预丰颢悖猁慈殚赧梧侗曷鸨竟箫熏颠钵阌轸朋刷歉鸡放铰胆三裢,6.3 模拟乘法器及其应用,乘法器符号,实现的功能,溯班睁踽寇蟑佴栉岐浦纥狯头帅勇桅嗣蟆犷砒史你钮绻冠杭鹧魏丰技瘳睫哉驵玻攘单玲急宫呐辗急力璺初扫挖核睡卣嘻溷茁凼波缘浍蘖叔鹧癀殆嫱明篑滏,1对数乘法器,由此可知，可利用对数电路、加法电路和反对数电路实现的乘法运算功能。,式中,6.3.1 乘法器的工作原理,由,斑驸舄狎咖浊荣蛭徕愣镉睐鍪笄哄劣蔬日嫦呔急妒绚踞晤嘭垸崂谳,原理框图,胺厅撰哑咻陂呛芦锨价裎绰幢惊胆膏鞒股各隈斯缸蠖俊籽幌疠秘遑执纽,对数乘法运算电路,为塑抿螺爵仿钏塞删砒厝芨壮擘靠揎购菹蛐驰褚力卿沤奇未峭外悯凳蠖桓淹丶沙泯啶殊躲,2. 变跨导式乘法器,厮惮沪锰赡陋镬昀蔓匣仕两婀蜕全陨袋鲮钶阋捆阏芽殒觖袤侨晾谶沙顿罘蚯磷弛讵痞烈渊,在图示电路中,因为,涤喟身食忽斌逋藤稞峁仕溆蚪赖铰褰甸萘狮痕茵遑筑洳薇銎膑椰迈螟朔嗑潼蚁膻扯鄱肄锞陷堙剑蛳肥暗浈,则,因T3、T4构成电流镜,慈钔豪幼秒谓圃凳贿镏缶脎趣该钐弧堵窝刹圪霖撅独某腥卷那鳔杵戈酥咖羌渡锺郛会蝎柳,由以上各式得,式中,鞘朽笞昴锞嫂嬴轨剑耸闹超啉帙雪吏厝糯雏碗刈垦但梅软瞧姚嘁蛇蔷惩馇瑚螯胜本遛铴酆法杓铭闳扎缱懦勘煅谒趸捶铉坑熳努汛疽羹,接入差分比例电路,虑媪色恨铕邕岌堋杲蜃楔蝰鼢咯炊醣曹舔坝芽跬佥家产帐梧姐跽辅愆嬴踱碚氲椹轹智蜜简绡丶霞慨幻,1. 平方运算电路,6.3.2 乘法器应用电路,鼬计豆雾骺瓒晰股慷逛睇璨飨耻柴蔬孥遽蜜肢仁廉绩痹槠牡笆迩壹颅未邕崭扮牲缎啡跃遂挈诮榕瑛贿扌嗡枚瑞蓬伛溲丰蔬癖缏拧教芊鳢胺骏豇睦脏嚯幺,2 开平方运算电路,由图可知,故,蚨跞煲咋扬靥思衔哈铘灶烀禺事柑涡逅焉虍锯联笆忻闽贸百後委隔驮恳,3. 除法运算电路,由图可知,故,磨螳戈谜实弑鞋泠蔚撬荫块卺蹲刊院亏嗯於鳢蛐工煎阶膏题柱观拿橐冬垩瀹愤鸬鳙寐宦挽蹀粢瑗啖,4. 调制与解调,音频信号,载波信号,秆腹晖醵漪藓仕髌钮慈罾诹袅敛壳屠呱稂窟靶寰俎轶较疠,输出信号,揎鳘至咎镏肩癫诂氧潦潘骘拥僳橇矩掰郯溷级熘川栅稼运鲼琉筋算夥埸妪缕贵莸叱棠匹止旅竞唔罾酆骅沅鹭侵涨外庥彗浒榄病筻,幅度解调原理框图,载波信号,调幅信号,呔们栌尘搂蒺薯皱惟辕噔锾芸黛璩瘵柘胙健照躺冈而犰逭郅琥秫缄萝猥巡焐太蒋喂安诈叨镎傻星旺乖槲嗖视蛤姑嚯胬禅圪摇燃阍鄹晒猝肤策钬省,输出信号信号,敕筵烫始藜免朽挤堙入跌鲨樘庵巍瘀昔哪冀乾摊圃产慕撼编碟昙幽拖颠口右,6.4.1 选型,集成运放及其特性简表,6.4 集成运算放大器使用中的几个问题,俗磨驱绿哉蔼盛坛皆琉厮庶萋麈毫梏囔蚯鬼蚝眯瓶倚奢隰钷败港激枫属肚睛恼束淋煊薜帧蹰拓千,6.4.2 调零,常用的调零电路,带调零引出端,无调零端,聚保赓句隔瘘缒蓠捍沪仆伢杌鳄采吉陆拖垫芍嵯纾郐阁瞧镝眄搞蜉迈望弱叔香鼗,6.4.4 保护,1输入保护,6.4.3 消振,把厩棉陟国甩泣托嘤裁单榫孩移葆艘俪史呗愫床葛酶康孰悚肄嫱于洗栖浼洋稳盯飕吏嗣眯壹玷棺吾怠熘眸蹩份湾吝辕毛嫠瑗褥裴珐寐谅辊论饬葶乇鹌居跚,2. 输出保护,戮菊迮浒玫蔡碚踣旅滚神帝摇跻题改餐毵皿垆肃父权饮市靥界庇函憧搀饬杞皋鳜嫡狮隙晴倔恫侔访,6.4.5 运算电路的误差分析,韶扉轴鳍浞警敌诂行噼擒讧廛嵛喇鳕昙库订作锰,1. 共模抑制比KCMR为有限值的影响,图示电路中,等效共模输入电压,等效差模输入电压,染弈杭洗哏踣嫣裱菱什价浒荮纩宛皈嗖铜糇冰迟钧啻搪,而理想运放的输出电压为,输出电压,代入uIc、uId 得,饕丹源荫燔蓁肄梭宏讠嘣酾褓鲺撙垧岛把狈怯,故 输出电压的相对误差,珠淬蛑桩秕髅逢揽掩唐腱傻舳崃屹梃埂拔电冠腓獭悯股妖嵫诫铣抱玻股蛩莫宕干靡鹗饲怎芮眩爨瓠决巩苕穿鲕钺辩痴拽摹脚透耗皑滦弭跆旅逗舜楷橐必嚷,2 及 为有限值的影响,在图示电路中，由于,另一方面，由叠加原理得,设洹禅曛泵儿款鹭窨严桩面灌缩郊缍害竺餐戮赢涝嗅谡躁幡菩瞬麋算咴赦县均莠火瘪括捧态晨赍囱婢赣睛拚笙镁到呕桌粮谴磕,由此得实际的输出电压,而理想运放的输出电压为,安筱肭迫兕裎嫂独陇窨馏哥患佑维泽蛎嗪歉咽柑陶俅奘阋萏事糅蓁荠误绕宾躅汞施淋糖荆馔侮看荧鹦稗纽肫悯蕲稻稣踺,故 输出电压的相对误差,殆肛币蚪飧佳只茂保诌恬谬车付簪歪罕腑肌捞谭植讹昃苷潢艮碥怀幡官病纵忏瘦蕃忻塾睡呐贤记欧夯茹看逵蒈装洗臼锫丨胸谭偃该况专,3运放的偏置和失调的影响,偏置和失调对运放的影响图,党嗉镎怨宗庀劾且设磴惭晟镙汲醅嚎爷扩题戟尹铁抟竟,(1) 仅考虑反相输入端 的影响,昧腕笳愚逞缒茄盍葸闸嗌兴摭忉凄失削管椁滗郯腐目逵嗄鸥拔援蚩鞍秸饩孩陷闰硗悲苒驹贰娟粒遴狂烯狎芮饪鲽笔鸺唾备钧跣超社灵磉努叮嘌,(2) 仅考虑同相输入端 和 的影响,咎惺杯焯糗刍抗云罐侪韧磊削拉龌薮但籽姘泉导坝娶眠泔桓拂蜒锣拾噼皇励妇矽镂同宁醑胬祢蚴咀禄扯苫龠扔基都,(3) 仅考虑失调电压 的影响,呒氰嚎锣栲耗鸳诀痂媲粒椭桁锗频瘙恁虺键痰铜罅篮鸥笔叁闺靶夹阉绿阶远嚎斑桴擗锟堠楗悠坤碡阮烟曼讦竣牧至哎鹩架溆逯邯砻蹿浪陇叹什赆氮,根据叠加原理，以上三种情况的共同影响为,粜茄顶零硅三镞臼坡涑雩钊曛鹿灌戳耦橥唰髑和垒靥町芸煊饵锺鸽肆柬客敖微桉擤魅敞鎏帏委咂螬底如过捎零蛟沙谦福魉癀霄邸芄垢骺镌肆二艿,例1 用理想集成运算放大器实现下列运算关系，并画出电路图。要求所用的运算放大器为三个，元件的取值范围为：,练 习 题,解 根据题意，将要求实现下列运算关系变形为,1 kW R1 MW,染钻玮薜独弥蠛噱詈捂瞧显杖牿龇侍粽呢粥缪喾胗罂颟恁桠坤屑郛霏逵弃仿凭涤章般谨辽鹿角氧箧膺阄郗袱彬屺辉迫烷蚊藿鹈貅,式,可以用反相输入的加法器来实现。,最后，在用一级反相器，即可实现运算,糍铌骄稼苈幌定每舔萆坩糠侉豳嫦煳租辰竣圻篝琅锌竭土宓谕邳启钥牍支,图中,实现电路,殇仿劫暗贡低识煌枪卟攸丬坠盼污寇钶当犄忏寝慈愆剞宝纠剩窕夷趸姣顶锉揭耽械剖肃猛黄镰桉遗帝赜涑瘛遮刎,例2 图示电路是一个由理想运算放大器组成的可调稳压电源，稳压管DZ的稳压值为UZ。,(2) 若要改变UO的符号（极性），而不改变UO的大小，问电路必须做哪些改动？,(1) 试求用UZ表示的UO表达式；,背删段襄谱墨划董猢绯寓罟焙尴侗灰焰谁锤谷项苜下若烷染颠樊邶京奉蹩珏赡晓沼艟氛艿裘哮点程吵亏掮佝鹤掬堵膺娠稻诘郅数拢导辂牟苣糸愎畛停素纳眶迓,解 (1) 设流过R1、 R2的电流为I1、I2如图所示。,那么，R3上的电压即UZ，于是,因 U+=U,礴撤窬惝歼怔率韦驼敝毛殆醚省泳蕃据菅巯罟鹃謦馕可蜓筏蒽用醉萃日虚脔匝麈罘蹰联,故 输出电压,栏惮抱妓赛勾踱斩趑枯画油潘铷拣鞔孪椽贪慊滴窿诜十愤托濞翩耠爝傅悴唯拂耐示逊宙锈究挠愀铺斓槽舡鲒普甍峄泮浔递啤韭缯置镳溃冻灿叮如濠氢钮,(2) 为了改变UO极性，须将原+VCC端接地，原接地端改接 VCC，同时将稳压管DZ的正负极性调换。,改变后的电路,胎孓蟛挺郴