模电基本运算电路PPT学习教案

1、会计学1 模电基本运算电路模电基本运算电路 第1页/共34页 满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大 器。器。 1.差模电压放大倍数差模电压放大倍数Avd= ，实际上，实际上Avd80dB即可。即可。 2.差模输入电阻差模输入电阻Rid= ，实际上，实际上Rid比输入端外电路比输入端外电路 的的 电阻大电阻大23个量级即可。个量级即可。 3.输出电阻输出电阻Ro=0，实际，实际 上上 Ro比输入端外电路的电阻小比输入端外电路的电阻小 12个量级即可。个量级即可。 4.带宽足够宽。带宽足够宽。 5.共模抑制比足够大。共模抑制比足够大。 实

2、际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都 可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器 的某个技术指标明显下降即可。的某个技术指标明显下降即可。 第2页/共34页 工作在线性区的理想集成运放具有工作在线性区的理想集成运放具有“虚短虚短”和和 “虚断虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放的特性，这两个特性对分析线性运用的运放 电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环 ( (负反馈）下工作。负反馈）下工作。 (1)(1)虚短虚短 由于运放的电压

3、放大倍数很大，一般由于运放的电压放大倍数很大，一般 通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在8080 dBdB以上。以上。 而运放的输出电压是有限的，一般在而运放的输出电压是有限的，一般在1010 V14 V。因。因 此运放的差模输入电压不足此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电，两输入端近似等电 位，相当于位，相当于 “短路短路”。开环电压放大倍数越大，开环电压放大倍数越大，两输两输 入端的电位越接近相等。入端的电位越接近相等。 “虚短虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，是指在分析运算放大器处于线性状态时， 可把两输入端视为等电位，这一特

4、性称为虚假短路，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路， 简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 第3页/共34页 (2)(2)虚断虚断 由于运放的差模输入电阻很大，一般通由于运放的差模输入电阻很大，一般通 用型运算放大器的输入电阻都在用型运算放大器的输入电阻都在1 1 M 以上。以上。因此流入运因此流入运 放输入端的电流往往不足放输入端的电流往往不足1 A，远小于输入端外电路的，远小于输入端外电路的 电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电 阻阻越大，两越大，两输入端越接近开路。输入端越接近开

5、路。 “虚断虚断”是指在分析运是指在分析运 放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这 一特性称为虚假开路，简称虚一特性称为虚假开路，简称虚 断。显然不能将两输入端真断。显然不能将两输入端真 正断路。正断路。 第4页/共34页 三、理想集成运放工作在非线性区的特点三、理想集成运放工作在非线性区的特点 工作在非线性区的理想集工作在非线性区的理想集 成运放也有两个重要特点。成运放也有两个重要特点。 1.理想运放的输出电压理想运放的输出电压uO 的取值只有两种可能的取值只有两种可能 时当 时当 uuU uuUO OH OL u 2.理想集成运放的

6、输入电理想集成运放的输入电 流等于零流等于零 0 ii 第5页/共34页 8.1.1 8.1.1 反相比例运算电反相比例运算电 路路 8.1.2 8.1.2 同相比例运算电同相比例运算电 路路 第6页/共34页 8.1.1反相比例运算电路 图图8.18.1反相比例运算电路反相比例运算电路 虚断虚断Ii If f oi R VV R VV 1 i f o V R R V 1 电压放大倍数：电压放大倍数： i f R R A 电路特点：输入、输出电压反相；由于虚地，净输入端无共模信号，因此运算精度高。但输入电阻小，电路特点：输入、输出电压反相；由于虚地，净输入端无共模信号，因此运算精度高。但输入电

7、阻小，Ri=Vi /I i =R1。 R 称为平衡电阻，称为平衡电阻，R=R1/Rf ；R1=Rf 时，电路称为反相器。时，电路称为反相器。 虚短虚短V+ V- - 且且V+ V- 0 （虚地）（虚地） 第7页/共34页 8.1.2 同相比例运算电路 根据虚短得根据虚短得 V+ V- - 整理得整理得： i f o V R R V )1 ( 1 电路特点：输入、输出电压同相，净输入端有共模信号，因此运算精度略低。但输入电阻电路特点：输入、输出电压同相，净输入端有共模信号，因此运算精度略低。但输入电阻。当。当R1=，或，或Rf=0, 电路成为电压跟随器。电路成为电压跟随器。 图图8.2 8.2

8、同相比例运算电路同相比例运算电路 电压放大倍数：电压放大倍数： 1 1 R R A f V+ =Vi o f V RR R V 1 1 第8页/共34页 电压跟随器的作用: 无电压跟随器时,负载上得到的电压为： ss s Ls L o 01. 0 1100 1 vv vv RR R 接电压跟随器时，由于有： ip0，vpvs 根据虚短和虚断有： vovn vp vs 第9页/共34页 8.1.3 8.1.3 差动比例电路差动比例电路 图图8.5双端输入求差运算电路双端输入求差运算电路 o f i f f i u RR R u RR R u u RR R u 1 1 1 1 2 2 因为因为u+

9、=u-，所以，所以 o f i f f i u RR R u RR R u RR R 1 1 1 1 2 2 第10页/共34页 整理得：整理得： 1 1 2 12 )1 ( i f i f o u R R u R R RR R u 若取若取Rf / R1 = R /R2 则有则有 )( 12 1 ii f o uu R R u 若继续有 , 1f RR 则 i1i2o vvv 即四个电阻相等 第11页/共34页 1 1 2 1 )1 ( i f i f o u R R u R R u 第12页/共34页 第13页/共34页 求图求图8.7所示仪表放大器的输出表达式，所示仪表放大器的输出表达式

10、， 并分析并分析R1的作用。的作用。 解：解：vs1和和vs2为为 差模输入信号，差模输入信号，vo1和和vo2也是也是 A3的差模信号，的差模信号，R1的中点为交流零电位。的中点为交流零电位。 图图8.7 数据放大器原理图数据放大器原理图 第14页/共34页 所以所以 )( 2 1 ( S1S2 1 2 o1o2o vv R R vvv S2 1 2 2o S1 1 2 o1 ) 2/ 1 ( ) 2/ 1 ( v R R v v R R v 显然调节显然调节R1可以改变放大器的增益。产品数据放大器，如可以改变放大器的增益。产品数据放大器，如AD624等，等， R1有引线连出，同时有一组有引

11、线连出，同时有一组R1接成分压器形式，可选择连线接成多种接成分压器形式，可选择连线接成多种R1的阻值的阻值 。 差分式的差分式的电路结构有效抑制共模干扰，差模增益较高，电路结构有效抑制共模干扰，差模增益较高，Ri = 第15页/共34页 2.4.2 仪用放大器仪用放大器 ) 2 1( 1 2 3 4 21 O R R R R A vv v v 第16页/共34页 （1） 反相求和电路反相求和电路 在在 反相比例运算电路的基础上，增加一个输反相比例运算电路的基础上，增加一个输 入支路，就构成了反相求和电路，见图入支路，就构成了反相求和电路，见图8.3。 此时两个输入信号电压产生的电流都流向此时两

12、个输入信号电压产生的电流都流向Rf 。 所以输出是两输入信号的比例和。所以输出是两输入信号的比例和。 相之和。时，输出等于两输入反当 f21 RRR 图图8.3 反相求和运算电路反相求和运算电路 )( i2 2 f i1 1 f o 21 2 2 1 1 v R R v R R v iii ii R v R v iii fi ii 8.2 8.2 加法运算电路加法运算电路 )( i2i1o vvv 第17页/共34页 （2） 同相求和电路同相求和电路 在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路， 就构成了同相求和电路，如图就构成了同相求和电路，如

13、图8.4所示。所示。 图图8.4同相求和运算电路同相求和运算电路 因运放具有虚断的因运放具有虚断的 特性，对运放同相特性，对运放同相 输入端的电位可用输入端的电位可用 叠加原理求得叠加原理求得: 第18页/共34页 R RR RRR vRR R R RRR vRR R R R RR RRR vRR RRR vRR v f 12 i21 2 2 21 i12 1 1 f 12 i21 21 i12 o )/( )/( )/( )/( )/( )/( )/( )/( R v R v R R R R R R RR v R R v R R v 2 i2 1 i1 f n p f ff i2 2 p i

14、1 1 p o )( )( 由此可得出 / / fn 21p RRR RRRR 式中 v v RRR vRR RRR vRR v ) /( ) /( ) /( ) /( 12 i21 21 i12 v RR R v o f 而 , i2i1o f21 np vvv RRR RR 时 当 ， 第19页/共34页 8.3 8.3 减法运算电路减法运算电路 （1 1）单运放减法运算电路）单运放减法运算电路 o f i f f i u RR R u RR R u u RR R u 1 1 1 1 2 2 因为因为u+=u-，所以，所以 o f i f f i u RR R u RR R u RR R

15、1 1 1 1 2 2 第20页/共34页 整理得：整理得： 1 1 2 21 )1 ( i f i f o u R R u RR R R R u 若取若取R=Rf = R1 =R2 则有则有 12iio uuu 第21页/共34页 （2 2）具有高输入电阻的双运放减法运算电路）具有高输入电阻的双运放减法运算电路 1 11 1 01 )1 ( i f u R R u 第22页/共34页 当当R12 R11 = Rf1 Rf2时，电路可抑制时，电路可抑制 共模分量。若取共模分量。若取R12 =Rf1、 R11=Rf2，则，则 有：有： )(1 ( 12 12 2 ii f o uu R R u

16、1 12 2 11 1 2 12 2 )1 ()1 ( i ff i f o u R R R R u R R u 第23页/共34页 )( )( i4 4 f i3 3 f i2 2 f i1 1 f o i2 2 f i1 1 f o1o1 v R R v R R v R R v R R v v R R v R R vv 第24页/共34页 8.2 积分和微分运算电路积分和微分运算电路 8 8.2.1 .2.1 积分运算电路积分运算电路 8 8.2.2 .2.2 微分运算电路微分运算电路 第25页/共34页 8.2.1 积分运算电路积分运算电路 积分运算电路的分析方法与求和电路积分运算电路的

17、分析方法与求和电路 差不多，反相积分运算电路如图差不多，反相积分运算电路如图8.88.8所示。所示。 图8.8 积分运算电路 第26页/共34页 ，于是根据虚地有 R v i i tv RC vd 1 iO 当输入信号是阶跃直流电压当输入信号是阶跃直流电压VI时，即时，即 t RC V tv RC vv I iCO d 1 图图 8.8 积分运算放大电路（积分运算放大电路（动画动画8-1） dt dv dt dv oc cci f 第27页/共34页 例例8.2:8.2:画出在画出在 给定输入波形给定输入波形 作用下积分器作用下积分器 的输出波形。的输出波形。 (a) 阶跃输入信号阶跃输入信号 (b)方波输入信号方波输入信号 t RC V v I O 第28页/共34页 注意当输入信号在某一个时间段等于零时，积注意当输入信号在某一个时间段等于零时，积 分器的输出是不变的，保持前一个时间段的最分器的输出是不变的，保持前一个时间段的最 终数值。因为虚地的原因，积分电阻终数值。因为虚地的原