章集成电路运算放大器的线性运用PPT学习教案

1、会计学1 章集成电路运算放大器的线性运用章集成电路运算放大器的线性运用 2.理想运算放大器：理想运算放大器： 开环电压放大倍数开环电压放大倍数 AV0= 差摸输入电阻差摸输入电阻 Rid= 输出电阻输出电阻 R0=0 为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈： 理想运放工作在线性区的条件理想运放工作在线性区的条件 ： 电路中有负反馈！电路中有负反馈！ 运放工作在线性区的分析方法：运放工作在线性区的分析方法： 虚短（虚短（U+=U-） 虚断（虚断（ii+=ii-=0） 3. 线性应用线性应用 第1页/共36页 4. 非线性应用非线性应用 运放工作在非

2、线性区的特点：运放工作在非线性区的特点： 正、负饱和输出状态正、负饱和输出状态 电路中开环工作或引入正反馈！电路中开环工作或引入正反馈！ 运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论 第2页/共36页 7.2.1 比例运算比例运算 7.2.2 加法与减法运算加法与减法运算 7.2.3 微分与积分运算微分与积分运算 7.2.4 基本运算电路应用举例基本运算电路应用举例 第3页/共36页 7.2.1 比例运算比例运算 一、反相比例运算一、反相比例运算 运算放大器在线性应用运算放大器在线性应用 时同时存在虚短和虚断时同时存在虚短和虚断 0 ii 虚断虚断 F 1

3、ii - 0 uu虚地虚地 fFO Riu 1 f 11 fF i o f R R Ri Ri u u Au 为使两输入端对地直流电阻相等：为使两输入端对地直流电阻相等：R2 = R1 / R f 平衡电阻平衡电阻 特点特点 ： 1. .为深度电压并联负反馈，为深度电压并联负反馈，Auf = Rf / R 1 2. 输入电阻较小输入电阻较小 RifR if R if = R1 3. uIC = 0，对，对 KCMR 的要求低的要求低 u+ = u = 0虚地 虚地 第4页/共36页 二、同相比例运算二、同相比例运算 I uuu F 1 ii ， f IO 1 I R uu R u I 1 f

4、O )1(u R R u 1 f f 1 R R Au Auf = 1 跟随器跟随器 当当 R1 = ，Rf = 0 时时 ， 特点：特点： 1. 为深度电压为深度电压串联串联负反馈负反馈 ， Auf = 1 + Rf /R1 2. 输入电阻大输入电阻大 R if = 3. ，对，对 KCMR 的要求高的要求高uIC = u iu+ = u = uI 第5页/共36页 7.2.2 加法与减法运算加法与减法运算 一、加法运算一、加法运算 1. 反相加法运算反相加法运算 R3 = R1 / R2 / Rf iF i1 + i2 2 I2 1 I1 f O R u R u R u )( 2 I2 1

5、 I1 fO R u R u Ru 若若 Rf = R1= R2 则则 uO = (uI1+ uI2) 第6页/共36页 第7页/共36页 R2 / R3 / R4 = R1/ Rf u R R u)1( 1 f O ) / / / / )(1( I2 423 42 I1 432 43 1 f O u RRR RR u RRR RR R R u I2 423 42 I1 432 43 / / / / u RRR RR u RRR RR u 若若 R2 = R3 = R4 ，则则 uO = uI1+ uI2 Rf = 2R1 2. 同相加法运算同相加法运算 第8页/共36页 第9页/共36页 法

6、法 1：利用叠加定理：利用叠加定理 uI2 = 0 uI1 使使 ： I1 1 f O1 u R R u uI1 = 0 uI2 使：使： u R R u)1( 1 f O2 2I f1 f 1 f 2O )1(u RR R R R u 一般一般R1 = R 1； Rf = R f uO = uO1 + uO2 = Rf / R1( uI2 uI1 ) 法法 2：利用虚短、虚断：利用虚短、虚断 f1 fI1 f1 1O RR Ru RR Ru u f1 fI2 RR Ru u u uo = Rf /R1( uI2 uI1 ) 减法运算实际是差分电路减法运算实际是差分电路 二、减法运算二、减法运

7、算 第10页/共36页 第11页/共36页 7.2.3 反相输入运算电路的组成规律反相输入运算电路的组成规律 1Ii ifu 2Fo ifu I i1.正函数型的反相运算电路正函数型的反相运算电路 输入回路采用函数元件输入回路采用函数元件1,使使 反馈回路采用电阻元件反馈回路采用电阻元件2 1Ii ifu 1oFi uRfu 第12页/共36页 2.反函数型的反相运算电路反函数型的反相运算电路 输入回路采用电阻元件输入回路采用电阻元件1 反馈回路采用函数元件反馈回路采用函数元件2,使得使得 2Fo ifu 1 2 i o u uf R 第13页/共36页 7.2.4 微分与积分运算微分与积分运

8、算 t u Ci d d I 11 R2 = Rf 虚地虚地 F 1 ii 虚断虚断 t u CR Ri u d d I 1ffFO RfC1 = 时间常数时间常数 微分电路输出电压微分电路输出电压: 一、微分运算一、微分运算 uI tO u O tO 第14页/共36页 二、积分运算二、积分运算 1 I 1 R u i t u Ci d d o F = )0(d 1 oI f1 C utu CR u 当当 uI = UI 时，时， f1 I o CR tU u 设设 uC(0) = 0 时间常数时间常数 = R1Cf 积分电路输出电压：积分电路输出电压： t u O O 第15页/共36页

9、7.2.5 基本运算电路应用举例基本运算电路应用举例 例例 7.2.1 测量放大器测量放大器( (仪用放大器仪用放大器) ) 同相输入同相输入 同相输入同相输入 差分输入差分输入 uo1 uo2 对共模信号：对共模信号： uO1 = uO2 则则 uO = 0 对差模信号：对差模信号： R1 中点为交流地中点为交流地 第16页/共36页 ) 2/ 1( 1I 1 2 O1 ，u R R u ) 2/ 1( 2I 1 2 O2 ，u R R u )( o1o2 3 4 O uu R R u )( 2 1( I2I1 1 2 3 4 uu R R R R ) 2 1( 1 2 3 4 I2I1 o

10、 R R R R uu u Au 为保证测量精度为保证测量精度 需元件对称性好需元件对称性好 第17页/共36页 u+ = u = us io = i1 = us / R1 1. 输出电流与负载大小无关输出电流与负载大小无关 2. 恒压源转换成为恒流源恒压源转换成为恒流源 特点：特点： 例例 7.2.2 电压电压电流转换器电流转换器 例例 6.2.3 利用积分电路将方波变成三角波利用积分电路将方波变成三角波 第18页/共36页 10 k 10 nF 时间常数时间常数 = R1Cf = 0.1 ms )(d 1 o1I f1 2 1 tutu CR u C t t 设设 uC(0) = 0 t

11、u t d5 1 . 0 1 o 1 . 0 0 ms1 . 0 = 5 VuI/V t/ms 0. 1 0.30.5 5 5 uO/V t/ms 5d)5( 1 . 0 1 o 3 . 0 1 . 0 ms3 . 0 t u t = 5 V 5 5 第19页/共36页 例例 7.2.4 差分运算电路的设计差分运算电路的设计 条件条件 ： Rf = 10 k 要求要求 ： uo = uI1 2uI2 I2 1 f O u R R u 1I 32 3 1 f )1(u RR R R R 2 1 f R R R1 = 5 k 3 1 32 3 RR R R2 = 2R3 R2/ R3= R1/Rf

12、 = 5/10 R2= 10 k R3= 5 k 第20页/共36页 V1 O1 U V3 20 30 2 O2 U V2.1) 20/30 30 1( 30/2030 30/201 . 2 O3 U V35. 3) 20/30 30 1( 30/3020 30/305 . 3 O4 U V35. 35.252.131 O U 课堂练习课堂练习 第21页/共36页 I112 )/1(uRR I2 2 1 2 1 1I 1 2 o )1()1(u R R R R u R R u ) I1I2 2 1 )(1(uu R R 第22页/共36页 7.3 对数和指数运算电路对数和指数运算电路 7.3.

13、1 对数电路对数电路 7.3.2 指数电路指数电路 第23页/共36页 DO vv R v ii i RD TD/ SD e Vv Ii S D TD I i lnVv 7. 3.1 对数电路对数电路 S I T S D T RI v lnV I i lnV 利用利用PN结的指数特性实结的指数特性实 现对数运算现对数运算 第24页/共36页 7.3.2 反对数（反对数（指数指数）电路）电路 uo = RF IS eui i /UT T 输入与输出的关系式为输入与输出的关系式为: 第25页/共36页 7.4 集成模拟乘法集成模拟乘法 器器 7.4.1 集成模拟乘法器的集成模拟乘法器的 基本工作原

14、理基本工作原理 6.2集成模拟乘法器集成模拟乘法器 的应用电路的应用电路 7.4.2集成模拟乘法器的集成模拟乘法器的 应用电路应用电路 第26页/共36页 7.4.1 模拟乘法器的基本工作原理模拟乘法器的基本工作原理 一、模拟乘法器的基本特性一、模拟乘法器的基本特性 符号符号 KXY X Y ux uy uo uO = Kuxuy K 增益系数增益系数 类型类型 单象限乘法器单象限乘法器 ux、 、uy 皆为固定极性 皆为固定极性 二象限乘法器二象限乘法器 一个为固定极性，一个为固定极性，另一个为可正可负另一个为可正可负 四象限乘法器四象限乘法器 ux、 、uy 皆为可正可负 皆为可正可负 第

15、27页/共36页 二、利用对数和指数电路的乘法电路二、利用对数和指数电路的乘法电路 三、可变跨导乘法器的工作原理三、可变跨导乘法器的工作原理 第28页/共36页 7.4.2.1 基本运算电路基本运算电路 一、平方运算一、平方运算 KXY X Y u I uo 2 IO )(uKu 7.4.2集成模拟乘法器的应用电路集成模拟乘法器的应用电路 二、立方运算二、立方运算 第29页/共36页 三、平方根运算三、平方根运算 2 OO Kuu I u K u u I O ( (uI 0) ) 8 uI R uO R X Y KXY uO 第30页/共36页 四四 、函数发生电路、函数发生电路 2 012

16、n xn faa xa xa x 第31页/共36页 7.4.4除法运算电路除法运算电路 1.1.对数和指数运算电路组成的除法电路对数和指数运算电路组成的除法电路 2. 2. 用乘法器组成的除法电路用乘法器组成的除法电路 8 R1 R2 X Y KXY u3 u2 1 1 2 3 u R R u 2 1 1 2 O u u KR R u 2Ou Ku 当当 u1 0，为使，为使 u3 0，则，则 u2 0 当当 u1 0 时，时，uO 0，为使，为使 u3 0 条件：条件：u3 与与 u1 必须必须反相反相 ( (保证负反馈保证负反馈) ) u2 0 u 1 uo 第32页/共36页 小小 结结 第第 7 章章 第33页/共36页 一、基本运算电路一、基本运算电路 1. 运算电路的两种基本形式运算电路的两种基本形式 1 f f R