西安交大模电课件第6章集成运算放大器组成的放大电路

1、上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础6.1 基本运算电路基本运算电路 6.1.1 加法运算加法运算 1反相输入加法电路反相输入加法电路 6 集成运算放大器组成的运算电路集成运算放大器组成的运算电路 运放工作于线性状态运放工作于线性状态电压并联负反馈电压并联负反馈由两个分析依据由两个分析依据“虚短虚短”“虚断虚断”b2A+I1uI2uOuFR1R2R3R3i1i2ib1上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 I22F1I1FOuRRuRRu1I111bI11RuRuui 321iii 0b2b1 uu其中其中FOFO1b3RuRuui 2I221bI22Ru

2、Ruui 故有故有2I211IFORuRuRu b2A+I1uI2uOuFR1R2R3R3i1i2ib1上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2同相输入加法电路同相输入加法电路 运放工作于线性状态运放工作于线性状态电压串联负反馈电压串联负反馈根据两个分析依据根据两个分析依据“虚短虚短”“虚断虚断”F1ii b2b1uu 由图可知由图可知其中其中1b11Rui Fb1OfRuui b11FO)1(uRRu 故故A+b1b2I1uI2uOuFR1R2R3RFi1i上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础b21F1OuRRRu I2322I1323b2uRRRuRR

3、Ru 3231KRRR 3222KRRR b11FO)1(uRRu 同相端电压同相端电压 I22I111FKK1uuRR b11F1uRRR 式中式中A+b1b2I1uI2uOuFR1R2R3RFi1i上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础6.1.2 减法运算减法运算运放工作于线性状态运放工作于线性状态电压负反馈电压负反馈根据叠加原理根据叠加原理减法运算器减法运算器反相比例器反相比例器同相比例器同相比例器分解分解A+I1uI2uOub1b24R3R2R1R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础+ +同相比例同相比例A+I1uI2uOu b1b24R3R2R1

4、R等效等效反相比例反相比例2RA+I1uI2uOu b1b24R3R1RA+I1uI2uOub1b24R3R2R1R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础I112OuRRu 2I43412O1uRRRRRu 2RA+I1uI2uOu b1b24R3R1RA+I1uI2uOu b1b24R3R2R1R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础31RR 42RR 如果如果如果如果21RR I1I2Ouuu 则则 I1I212OuuRRu 则则OOOuuu I112uRR I2434121uRRRRR 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础ii C由

5、图可知由图可知tuCiddCC 其中其中COuu 故故6.1.3 积分运算积分运算RuiI OCuu dtiCC1dtuRC I1CA+iIuOuCiCuR+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 tdtuRCu0IO1omU输入阶跃电压输入阶跃电压tRCU tUdtRC01t0Ou输出电压输出电压随时间线随时间线性下降性下降运放的最大输出电压运放的最大输出电压输出饱和输出饱和t0IuU上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础t0IuU输入电压输入电压t0OuMUMU omMUU 输出电压输出电压上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础RuiO

6、F tuRCuddIO 故故CFii 6.1.4 微分运算微分运算 由图可知由图可知tuCtuCiddddICC 其中其中CA+iFIuOuCiCuR+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础微分电路的阶跃响应微分电路的阶跃响应 Ut0Iutou0输入信号输入信号输出信号输出信号上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础t0IuU输入电压输入电压输出电压输出电压t0Ou上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础6.2.1 对数运算对数运算 CIii 6.2 对数和反对数运算电路对数和反对数运算电路由图可知由图可知RuiII RIuUusIOlnT 故

7、故)0(I uTBE/SUueI )1(TBE/SEC UueIiiR+ATIuOuCiEiIi+BEuT选用选用PNP型型当当uI0时时上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础FORiu 故故IBEuu TUueIi/SEBE 6.2.2 反对数运算反对数运算FEii 由图可知由图可知TUueRI/SI RT+AOuIuEiFib1b2上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础YXOuKuu 6.3 模拟乘法器及其应用模拟乘法器及其应用乘法器符号乘法器符号实现的功能实现的功能KOuXuYu上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1 1对数乘法器对

8、数乘法器 知知 可利用对数电路、加法电路和反对数电路实现可利用对数电路、加法电路和反对数电路实现的乘法运算功能。的乘法运算功能。 21KKK 式中式中YXOuKuu YXlnuKue 6.3.1 乘法器的工作原理乘法器的工作原理 由由Y2X1lnlnuKuKe 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础Y2X1lnlnYXOuKuKeuKuu 原理框图原理框图对数运算对数运算XlnuYlnuYXlnuuYXuKuXuYu对数运算对数运算加法加法运算运算反对数运算反对数运算上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2S2YO2lnRIuUuT O445O135O3uR

9、RuRRu TUueRIuO36S3O 1S1XO1lnRIuUuT 对数乘法运算电路对数乘法运算电路R1+A1T1XuO1uR2+A2T2YuO2uR4+A3O3uR3R6+A4T4OuR5上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2. 变跨导式乘法器变跨导式乘法器RT1T2T3T4+_+A_XuYuOu2R2R1R1RO1uCRC3iCCV E1iCRRi上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础在图示电路中在图示电路中XbeCo1urRu XCmuRg 因为因为ebm rg E1T)1(iU TE1Ui RT1T2T3T4+_XuYuO1uCRC3iCCV E

10、1iCRRi上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2C3E1ii TC3TE1m2UiUig 则则因因T3、T4构成镜象电流源构成镜象电流源RC3ii RUuiBE3YR 当当BE3YUu 时时RuiYR RT1T2T3T4+_XuYuO1uCRC3iCCV E1iCRRi上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础YXYXCT1O)21(uuKuuRRUu 由以上各式得由以上各式得RURKTC2 式中式中RT1T2T3T4+_XuYuO1uCRC3iCCV E1iCRRi上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1OC12OuRRRu YXC12u

11、uKRRR YXuKu 接入差分比接入差分比例电路例电路RT1T2T3T4+_+A_XuYuOu2R2R1R1RO1uCRC3iCCV E1iCRRi上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1. 平方运算电路平方运算电路 2IOKuu 6.3.2 乘法器应用电路乘法器应用电路KOuIu上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2 开平方运算电路开平方运算电路 由图可知由图可知2OO1Kuu RuRuIO1 KuuIO 故故)0(I uK+A1OuR OuIuRR上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 3. 除法运算电路除法运算电路 由图可知由图可

12、知I2OO1uKuu 1I12O1RuRu I2I112OuuKRRu 故故K+A1OuR OuI1u1R2RI2u上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础4. 调制与解调调制与解调 音频信号音频信号tUussscos2 载波信号载波信号tUuccccos2 幅度调制原理框图幅度调制原理框图 滤波器滤波器带带 通通KOusuO1ucu上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础输出信号输出信号tUKUu)cos(scsco sc1OuKuu ttUKU)cos()cos(scscsc 滤除单边带信号滤除单边带信号滤波器滤波器带带 通通KOusuO1ucu上页上页下页

13、下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础幅度解调原理框图幅度解调原理框图tUuccccos2 载波信号载波信号tUu)cos(2scii 调幅信号调幅信号载波信号载波信号调幅信号调幅信号音频信号音频信号滤波器滤波器低低 通通KOuO1ucuiu上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 ttUKUu)2cos(cosscsicO1 tUKUusicOcos 输出信号信号输出信号信号滤除高频信号滤除高频信号载波信号载波信号调幅信号调幅信号音频信号音频信号滤波器滤波器低低 通通KOuO1ucuiu上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 6.4.1 选型选型 专专

14、用用型型类类 型型特特 点点应应 用用 场场 合合 通用型通用型种类多，价格便宜种类多，价格便宜一般测量、运算电路一般测量、运算电路低功耗型低功耗型功耗低功耗低遥感、遥测电路遥感、遥测电路高精度型高精度型型型测量精度高、零漂小测量精度高、零漂小毫伏级或更低微弱毫伏级或更低微弱信号测量信号测量高输入阻高输入阻抗型抗型Rid对被测信号影响小对被测信号影响小生物医电信号提取、生物医电信号提取、放大放大高速宽带高速宽带型型带宽高、转换速率高带宽高、转换速率高视频放大或高频振视频放大或高频振荡电路荡电路高压型高压型电源电压电源电压48V300V高输出电压和大输高输出电压和大输出功率出功率集成运放及其特性

15、简表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集成运算放大器使用中的几个问题 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 6.4.2 调零调零 常用的调零电路常用的调零电路带调零引出端带调零引出端2315476R 2R1RCCV CCV wROuA741无调零端无调零端LM 324R Ou2R1R3R4RCCV CCV wR上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础6.4.4 保护保护1输入保护输入保护 6.4.3 消振消振自激振荡的原因自激振荡的原因运放的增益高运放的增益高存在寄生电容存在寄生电容加入消振电容加入消振电容消振的措施：消振的措施：保

16、护电路保护电路R+Ab1b21D2DOuIuRu上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2. 输出保护输出保护保护电路保护电路+AFRzDIuOu2R1R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例1 用理想集成运算放大器实现下列运算关系，并画出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，元件的取值电路图。要求所用的运算放大器为三个，元件的取值范围为范围为：M1k1 RF1 Cdtuuuu i3i2i1o32练习题练习题解：根据题意，将要求实现下列运算关系变形为解：根据题意，将要求实现下列运算关系变形为)(32i3i2i1odtuuuu 那么式那么式dtu i3可以用积分器来实现。可以用积分器来实现。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础式式可