第六章 信号运算与处理电路

1、【解解】uo1 = uiRfR1uo2 = uo12RR2RfR1= uiuo2 = uo2uo1 【例例1】 图图 所示为两级比例运算放大电路，求所示为两级比例运算放大电路，求 uo 与与 ui 的关系的关系。2RfR1RfR1= ui + ui 3RfR1= ui 上一题上一题下一题下一题返返 回练习题集回练习题集+2Ruiuo2+RfR1Ruo1 +uoR2R23图图 1补充例题补充例题 【解解】 前级电路为电压前级电路为电压跟随器，故跟随器，故 uo1 = ui1 后级电路利用叠加原理后级电路利用叠加原理分析。在分析。在 uo1 = ui1 单独作用时为单独作用时为反相比例运算电路，故

2、反相比例运算电路，故uo = ui1RfR1在在 ui2 单独作用时为同相比例运算电路，故单独作用时为同相比例运算电路，故（ ）uo = 1+ ui2RfR1由此求得：由此求得：RfR1（ ）uo = uo + uo = 1+ ui2 ui1RfR1= 5 ui24 ui1【例例2】图图 所示电路中所示电路中，已知已知 Rf = 4 R1，求求 uo 与与ui1 和和 ui2 的关系式的关系式 。上一题上一题下一题下一题返返 回练习题集回练习题集+Rfui1uo+R1R2图图 2ui2 【证证】 由于由于 u+ = u = 0，“” 端为虚地端，端为虚地端， Rf 和和 R4 可可视为并联，因

3、而视为并联，因而R4RfR3 + R4RfuR4 = uo即即R3 + R4RfR4Rfuo = uR4由于由于 uR4 = uRf =Rf if因此因此R3 + R4RfR4Rfuo = uR4if = i1 =uiR1R3 + R4RfR4Rf= uiRfR1（ ）【例例3】 图图 所示为一反相比例运算电路所示为一反相比例运算电路，试证明：试证明：uo+R1RfuiR3R4R2RfR1Af =R3R4R3R1(1+ )uoui=上一题上一题下一题下一题返返 回练习题集回练习题集下一页下一页（ ）R3R4Rf= 1 + uiRfR1（ ）R3Rf= 1 + + uiRfR1R3R4即即= 1

4、 + （ ）R3R4RfR1R3R1uiRfR1Af =R3R4R3R1(1+ )uoui=上一题上一题下一题下一题返返 回练习题集回练习题集上一页上一页+-+UiUReRL+VCCRIeIC例：例： 写出电路电压放大倍数的表达式。写出电路电压放大倍数的表达式。eLiOVFiLiLeeLELCOeieiRRUUARRURRURIRIUUUVVUVUV ,例1: 电路如图2.8(a)所示，试求uo的表达式；若已知ui = 1V，R1=R2=20k,R3=5k,求uo的值。 由图示电路有：由图示电路有：oRiuRRRRuu32133iouu)RRR1 (321代入数值计算有:V91)5401 (V

5、uo2.T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路图图7.2.2 T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路电阻电阻R2 、 R3和和R4构成构成T形网络电路形网络电路节点节点N的电流方程为的电流方程为22M1IiRuRuI3123M3uRRRRuii4 = i2 + i3输出电压输出电压u0= -i2 R2 i4 R4 所以所以将将各电流代入上式各电流代入上式I342I42o)/1 (uRRRRRRu长安大学电控学院长安大学电控学院 第六章第六章 信号运算与处理电路信号运算与处理电路 集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，

6、能对各种模拟信号进行比例、件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。除法等运算。因因虚短虚短, u= u+= 0 平衡电阻：平衡电阻： ii2ii1ifuoui2RFui1Ri2Ri1+ R2+因因虚断虚断，i = 0 所以所以f321iiiifo33i22i11 iRuRuRuRu)(33i2i21i1foRuRuRuRu)(3i2i1 iouuuu令令 f321RRRR 有有:f321/RRRRR 【解解】： i2i1i2i12i21i1f1o52)2050(100)(uuuuRuRuR

7、ui21 io11o3fo52100100uuuuRRu由虚断，反相输入端电压为由虚断，反相输入端电压为: of11uRRRu对于同相输入端，对于同相输入端， RuRuuRuuRuu4i332i21 i_)(43i3i22i1RuRuRuRu解之得解之得: RRRRR/432其中，其中， )()1 (4i33i22i11foRuRuRuRRRu 平衡电阻：平衡电阻： RRRRRRf/4321)(1 (2i2i1i1i1i2i1i2i1FouRRRuRRRRRu ui2uoRFui1Ri2Ri1+ R1+ui2uoRFui1Ri2Ri1+ R2+)(2i2iF1 i1 iFouRRuRRu由虚断

8、可得：由虚断可得：2i3 23uRRRu 由虚短可得：由虚短可得： uuui2uoRFui1R3R2+ R1+ 如果取如果取 R1 = R2 ，R3 = RF )(1i2i1FouuRRu 则：则： 如如 R1 = R2 = R3 = RF 1i2iouuu 则：则：R2 / R3 = R1 / RF)1(1i1F2i3231FouRRuRRRRRu Fo11 iRuuRuu uRRu)1(1F o2i3 231F)1(uRRRRR 1i1F2i3 231F)1(uRRuRRRRR u+1i1F ouRRu oo ouuu ui2uoRFui1R3R2+ R1+例：例：设计一个加减运算电路，设

9、计一个加减运算电路， RF=240k ，使使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3解解:(1) 画电路。画电路。系数为负的信号从反相系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信端输入，系数为正的信号从同相端输入。号从同相端输入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3(2) 求各电阻值。求各电阻值。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3FRRRRR/3421)(332211RuRuRuRuiiiFok240FRuo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3k241Rk302Rk123Rk804R2 具有高输入电阻的减法运算电路具有高输入电阻的减法运算电路1 i111fo1)1 (

10、uRRuuRRRRuRRuRRuRRui1111f122fi2122f1o122f2i12f2o)1 ()1 ()1 (例题例题3. R1=10k , R2=20k , , ui 1=-1V=-1V， ui 2=1V =1V 。求求: :uo uo_+ + R2R1R1R2ui1_+ + ui2_+ + R2R1RPuo= (uo2- uo1)=(20/10)3-(-1) =8VR2R1uo1= ui1=-1Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3V例：用集成运放实现以下运算关系例：用集成运放实现以下运算关系I3I2I1O3 . 1102 . 0uuuu 解：解：)3 . 12 . 0()(I

11、3I1I33F1I11F1O1uuuRRuRRu )10()(I2O1I24F2O12F2OuuuRRuRRu )3 . 12 . 0()(I3I1I33F1I11F1O1uuuRRuRRu )10()(I2O1I22F2O14F2OuuuRRuRRu比较得：比较得：10, 1,3 . 1,2 . 02F24F23F11F1 RRRRRRRR选选 RF1 = 20 k ，得：得： R1 = 100 k ， R3 = 15.4 k ；选选 RF2 = 100 k ，得：得： R4 = 100 k ， R2 = 10 k 。 k8/F1311RRRR k3 . 8/F2422RRRRI3I2I1O

12、3 . 1102 . 0uuuu Foi1ddRutuC tuCRuddi1Fo ifi1由虚短及虚断性质可得由虚短及虚断性质可得 i1 = ifuitOuotOuoC1uiR2RF+ 输出电压输出电压U0与输入电压与输入电压Ui的微分成正比，且输出与输入反相。的微分成正比，且输出与输入反相。 Ui=UC由于由于“虚断虚断”，i = 0，故故iC = =iR又由于又由于“虚地虚地”， u+ = = u- - = 0 = 0 tuRCRiRiuCRddCO 可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。实现波形变换，如将方波变成双向尖顶波。实现波形变换，如将

13、方波变成双向尖顶波。1.基本基本微分运算电路微分运算电路微分电路的作用：微分电路的作用：微分电路的作用有移相微分电路的作用有移相 功能。功能。2.实际微分电路实际微分电路1.在输入回路中串入电阻在输入回路中串入电阻R1,用来限制噪声和突变的输入用来限制噪声和突变的输入电压所形成的过大输入电流；电压所形成的过大输入电流；2.在反馈回路中加入电容在反馈回路中加入电容CF与反馈电阻与反馈电阻Rf并联并联 ，并选择参并选择参数使数使RfCf=R1C1 ,用来进行相位补偿，达到稳定工作的目的。用来进行相位补偿，达到稳定工作的目的。uoC1uiR2RF+ R1上式表明：输出电压是对输入电压的比例上式表明：

14、输出电压是对输入电压的比例-微分微分 控制系统中，控制系统中， PD调节器在调节过程中起加速作调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。fFoiRu CRfiii tuCRuddi11i )dd(i1Fi1FotuCRuRRu ifiRiC 由虚短及虚断性质可得由虚短及虚断性质可得 i1 = iftuCRuCddF1i tuCddoF tuCRud1iF1o tuCiCddFF 1i1Rui if =?ifi1uOCFuiR2R1+ uC+ oiF1od10tutuCRuCtt d1 ooiF10tutuCRtt U0=-UC

15、1.积分运算电路积分运算电路RR 由于由于“虚地虚地”，u = 0，故故uO = uC由于由于“虚断虚断”，iI = iC ，故故uI = = iIR = iCR得：得： tuRCtiCuuCCd1d1IO = RC积分时间常数积分时间常数(动画动画avi12-1.avi)2.积分电路的输入、输出波形积分电路的输入、输出波形( (一一) )输入电压为阶跃信号输入电压为阶跃信号图图 6.3.2t0t1tuIOtuOOUI)(d10IIOttRCUtuRCu 当当 t t0 时，时，uI = 0， uO = 0；当当 t0 t1 时，时， uI = 0，uo 保持保持 t = t1 时的输出电压值

16、不变。时的输出电压值不变。即即输出电压随时间而向负方向直线增长。输出电压随时间而向负方向直线增长。 问题：如输入波形为方波，输出波形为何波？问题：如输入波形为方波，输出波形为何波？( (二二) )输入电压为正弦波输入电压为正弦波tUu sinmI tRCUttURCu cosdsin1mmO tuOORCU m可见，输出电压的相位比输入电压的相位领可见，输出电压的相位比输入电压的相位领先先 90 。因此，此时积分电路的作用是因此，此时积分电路的作用是移相移相。 tuIOUm 2 3注意：为防止低频信号增益过大，常在电容上并联电阻。注意：为防止低频信号增益过大，常在电容上并联电阻。 tUCRud

17、1iF1ouitOF1iOM0CRUUt 积分饱和积分饱和线性积分时间线性积分时间线性积分时间线性积分时间Uo(sat)uotO+ Uo(sat)ui = Ui 0 ui = Ui UTfii 1TiUuESeIi/1TiUuESfffoeIRRiu/输出电压输出电压U0与输入电压与输入电压Ui的指数成正比。的指数成正比。二、指数运算电路二、指数运算电路当当 uI 0 时，根据时，根据集成运放反相输入端集成运放反相输入端“虚地虚地”及及“虚断虚断”的的特点，可得：特点，可得：TTUuUuIIiIBEeeSSI 所以：所以：TUuRRIRiRiuIeSIO 可见，输出电压正比于输入电压的指数。可

18、见，输出电压正比于输入电压的指数。指数运算电路指数运算电路1.基本电路基本电路为了克服温度的影响，同样可以利用特性相同的两个晶体管来实现温度补偿，电路如图所示。由图可以得出BE1TC1E1SeuUiiIBE2TC2E2SeuUiiI从而有4tC2B2iBE2BE1T34tC1lnRRiuuuuURRRi4tC2B2iBE2BE1T34tC1lnRRiuuuuURRRiREFC111RUiiRoC255RuiiR4t1oiT34t5REFlnRRRuuURRRR U4ti34tT5REFo1eRRuRRR UR UuR6.2.3利用对数和指数电路实现的乘除电路利用对数和指数电路实现的乘除电路乘法

19、电路的输出电压正比于其两个输入电压的乘积，即乘法电路的输出电压正比于其两个输入电压的乘积，即uo = uI1uI2求求对数，得：对数，得：I2I1I2I1Olnln)ln(lnuuuuu 再求再求指数，得：指数，得：I2I1lnlnOI2I1euuuuu所以利用对数电路、求和电路和指数电路，可得乘法所以利用对数电路、求和电路和指数电路，可得乘法电路的方块图：电路的方块图：对数电路对数电路对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2求和求和电路电路lnuI1+ lnuI2指数电路指数电路uO = uI1uI2乘法运算电路乘法运算电路RIuuRIuSIIUuT21SO03e乘法运算电路乘法运算

20、电路同同理：理：除法电路的输出电压正比于其两个输入电压相除法电路的输出电压正比于其两个输入电压相除所得的商，即：除所得的商，即：I2I1Ouuu 求求对数，得：对数，得：I2I1I2I1Olnlnlnlnuuuuu 再求再求指数，得：指数，得：I2I1lnlnOeuuu 所以只需将乘法电路中的求和电路改为减法电路即所以只需将乘法电路中的求和电路改为减法电路即可得到除法电路的方块图：可得到除法电路的方块图：对数电路对数电路对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2减法减法电路电路lnuI1- - lnuI2指数电路指数电路I2I1Ouuu 6.3.1 滤波器的基础知识滤波器的基础知识1.

21、按信号性质分类按信号性质分类3. 按电路功能分类按电路功能分类: 低通滤波器低通滤波器LPF ；高通滤波器；高通滤波器HPF ；带通滤波器带通滤波器BPF ；带阻滤波器；带阻滤波器BEF2. 按所用元件分类按所用元件分类模拟滤波器和数字滤波器模拟滤波器和数字滤波器无源滤波器和有源滤波器无源滤波器和有源滤波器4. 按阶数分类按阶数分类: 一阶，二阶一阶，二阶 高阶高阶组成组成: : 由电阻、电容、电感等无源器件组成。由电阻、电容、电感等无源器件组成。体积和重量比较大，电感还会引起电磁感应。体积和重量比较大，电感还会引起电磁感应。(a) 无源滤波器无源滤波器电路简单电路简单高频性能好高频性能好工作

22、可靠工作可靠优点优点通带信号有能量损耗通带信号有能量损耗负载效应比较明显负载效应比较明显缺点缺点CRRL无源高通滤波器无源高通滤波器(b) 有源滤波器：有源滤波器：电路体积小、重量轻电路体积小、重量轻通带内的信号可以放大通带内的信号可以放大精度高、性能稳定、易于调试精度高、性能稳定、易于调试负载效应小负载效应小组成：组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成优点优点可以多级相联，用低阶来构成高阶滤波器可以多级相联，用低阶来构成高阶滤波器通带范围小通带范围小需要直流电源需要直流电源适用于低频、低压、小功率等场合。适用于低频、低压、小功率等场合。 缺点缺

23、点ioUU低通低通高通高通带通带通带阻带阻二、四种典型的频率特性二、四种典型的频率特性ioUUioUUioUU)j (iU)j (oU传递函数：传递函数：ioio)j ()j ()j (UUUUTioio)j (UUT幅频特性幅频特性(幅度之比）幅度之比）io)(相频特性（初相位之差）相频特性（初相位之差）filter传递函数、幅频特性传递函数、幅频特性 RC)j (oU+ )j (iU+ 一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器(无源无源)CRCUUij1j1)j()j(oRCj11cj11RCc1截止频率截止频率cTj11)j (传递函数传递函数2)(11)(cjT幅频特幅频特性性CRCUUij1

24、j1)j()j(oRCj11cj11RCc1截止频率截止频率2)(11)j (cT10.707c截止频率截止频率此电路的缺点：此电路的缺点：1、带负载能力差。、带负载能力差。2、无放大作用。、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。、特性不理想，边沿不陡。3.幅频特性幅频特性ioUUO 为了克服上述缺点，可将为了克服上述缺点，可将RC无源网络接至集成运放的无源网络接至集成运放的输入端，组成输入端，组成有源滤波电路有源滤波电路。一、一、 有源低通滤波器有源低通滤波器icj1j1UCRCUU URRUF)1(1ouoRFR1Cui+uC+R由由 RC 电路得出电路得出RCUj1i由同相比例运算关系得

25、出由同相比例运算关系得出 011ioUj11j11ARRRCRRUUFFRC10 称为截止角频率称为截止角频率式中式中3.传递函数传递函数0fo01ioj1j11)j ()j ()j ( uFARRUUT20fo)(1)j ( uAT0arctan)( 其模为其模为:幅角为幅角为:4. 幅频特性：幅频特性：0 fo)j (uAT 2)j (fouAT 0 0)j ( T 低通滤波器具有使低通滤波器具有使低频信号易通过，而抑低频信号易通过，而抑制高频信号的作用。制高频信号的作用。时，时，时，时，时，时，O 0 )j ( TfouAfo21uA频率特性频率特性0p01Fioj1j11ffAffRR

26、UUAuu 1Fp1RRAu 通带电压放大倍数通带电压放大倍数可见：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的可见：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带通带截止频率相同截止频率相同；但；但通带电压放大倍数得到提高通带电压放大倍数得到提高。缺点：缺点：一阶低通有源滤波器在一阶低通有源滤波器在 f f 0 时，滤波特性不时，滤波特性不理想。对数幅频特性下降速度为理想。对数幅频特性下降速度为 20 dB / 十倍频。十倍频。 解决办法解决办法：采用二阶低通有源滤波器。：采用二阶低通有源滤波器。电压放大倍数电压放大倍数 当当 0时，时，| T(j )| 衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使

27、低于 0的信号的信号顺利通过，衰减很小，而使高于顺利通过，衰减很小，而使高于 0的信号不易通过，衰减很大，的信号不易通过，衰减很大，称一称一 阶有源低通滤波器。阶有源低通滤波器。 为了改善滤波效果，使为了改善滤波效果，使 0 时信号衰减得更快些，常将时信号衰减得更快些，常将两节两节RC滤波环节串接起来，滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。组成二阶有源低通滤波器。uoRFCR+ R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O二、二、 有源高通滤波器有源高通滤波器RCUUCRRU j11j1ii URRUF)1(1oRFR1Cui+Ru

28、o URRUF)1(1o由同相比例运算关系得出由同相比例运算关系得出0fo01ioj1j11)j ()j ()j ( uFARRUUT20fo)(1)j ( uAT 0arctan)( 其模为其模为幅角为幅角为011ioUj11j111ARRRCRRUUFFRC10 称为截止角频率称为截止角频率式中式中0 fo)j (uAT 2)j (fouAT 0 0)j ( T时，时，时，时，时，时， 高通滤波器具有使高高通滤波器具有使高频信号易通过，而抑制低频信号易通过，而抑制低频信号的作用。频信号的作用。频率特性频率特性O 0 )j ( TfouAfo21uA4. 幅频特性：幅频特性：1.简单二阶低通

29、简单二阶低通 电路电路可可提高幅频特性的衰减斜率提高幅频特性的衰减斜率2110u)(311)1 ()()()1 ()()(sRCsRCRRsUsURRsUsUsAFipFi）（简单二阶低通电路简单二阶低通电路RF用用j取代取代s，且令且令f0=1/(2RC)0201F3j)(11ffffRRAu简单二阶低通电路的幅频特性简单二阶低通电路的幅频特性简单二阶低通电路的幅频特性简单二阶低通电路的幅频特性输入电压经过两级输入电压经过两级 RC 低通电路，低通电路，在高频段，对数幅频特性以在高频段，对数幅频特性以 40 dB /十倍频的速度下降，使滤波十倍频的速度下降，使滤波特性比较接近于理想情况。特性

30、比较接近于理想情况。令电压放大倍数分母的模等于令电压放大倍数分母的模等于 2可解出通带可解出通带截止频率截止频率fP=0.37 f0问题：问题：在在 f = f0 附近，输出幅度衰减大，附近，输出幅度衰减大， fP 远离远离f0 引入正反馈，可以增大放大倍数，使引入正反馈，可以增大放大倍数，使 fP 接近接近f0 滤滤波特性趋于理想波特性趋于理想 。020p2ppio1j)(1)j ()j3(1ffQffARCRCAAUUAuuuu 1Fp1RRAu RCf 210p31uAQ 压控电压源二阶低通滤波电路压控电压源二阶低通滤波电路压控电压源二阶低通滤波电路压控电压源二阶低通滤波电路2.压控电压

31、源二阶低通滤波电路压控电压源二阶低通滤波电路2u)()(3 1)(sRCsRCsAsAsAupup）（用用j取代取代s，且令且令f0=1/(2RC)一、高通滤波电路一、高通滤波电路高通滤波电路与低通滤波电路具有对称性高通滤波电路与低通滤波电路具有对称性1.压控电压源二阶压控电压源二阶高通滤波电路高通滤波电路2.无限增益多路反馈无限增益多路反馈二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路ffQffARCRCAARCUUAuuuu020p2pp2io1j)(1)j ()j3(1)j (可见高通滤波电路与低通滤波电路的对数幅频特性互可见高通滤波电路与低通滤波电路的对数幅频特性互为

32、为“镜像镜像”关系。关系。二二阶有源高通阶有源高通滤波器滤波器二、带通滤波电路二、带通滤波电路( (BPF) )只允许某一段频带内的信号通过，将此频带以外的信只允许某一段频带内的信号通过，将此频带以外的信号阻断。号阻断。低通低通高通高通iUoUfp1fuAlg20O低通低通fuAlg20fp2O高通高通阻阻阻阻fp1fp2fuAlg20O通通压控电压源二阶带压控电压源二阶带通通滤波电路滤波电路RCf 210中心频率中心频率通带电压放大倍数通带电压放大倍数图图 7.4.18比例系数比例系数fbw = fp1 fp2 = f0 /Q通频带通频带1Ff1RRAu)(j1)( j)3(00p00fff

33、fffQAffffAAAuuuufffp3uuuuQAAAAf31uAQ三、带阻滤波器三、带阻滤波器( (BEF) )在规定的频带内，信号被在规定的频带内，信号被阻断，在此频带以外的信号能阻断，在此频带以外的信号能顺利通过。顺利通过。低通低通高通高通iUoUf2f1fuAlg20O通阻通通阻通fuAlg20O低通低通f1f2fuAlg20O高通高通图图 7.4.20常用有源带阻滤波电路常用有源带阻滤波电路p0p2020)2(j2)(1)(1uuuAffAffffA RCf 2101Fp1RRAu )2( 21p0uABfQ 中心频率中心频率通带电压放大倍数通带电压放大倍数2201ffffQAA

34、uu 0p1j常用有源带阻滤波电路常用有源带阻滤波电路2201ffffQAAuu 0p1j阻带阻带宽度宽度 BW fp2 fp1 f0 /Q带阻滤波器的幅频特性带阻滤波器的幅频特性四、全通滤波电路四、全通滤波电路全通滤波电路全通滤波电路电压放大倍数电压放大倍数iiPnURCjRCjURCjRUU11iiURCjRCjRRURRU1)1 (0RCjRCjAU11Au=1=1800-2arctanf/f0全通滤波电路全通滤波电路全通滤波电路的相频特性全通滤波电路的相频特性 电流源v由集成运放组成的电流源电路如图所示，它实际上是一个电流串联负反馈电路，在理想的情况下有所以输出电流IL为即IL与负载电

35、阻RL无关，又因为该电路引入的是电流串联负反馈，其输入电阻和输出电阻均很大，具有电流源性质。此时输出电压UL为ZPNLRUUUUI RZLUIRLLLLZRUI RUR 电压源v由集成运放组成的电压源电路如图所示，它实际上是一个电压串联负反馈电路，在理想的情况下有输出电压的大小与负载电阻RL无关，由于该电路引入的是电压串联负反馈，其输入电阻很大，输出电阻很小，具有电压源性质。 ffoPZ(1)(1)RRUUURR 直流电压表v右图是由一块普通的微安表与集成运放构成的高灵敏度的直流毫伏表电路。电流表的内阻为Rg，从图中可得被测电压UX为上式说明被测电压UX与流过表头的电流Ig成正比。 v若电阻R

36、=10，当微安表的满量程读数为100A时，直流毫伏表的满量程为10010-6A10=10-3V=1mV。XgUI R 直流电压表v该毫伏表的特点是：能测量小于1mV的微弱信号，灵敏度高；由于电路中引入了串联负反馈，所以毫伏表具有很高的输入电阻；同时毫伏表的满量程电压值不受表头内阻Rg阻值的影响，只要是100A满量程的电流表均可利用，互换性较好。v如果将上述1mV表头作为基本元件，配以分压器，就可以构成多量程的直流电压表，电路如图所示。12i1i212o1o2RuuRRuu )(2o1o46ouuRRu )21 (12462i1ioiofRRRRuuuuuAu ui1+R2+uo2uo1uoR6

37、R6R4R4+R2R1+ui2ui+A2A1A3 +)(2 2i1i12146ouuRRRRRu 所所以以电荷放大器 vut、Ct和电容上的电量q之间的关系为 v利用“虚短”和“虚断”，可得运放A的输出电压 ttquCtfottft11Cj CuuuCj C 电荷放大器 v可得 toftfCqquCCC 隔离放大器 v变压器耦合式 隔离放大器 v光电耦合式 隔离放大器 v光电耦合式 v基本应用电路，图中R和Rf为外接电阻，调整它们的阻值可以改变放大器增益。若光电二极管D1、D2所受光照相同，可以得出foiRuuR电压-电流转换电路 设集成运放是理想的，利用“虚短”和“虚断”的概念，可知uN=u

38、P=0，iO=iR，从而可得iO与uI成线性关系，且与负载电阻RL无关，实现了电压-电流转换。IORuiiR电压-电流转换电路 豪兰德（Howland）电流源电路。设集成运放是理想的，利用“虚短”和“虚断”的概念，可知uN=uP，i1=if，列出节点N和节点P的KCL方程分别为INNO1fuuuuRROPPO2uuuiRR求解可得 f12IOOO1f1f22RRRRRuuuiRRRRRRRRf21RRRR若取 IOuiR 电流-电压转换电路 该电路中引入了电压并联负反馈，在理想运放条件下，输入电阻Rif=0，因而if=iS，所以输出电压 + +- -+ +RLRfRsiSRuOifA图6.39 电流-电压转换电路OSfui R 高精度整流电路v由集成运放组成的高精度整流电路如图所示，它在反相比例电路的基础上增加了二极管D1和D2，其工作原理如下：当ui0，二极管D2截止，D1导通，集成运放工作在深度负反馈状态，这时的电路相当于反相比例电路，因此输出电压uo为当R1=Rf时，uo=-ui，由于ui0时，uA u 时，时， uo = + Uo (sat) u+UR，uo=+ Uo (sat)ui uP 时时， uO = UZ当当 uI uP 时时， uO = +UZ当当 uI = uP 时时， 状态翻转状态翻转212Z1R