模拟电子技术 集成运放组成的运算电路

1、 运算放大器的两个工作区域状态：线性区和非线性区。1. 运放的电压传输特性：设：电源电压VCC=10V。 运放的AVO=104Ui1mV时，运放处于线性区。AVO越大，线性区越小，当AVO时，线性区07.1 概述Ui1mV时，运放处于非线性区。2.理想运算放大器：开环电压放大倍数 AV0=差摸输入电阻 Rid=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响：理想运放工作在线性区的条件： 电路中有负反响！运放工作在线性区的分析方法： 虚短U+=U- 虚断ii+=ii-=03. 线性应用4. 非线性应用运放工作在非线性区的特点：运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论正、负饱和输出状

2、态电路中开环工作或引入正反响！ 比例运算一、反相比例运算运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断虚断虚地为使两输入端对地直流电阻相等：R2 = R1 / R f平衡电阻特点：1.为深度电压并联负反响，Auf = Rf / R 12. 输入电阻较小RifRifRif = R13. uIC = 0，对 KCMR 的要求低u+ = u- = 0虚地(1) 根本电路(2) T形网络反相比例运算电路根据“虚地的概念，有 T形网络等效为一个反响电阻此时同相输入端的补偿电阻 二、同相比例运算 特点：1. 为深度电压串联负反响，Auf = 1 + Rf /R12. 输入电阻大Rif = 3. ，对 KCMR

3、的要求高uIC = u iu+ = u- = uI(1) 根本电路(2) 电压跟随器 此时有 值得注意的是，电压跟随器反响系数F=1， 反响深度深，输入电阻高，输出电阻低，常用作阻抗变换或缓冲级。 同相比例运算电路有输入电阻高的特点，但输入共模信号电压高，对集成运放的共模抑制比要求也高。另一方面如果共模电压超过允许的数值，电路也无法正常工作。当 R1 = ，Rf = 0 时，三、差分比例运算电路 为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡，同时为了防止降低共模抑制比，通常要求 在理想情况下，由于“虚断， 利用叠加定理可求得反相输入端的电压为 而同相输入端的电压为因为“虚短，即 差分比例运算电路的电压

4、放大倍数为 又可以写成电路元件参数对称，差分比例运算电路的差模输入电阻为四、比例运算电路的应用 (1) 电压-电流变换电路 (2) 电流-电流变换电路 加法与减法运算一、加法运算1. 反相加法运算R3 = R1 / R2 / RfiF i1 + i2假设 Rf = R1= R2 那么 uO = (uI1+ uI2)根据“虚短,“虚断和“虚地的概念有： 例解： R2 / R3 / R4 = R1/ Rf假设 R2 = R3 = R4 ，那么 uO = uI1+ uI2 Rf = 2R1 2. 同相加法运算例 解：根据“虚短,“虚断和“虚地的概念有： 法 1：利用叠加定理uI2 = 0 uI1 使

5、：uI1 = 0 uI2 使：一般R1 = R1； Rf = RfuO = uO1 + uO2 = Rf / R1( uI2 uI1 )法 2：利用虚短、虚断uo = Rf /R1( uI2 uI1 )减法运算实际是差分电路二、减法运算(1) 单运放减法运算电路解：例(2) 双运放减法运算电路多级集成运放相连时，后级对前级根本不影响 反相输入运算电路的一般规律1.正函数型的反相运算电路输入回路采用函数元件1,使反响回路采用电阻元件22.反函数型的反相运算电路输入回路采用电阻元件1反响回路采用函数元件2,使得一、积分运算=当 uI = UI 时，设 uC(0) = 0 时间常数 = R1Cf积分

6、电路输出电压波形：tuIOtuOO 微分与积分运算(1) 根本积分运算电路 (2) 求和积分运算电路 在上述根本的积分运算电路根底上，增加假设干个输入回路就构成求和积分运算电路。 (3) 积分电路存在的问题产生积分漂移(4) 积分电路的应用 把积分电路的输出电压作为电子开关或其他类似装 置的输入控制电压，那么积分电路可以起延时作用。 可以用作波形变换电路，把输入的方波信号变换为三角波。 积分电路可以用在模-数转换装置中，把电压量转化为与之成比例的时间量。它可以使正弦输入信号移相，也用作波形变换电路，把输入的方波信号变换为三角波。 例 解：R2 = Rf虚地虚断RfC1 = 时间常数微分电路输出

7、电压:二、微分运算 uItOuOtO(1) 根本微分运算电路(2) 改进型的微分运算电路图中输入回路的电阻 限制了噪声干扰和突变的输入信号。且 的引入，加强了负反馈的作用。反馈电路引入 和 并联是用来进行相位补偿的。适当的选取电路参数能使电路稳定工作。 根本运算电路应用举例例 测量放大器(仪用放大器)同相输入同相输入差分输入uo1uo2对共模信号：uO1 = uO2 那么 uO = 0对差模信号：R1 中点为交流地为保证测量精度需元件对称性好u+ = u- = usio = i1 = us / R11. 输出电流与负载大小无关2. 恒压源转换成为恒流源特点：例 电压电流转换器10 k10 nF

8、 时间常数 = R1Cf = 0.1 ms设 uC(0) = 0= 5 VuI/Vt/ms0.10.30.55 5uO/Vt/ms= 5 V5 5例 利用积分电路将方波变成三角波例 差分运算电路的设计条件：Rf = 10 k要求：uo = uI1 2uI2R1 = 5 kR2 = 2R3R2/ R3= R1/Rf= 5/10R2= 10 kR3= 5 k例 开关延迟电路电子开关当 uO 6 V 时 S 闭合，tuOO6 V1 msuItO 3 VtusO 3 V课堂练习7.3 对数和指数运算电路7.3.1 对数电路7.3.2 指数电路7. 3.1 对数电路 利用PN结的指数特性实现对数运算BJ

9、T的发射结有也可利用半导体三极管实现对数运算其中，IES 是发射结反向饱和电流，uO是ui的对数运算。注意：ui必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏利用虚短和虚断，电路有7.3.2 反对数指数电路uo = RF IS eui /UT输入与输出的关系式为:uO是ui的反对数运算指数运算用半导体三极管实现反对数运算电路利用虚短和虚断，电路有要求以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路7.4 集成模拟乘法器7.4.2 单片集成模拟乘法器7.4.1 集成模拟乘法器的 根本工作原理6.2集成模拟乘法器 的应用电路集成模拟乘法器的 应用电路7.4.1 模拟乘法器的根本工作原理一、模拟乘法器的根本

10、特性符号KXYXYuxuyuouO = KuxuyK 增益系数类型单象限乘法器 ux、uy 皆为固定极性二象限乘法器 一个为固定极性，另一个为可正可负四象限乘法器 ux、uy 皆为可正可负理想乘法器： 对输入电压没有限制，ux= 0 或 uy = 0 时，uO = 0实际乘法器： ux= 0, uy = 0 时，uO 0 输出失调电压 ux= 0，uy 0 时，或 uy = 0，ux 0 时， 输出馈通电压uO 0二、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当 uY uBE3 时，IC3uY/RE要求 uY 0故为二象限乘法器因 IC3 随 uY 而变，其比值为电导量，称变跨导

11、乘法器当 uY 较小 时，相乘结果误差较大7.4.2 单片集成模拟乘法器MC1496 双差分对模拟乘法器V1、V2、V5模拟乘法器V3、V4、V6模拟乘法器V7 V9 、R5电流源电路R5 、V7 、R1电流源基准V8、V9 提供 0.5 I0RY引入负反响，扩大 uY 的线性 动态范围其中，uX UT ( 26 mV)增益系数MC1595+VCCuYR1RCMC1595129478512R3RCuX1461011313R13RXRYuOVEEI 0/2I0/2负反馈电阻，用以扩大 uX、uY 范围一、平方运算KXYXYuIuo集成模拟乘法器的应用电路二、立方运算三、平方根运算(uI 0)四、压控增益uO = KuXuY设 uX = UXQ那么 uO = (KUXQ)uY调节直流电压 UXQ ，那么调节电路增益8uIRuORXYKXYuO五、函数发生电路7.5 除法运算电路1.对数和指数运算电路组成的除法电路2. 用乘法器组成的除法电路当 u1 0，为使 u3 0，那么 u2 0 当 u1 0 时，uO 0，为使 u3 0 条件：u3 与 u1 必须反相 (保证负反响)u2 08R1R2XYKXYu3u2u1uo小 结第 7 章一、根本运算电路1. 运算电路的两种根本形式同相输入反相输入2. 运算电路的分析方法运用“虚短和“虚断的概念分析电路中各电量 间关系