CMOS与比例加减运放(第七讲)2014

1第二章基本运算电路§2.1基本逻辑门电路§2.2TTL逻辑门电路§2.3CMOS逻辑门电路

2.3.1CMOS反相器

2.3.2其它形式的CMOS逻辑门

2.3.3CMOS三态门及传输门

§2.4集成运算运放电路2

NMOS反相器0UDSID负载线ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”uiuoUCCRDS§2.3CMOS逻辑门电路32.3.1CMOS反相器UCCSTPDTNAFNMOS管PMOS管CMOS电路4UCCSTPDTNuiuoui=0截止ugs2=UCC导通u０=“１”工作原理：5UCCSTPDTNuiuoui=１导通截止u０=“０”工作原理：678CMOS电路的优点1.静态功耗小。2.允许电源电压范围宽（318V）。3.扇出系数大，抗噪容限大。92.3.2其它形式的CMOS逻辑门1.CMOS“与非”门

102.CMOS“或非”门

111.CMOS三态门

2.3.3CMOS三态门及传输门

122.CMOS传输门(TransmissionGate,TG)13第二章基本运算电路§2.1基本逻辑门电路§2.2TTL逻辑门电路§2.3CMOS逻辑门电路§2.4集成运算运放电路

2.4.1比例运算电路

2.4.2加减运算电路

2.4.3积分与微分电路

2.4.4对数与指数电路14

§2.4集成运算运放电路

集成运放最早应用于模拟信号的运算，故此得名。集成运算放大电路目前仍是运放应用的一个重要领域，同时也是其它各种应用的基础。当运算放大器工作在线性区时，能完成比例、加法、减法、积分和微分等运算。本节所涉及的运算放大器工作在线性区，且只考虑理想运放，因此“虚短”和“虚断”成立。15理想运算放大器

理想运放的条件1.开环电压增益AVO=∞;2.输入电阻Ri=∞;3.输出电阻Ro=0;4.频带宽度BW=∞;5.共模抑制比KCMR=∞;6.失调、漂移和内部噪声为零。主要条件条件较难满足，可采用专用运放来近似满足。16理想运放的工作状态1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零2.理想运放的同相和反相输入端电位近似相等（线性工作状态时）虚断虚短在运算放大器处于线性状态时，可以把两输入端视为假想短路——简称虚短。虚地如将运放的同相端接地，即V+=0，则V-=0,即反相端是一个不接“地”的“地”，称为虚地。由于理想运放的输入电阻非常高，可以把两输入端视为等效开路——简称虚断。17uiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。uiuo_++Ao例：若UOM=12V，Ao=106，则|ui|<12V时，运放处于线性区。线性放大区

运放工作在线性区时的特点18由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。理想运放的条件虚短放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。虚断运放工作在线性区的特点

在分析信号运算电路时对运放的处理19

分析运放组成的线性电路的出发点虚短虚断放大倍数与负载无关，可以分开分析。u+uo_++u–Ii信号的放大、运算有源滤波电路运放线性应用202.4.1比例运算电路作用：将信号按比例放大。类型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。

21i1=iFuo_++RFR1R’uii1iF1)放大倍数虚短虚断1、反相比例运算电路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。当RF=R1时，放大倍数为-1。222)电路的输入电阻Ri=R1平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。R’

=R1

//RFuo_++RFR1R’uii1iF为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大RF，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。23uo_++R2R1R’uiR4R3i1i2i4i3M例：求Au=?i1=i2虚短虚断虚地24该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但R3的存在，削弱了负反馈。252、同相比例运算电路_++RFR1R’uiuou-=u+=ui反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。虚短虚断结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。虚断26同相比例电路的特点：

由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。

由于串联负反馈的作用，输入电阻大。27_++uiuo3.电压跟随器结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。282.4.2加减运算电路作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。类型：同相求和和反相求和。方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。291、反相求和运算R2_++RFR1u2uoRPu1实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。30i2iFi1R2_++RFR1u2uoRPu1当时312、同相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。-R1RF++u1uoR2R3u232此电路如果以u+为输入，则输出为：-R1RF++u1uoR2R3u2u+与

u1

和u2的关系如何？注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。流入运放输入端的电流为0（虚断）33-R1RF++u1uoR2R3u2R4左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？提示：1.虚开路：流入同相端的电流为0。2.节点电位法求u+。34

利用反相求和构成减法运算电路当所有电阻均相等时3、减法运算电路35_++RFR1R1u2uoRFu1解出：

利用差分式电路构成减法运算电路36

例：证明3738394、单运放的加减运算电路实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R640R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6虚短虚断虚断41优点：元件少，成本低。缺点：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的调整计算不方便。单运放的加减运算电路改进：可采用双运放电路。42例：设计一个加减运算电路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)画电路。系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。-R3R