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文档简介
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
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