模拟电子线路第六章信号运算和处理电路

模拟电子线路第六章信号运算和处理电路第一节学习要求第二节基本运算电路第三节实际运算放大器运算电路的误差分析第一节学习要求1、熟悉运放三种输入方式的基本运算电路及其设计方法2、了解其主要特点，掌握运用虚短、虚断的概念分析各种运算电路的输出与输入的函数关系。3、了解积分、微分电路的工作原理和输出与输入的函数关系。学习重点：应用虚短和虚断的概念分析运算电路。学习难点：实际运算放大器的误差分析集成运放的线性工作区域前面讲到差放时，曾得出其传输特性如图，而集成运放的输入级为差放，因此其传输特性类似于差放。当集成运放工作在线性区时，作为一个线性放大元件vo=Avovid=Avo(v+-v-)通常Avo很大，为使其工作在线性区,大都引入深度的负反馈以减小运放的净输入,保证vo不超出线性范围。对于工作在线性区的理想运放有如下特点：∵理想运放Avo=∞，则v+-v-=vo/Avo=0v+=v-∵理想运放Ri=∞i+=i-=0这恰好就是深度负反馈下的虚短概念。已知运放F007工作在线性区，其Avo=100dB=105,若vo=10V，Ri=2MΩ。则v+-v-=?，i+=?，i-=?可以看出，运放的差动输入电压、电流都很小，与电路中其它电量相比可忽略不计。这说明在工程应用上，把实际运放当成理想运放来分析是合理的。返回第二节基本运算电路比例运算电路是一种最基本、最简单的运算电路，如图8.1所示。后面几种运算电路都可在比例电路的基础上发展起来演变得到。vo∝vi：vo=kvi(比例系数k即反馈电路增益AvF,vo=AvFvi)输入信号的接法有三种：反相输入（电压并联负反馈）见图8.2同相输入（电压串联负反馈）见图8.3差动输入（前两种方式的组合）讨论：1）各种比例电路的共同之处是：无一例外地引入了电压负反馈。2）分析时都可利用"虚短"和"虚断"的结论：iI=0、vN=vp。见图8.43）AvF的正负号决定于输入vi接至何处：接反相端：AvF<0接同相端：AvF>0，见图8.5作为一个特例，当R1→∞时AVF=1，电路成为一个电压跟随器如图8.6所示。4)在同相比例电路中引入串联反馈，所以Ri很大，而反相比例电路引入并联负反馈，所以Ri不高。5）由于反相比例电路中，N点是"虚地"点，vN≈0。所以加在集成运放上的共模输入电压下降至0；而同相比例电路中，vN≈vi，所以集成运放将承受较高的共模输入电压。6）比例电路的同相端均接有R′，这是因为集成运放输入级是由差放电路组成，它要求两边的输入回路参数对称。即，从集成运放反相端和地两点向外看的等效电阻等于反相端和地两点向外看的等效电阻。这一对称条件，对于各种晶体管集成运放构成的运算和放大电路是普遍适用的。有时(例高阻型运放)要求不严格。例：试用集成运放实现以下比例运算：AvF=vo/vi=0.5，画出电路原理图，并估算电阻元件的参数值。解：(1)AvF=0.5>0，即vo与vi同相。∴可采用同相比例电路。但由前面分析可知，在典型的同相比例电路中，AvF≥1，无法实现AvF=0.5的要求。(2)选用两级反相电路串联，则反反得正如图8.7所示。使AvF1=-0.5，AvF2=-1。即可满足题目要求。电阻元件参数见图8.8。一、加法电路求和电路的输出电压决定于若干个输入电压之和，一般表达式为：vo=k1vs1+k2vs2+......+knvsn观胞魄下面浸以图深8.鸣9为放例推容导输琴出/遥输入到之间删的函咳数关悼系。缝该棍电路评的实恩质是环多端霸输入鸭的电斜压并躁联负哀反馈躬电路签。隐浓颤内闲根据建虚地免的概盼念，草即：零v赛I番=0销→v蛮N埋-v惑P伶=0凉,钱i垫I苏=0份电路役特点宰：杯妄在进稳行电爸压相典加时快，能吃保证坝各v其s吵及怖v荒o塌间有笋公共米的接凝地端侦。输党出v霜o粘分别目与各拌个耀v僻s迹间的劲比例稀系数减仅仅旧取决年于R赠f最与各孕输入业回路期的电昏阻之有比，榨而与如其它痰各路杯的电兔阻无济关。服因此盈，参丰数值扔的调攻整比愚较方龙便。壶坦1)踏求金和电粗路实民际上捎是利巴用"尿虚地垒"以并及i咬I贼=0赖的原脊理，慰通过哄电流嗽相加湖(i丑f火=i樱1遭+i翠2扣+…惩)来毒实现捞电压无相加焦。此碍加法瓣器还贡可扩掀展到女多个租输入替电压速相加露。也铁可利挥用同江相放零大器母组成滋。栋坛2)融输踏出端莲再接愉一级瘦反相技器，仗则可隆消去顿负号敲，实假现符懂合常粘规的偿算术马加法围。同企相放难大器乡可直寨接得堡出无慌负号殊的求屋和。纹但仅搞在R爪n吃=R税p误的严编格条诸件下们正确骄。伟哥3)妥这蹈个电宪路的己优点伟是：皇搬a.寿在进青行电滥压相摇加的涉同时顿，魔仍能定保证糊各输皇入电说压及搜输出机电压冠间有嫂公共馋的接趴地端芹。使围用方但便。带轨b.见由于雹"虚毙地"佳点的透"隔呆离"格作用旅，输音出v钥o逗分别颜与各夹个v废s1夹间的范比例免系数饱仅仅可取决籍于R辫f辆与各黎相应传输入前回路观的电贸阻之捉比，污而浑与其阅它各代路的番电阻奋无关铲。因气此，兴参数蜘值的繁调整节比较怜方便踢。壤二、承减法厕电路晌嫁电路顿如图纷8.违10备所示逐，由侵反相绩比例沫电路此得：夸增利用音差动桃输入楚也可脾以实脚现减命法运宰算，扭电路优如图约8.朱11窃所示给电路铲特点再:撞份a、爷只需顾一只垄运放史,元扣件少廉,成孝本低挨.姨知b、税由于矮其实架际是存差动晌式放借大器朝,电恩路存持在共冲模电赞压,援应选慨用K随CM爸R除较高谨的集动成运搞放,惩才能蕉保证瓜一定技的运仅算精壁度.聪告c、腔阻值哑计算宜和调臂整不筒方便毛。吨例1蛇.升试吹用集榜成运炉放实粘现求没和运术算。倍渐1)阁v壮o塑=-液(v孝s1腰+1纯0v严s2答+2蚊v园s3波)即练2)久v溪o床=1役.5桂v辛s1披-5钟v缓s2转+0症.1爪v龄s3邀解筛(1慌)用返反相识求和讲电路轨形式切(如踪图1晨2)督陵解带(2腹)本猾题要辩求的调运算格关系天中既诸有加乌法又葱有减割法。晕撑使用幅双集原成运初放的臣电路缓如图倡8.陪13拖务峰①师v肝s1埋、v参s3皱加到欢A筹1从-组墙成反屡相求桑和电惩路，尚使v秒o1傍=-绣(1仇.5拴v昌s1竟+0滚.1坟v违s3镜)锤②受将v六o1北和v莲s2建加到搏A妨2为的反拔相端倾使:守见v崖o烤=-量(v堡o1址+5肝v困s3奥)做徒叉窗=1福.5颗v芦s1令+0丢.1蜡v颈s3柱-5铅v毕s2序籍R堂f1伸/R产1乎=1俩.5恒R邀f1狠/R宽3桂=0躺.1千选R脆1李=2德k,扬可得季：R固f1冤=3红k,封R叶3纺=3欠0k毛例：裤请证游明图步8.熟14替所示拦电路信的输佩出为硬扔该电栽路称脊为仪诉用放帅大器漏，其炕主要茶特点惧见P骗33军2~活33狮3方三、虎积分宣电路沸蚂积分骄电路费的应盛用很泡广，搜它是浸模拟予电子什计算安机的菌基本拖组成叨单元肢。在蜓控制烛和测好量系暑统中听也常瑞常用紧到积规分电口路。芝此外夺，积输分电挺路还弓可用薪于延处时和项定时乳。在看各种圣波形损(矩悲形波燥、锯牧齿波伐等)感发生唐电路卫中，源积分批电路绪也是驾重要琴的组铺成部麻分。蒙电路锅如图温8.戴15加所示迷。傻仇逢采用薄什么旧方法善能使灯v跌o湖与v崭i花间成惠为积陕分关好系呢稠？首勒先想暴到的已是利负用电碰容C唯。因勿为错其中卵v纸c冠，i朴c宴分别胳为电勤容两旦端电汤压和妖流过沸的电铜流，壳C为士电容众容量婶。所茅以如船果能棒设法遍使电针路的粗v揉o链∝扁v跳c制,而粱使v宜i哀∝i选c谷,则晃v近o桨与v师i愤间也伙将成缝为积荷分关娘系。艘以上毅的要绘求可杠以利渔用集绩成运户放来蒜实现终，电黄路如固图8雕.1烟4所曲示。缝荣运放命的反牢相端载"虚扶地"洞,v反N竹=0碎,竞∴v查o避=-丑v太c农实云现了田第一绩个要适求(刻v烦o苍∝v池c愤)；挣又i热c春=i咸1剧=v固s墙/R丑实串现了菊第二企个要友求(汤v臂s卧∝i全c败)笋殖于是视框寿即皱良τ=痰RC岸—袋—微积分略电路享的时晃间常射数汗讨论塘：淋任1)搞以上术关系辉是假例设C殃两端厚v伶co定=0抄,若章v反co松≠0抬,则脸什2)述将积颈分电拥路图血8.棵16谅与反醉相比墙例电球路比谦较,域可以塌看出伤基本愧积分凉电路丧也是殃在反层相比趴例电曾路基艺础上物演变黎而得疫.(鞠将R狠F述换成纺C即走可)率福3)马如果潮在积牧分电袖路的睛输入货端加匙上一拐个阶随跃信林号则调可得抬到遥指痰正机勤距意即v桐o响随时茄间而懒直线往上升劈,但填增长礼方向汽与v助s障极性醒相反剪。增手长速郊度正心比于泪v灭s取(输既入电销压的崖幅值付)和撕1/替τ三。利拣用积门分电惩路的湾上述刺特性添，若置输入刻信号打是方勇波,桂则输剃出将秘是三阻角波累。可译见积当分电性路能蜓将方形波转虑换成进三角柳波。甜滚当t省增加晃时,索|v补o烧|是长否增榴加并急趋于翻无穷迎？显绝然不浅能。线它涨受到距集成充运放枕的最呀大输搞出电揪压v纱om袄ax疑的限列制，主当v呼o机等于献正向况或负警向的烈最大换值后报，便役达到籍饱和巷，不允再继率续增纹大。性旺积分慨电路件具有束延迟粥作用盲。将待v宪o容作为贱电子础开关喂的输中入电演压,会即输点出端乌接一烘电子少开关黎，当荡v肚o虏=6先v时狮电子泡开关黑动作竭。设防v和s被在t疑=0公,由腥0变患为-趴3v尸，则澡v棚o匠随t拍线性真上升压。已胶知:吊R=汇10擦kΩ匹,C好=0阵.0御5μ脱F,谅v忠co阻=0示，请现算出多v折o脑=6活v时猴所对扩应的暑时间矛T？外游4)辟在积涌分电犬路输伐入端叛加上执一个恨正弦蹄信号延,v选s终=V势m搬si挡nω桌t,驻封v旋o设比v安s堡领先只90禽°,肆这个丽相差陕与ω盒无关能。但对幅度指与积业分电旷路的香RC佩、ω少有关诵，R羽C、锋ω增输大,企幅度贼减小谁。激禽这就慕是积巷分电什路的陵移相捎作用闷。铸小结蜻：植虎以上轻讨论册的积梦分性齐能，棉均指佩理想怨情况罪而言弄。岩实际植的积殊分电追路不拢可能晋是理妙想的敏，常助常出家现积赠分误宪差。灶主决要原度因是牙实际开集成喂运放辰的输怒入失拥调电锈压、幕输入慨偏置爆电流菠和失笔调电塌流的酸影响乌。实剃际的吐C存因在漏醋电流伙等。卧情况撒严重是时甚遍至不墙能正亚常工钱作。秤实际棋应用倦时要顷注意件这些铜问题诵。班例1城:处一求场和-筒-积提分电秆路如压图8默.1宝7所缘示。满(1露)求幻v批o秘的表增达式意。杀(2忠)设属两个浓输入蓝信号仪v玉s1团,v篮s2赞皆为叙阶跃厕信号卵如图恢8.彼18墨所示球。画文出v冻o缝的波痒形。惰解：近（1旦）虚解断：浪i苹c彩=i丰1预+i暗2伸愿所卷恐击虚幼地：伍鞋晕（2帮）由似图8赞.1俊8可忧得当歼0≤抽t<央0.扫5s遣,v拥s1忙=1震(v梦),匪v种s2夏=0证脖薯衫蹦漆苗当t进≥0钳.5侄s时牧，v鹊s1掘=1骂v,镇v债s2愉=-窄1v靠,奋则其袍输出涉波形祝如图么8.客19微所示株。煮四、味微分眯电路拢页微分仓是积搅分的统逆运恩算。座只要姓将积签分电糊路中备R与奇C互陪换即棚可，后如图授8.摘20麻所示由。枝讨论泼:德若喜v拦s糖=k音，则姿v笛o背=0搂(理狸想情善况)很；石若v高s肌是一狐个直暑线上衡升的亲电压迟，则吃v怒o鞋=-虚K患。如栽图8夫.2傅1所贺示。付例2驴：返用集另成运闻放实叔现：孩v会o朱=5杂∫(楚v积s1协-0烘.2熄v豆s2搞+3驾v畏s3醒)d平t要扯求各咬路输螺入电绒阻大膛于1盗00夏k，齐选择货电路猜结构分形式泉并确饥定电失路参魔数值船。跨解：筐要求劝实现泽的运哭算关危系中短包含悦+、嫁-、桃∫运惩算。滋采夜用两颠个集轧成运桌放结窄构：句如图冰8.纷22糠所示箱：狱耗使v菌o1马=-伸(v由s1稳+等3v帅s3扫)创再将偏v哄o1挺和v肤s2气加在夕A壳2勇的反关相端像，懂实现项的是双求和钢积分马运算受，使格v封o总=-蝴5∫拉(v展o1斩+0倘.2央v围s2攻)d致t欧实现昼本题任要求壤。隔参数军的计佛算：董具体