运算放大器计算.ppt

1、8.1和运算电路8.2积分和微分运算电路8.3对数和指数运算电路8.4模拟乘法器及其应用8.5有源滤波器第8章信号运算和处理电路简介：运算电路是集成运算放大器的基本应用电路，是集成运算放大器的线性应用。讨论了模拟信号的加法、减法、积分和微分、对数和二律背反(指数)、乘法和除法。为了便于分析，所有运算放大器都被视为理想器件：(1)开环电压增益Au=(2)Ri=，R=0，(3)开环带宽BW=(4) Uo=0，当UP=UN时。没有温度漂移，因此工作在线性区域的理想运算放大器应满足以下要求：“虚短”:即u=u-；“虚断”:I=I-=0本章讨论上述“四字规则”的灵活而大胆的应用。8.1求和运算电路，1。

2、反相输入求和电路2。同相输入求和电路3。双端输入求和电路1。反相输入求和电路。如图12.01所示，一个输入支路被加到反相比例运算电路中，形成反相输入求和电路。此时，两个输入信号电压产生的电流流向Rf。所以输出是两个输入信号的比例和。图12.01反相求和运算电路；2.同相输入求和电路。在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，形成同相输入求和电路，如图12.02所示。图12.02同相求和运算电路，由于运算放大器具有虚断特性，运算放大器同相输入端的电位可以通过叠加原理计算得到33，360，由此可以得出、3和双端输入求和电路，也称为差分输入，如图12.03所示。其输出电压表达式的推导方法与同相输

3、入运算电路相似。图12.03。当vi1=vi2=0时，vi3=0和vi4=0的输出电压vop通过叠加原理计算。当vi3=vi4=0时，分别得到vi1=0和vi2=0的von。首先，Rp=R3/R4/R，Rn=R1/R2/Rf，然后，8.2积分和微分运算电路，8.2.1积分运算电路，8.2.2微分运算电路，8.2.1积分运算电路，积分运算电路的分析方法与求和电路相似。图12.05积分运算电路，当输入信号为阶跃DC电压VI时，即图12.05中的积分运算放大器电路，图8.2.2中的微分运算电路，图12.07中的微分运算电路。图12.07差分电路，8.3对数和指数运算电路，8.3.1对数运算电路，8.

4、3.2指数运算电路，8.3.1对数运算电路，图12.08对数运算电路，见图12.08。从图中可以看出，8.3.2指数运算电路如图12.09所示。指数运算电路与对数运算电路截然相反。图12.09指数运算电路，8.4.1模拟乘法器的基本原理，8.4.2模拟乘法器的应用，8.4模拟乘法器及其应用。乘法器是另一种应用广泛的模拟集成电路，它可以实现乘法、除法、平方、功率和幅度调制，广泛应用于模拟运算、通信、测控系统、电气测量和医疗仪器等领域。8.4.1模拟乘法器的基本原理，1。模拟乘法器的基本原理。可变跨导模拟乘法器，1。模拟乘法器电路的基本原理。模拟乘法器是一种可以实现模拟乘法的集成电路。让vO、vX

5、和vY分别为输出和两个输入，其中K是比例因子，有维数。模拟乘法器的电路符号如图19.01所示。图19.01模拟乘法器符号，图19.02模拟乘法器原理图，如果vy可以用来控制ie，则IE vy可以实现。VO基本上与两个输入电压的乘积成比例。因此，实现了两个模拟量相乘的电路概念，如图19.02所示。对于差分放大器电路，输出电压为2。可变跨导模拟乘法器可以根据图19.02中的原理制成所谓的可变跨导模拟乘法器。推导高频微变化等效电路时，t由于图19.02中的电路，输出电压没有考虑非线性失真等因素，乘法效果不好。实际可变跨导模拟乘法器的主电路链路如图19.03所示。图19.03可变跨导模拟乘法器，3。对

6、数反对数模拟乘法器。根据两个数的对数等于两个数的对数之和的原理，可以用对数放大器、反对数放大器和加法器来实现模拟乘法。框图如图19.04所示。图19.04对数模拟乘法器，8.4.2模拟乘法器1的应用。乘积和乘法电路2。第三分部电路。开平方运算电路1 .积和乘电路。(1)乘法运算模拟乘法电路如图19.05所示。图19.05模拟乘法器，图19.06平方运算电路图19.07三次运算电路，(2)功率和三次运算乘法运算电路的两个输入并联，即功率运算电路，电路如图19.06所示。立方运算电路如图19.07所示。分频电路如图19.08所示，由一个运算放大器和一个模拟乘法器组成。根据运算放大器虚断的特点，有：

7、图19.08中的除法运算电路；如果K=R2/R1，第三，平方根运算电路；图19.09是平方根运算电路；根据电路，很明显，vO是-VIi的平方根。因此，只有当vI为负时，正方形才能打开，也就是说，负反馈闭环可以在vI为负的电路中实现。图中的二极管被连接以确保这一点。图19.09平方根电路，8.5源滤波器，8.5.1概述8.5.2有源低通滤波器(LPF)，8.5.3有源高通滤波器(HPF)，8.5.4有源带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)，1。过滤器2的分类。滤波器的使用它是通过在运算放大器中加入一些无源元件如电阻和电容而形成的。通常，有源滤波器分为低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF

8、)、带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)，其幅频特性曲线如图13.01所示。1。滤波器的分类、图13.01有源滤波器的频率响应滤波器也可以由无源电抗元件或晶体组成，称为无源滤波器或晶体滤波器。第二，滤波器的目的，滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些来自较高频率成分的干扰。过滤过程如图13.02所示。图13.02滤波过程，8.5.2有源低通滤波器(LPF)，1。LPF主要技术规范，2。简单的一阶低通有源滤波器，3。简单二阶低通有源滤波器，4。二阶压控低通有源滤波器，1。LPF主要技术指标：(1)通带增益Avp通带增益是指滤波器在通带内的电压放大系

9、数，如图11所示，性能良好的LPF通带幅频特性曲线平坦，阻带内的电压放大系数基本为零。(2)通带截止频率fp的定义与放大电路的上限截止频率相同。自我解释见图。过渡带在通带和阻带之间。过渡带越窄，滤波器的选择性越好。图13.03幅频特性曲线；2.简单的一阶低通有源滤波器，一阶低通滤波器的电路如图13.04所示，其幅频特性如图13.05所示，其中虚线为理想情况，实线为实际情况。其特点是电路简单，阻带衰减慢，选择性差。图13.04一阶LPF图13.05一阶LPF的幅频特性曲线，当f=0时，每个电容可视为开路，通带中的增益为一阶低通滤波器的传递函数，与RC低通链路的频率响应表达式相似，只是后者缺少通带

10、增益Avp项。3.简单的二阶低通有源滤波器为了在高频带更快地降低输出电压，提高滤波效果，增加了一个RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。其滤波效果优于一阶l二阶LPF的电路图如图13.06所示，幅频特性曲线如图13.07所示。(1)通带增益当f=0或频率很低时，每个电容可视为一个开路，通带增益如下：图13.06二阶LPF图13.07二阶LPF幅频特性曲线；(2)二阶低通有源滤波器的传递函数可以根据图13.06写出，通常C1=C2=C，滤波器的传递函数可以通过同时求解上述三个方程得到(3)通带的截止频率从S变为J，这样就可以得到截止频率。当上述公式中分母的模数超过理想的二阶波特图时，幅频特性以

11、-40 dB/dec的速率下降，这比一阶下降更快。然而，在通带的截止频率之间，幅频特性下降得不够快。(1)二阶压控LPF二阶压控低通有源滤波器如图13.08所示。其中一个电容C1原本接地，现在连接到输出端。显然，C1的变化不会影响通带增益。图13.08二阶压控LPF、四阶和二阶压控低通滤波器，图13.09二阶压控LPF的幅频特性，(2)二阶压控LPF的传递函数，上述公式表明滤波器的通带增益应小于3，以保证电路的稳定运行。对于节点N，可以列出以下方程，并且可以通过同时求解上述三个方程来获得LPF的传递函数。(3)频率响应的表达式可以由传递函数写成。当有源滤波器的品质因数为零时，上述方程可以简化，以定义电压放大因数的模数与通带增益的比值。上述两个方程表明，当Q1为零时，电压增益将更大，幅频特性将提高。当Q=3时，有源滤波器自激。由于将连接到输出端，这就等于在高频端给LPF增加了一点正反馈，所以高频端的放大系数提高了，甚至可能引起自激。二阶压控有源高通滤波器的电路图如图13所示。12.图13.12二阶压控HPF，8.5.3有源高通滤波器，由此绘制的频率响应特性曲线如图13.13所示，(2)传递函数，结论：幅频特性曲线斜率为40dB/dec；3时，电路自激。图13.13显示了二阶压控HPF的频率响应，二阶压控有源高通滤波器的电路图如