模擬電子技術(shù) 集成運放組成的運算電路

1、 運算放大器的兩個工作區(qū)域狀態(tài)：線性區(qū)和非線性區(qū)。1. 運放的電壓傳輸特性：設(shè)：電源電壓VCC=10V。 運放的AVO=104Ui1mV時，運放處于線性區(qū)。AVO越大，線性區(qū)越小，當(dāng)AVO時，線性區(qū)07.1 概述Ui1mV時，運放處于非線性區(qū)。2.理想運算放大器：開環(huán)電壓放大倍數(shù) AV0=差摸輸入電阻 Rid=輸出電阻 R0=0為了擴(kuò)大運放的線性區(qū)，給運放電路引入負(fù)反響：理想運放工作在線性區(qū)的條件： 電路中有負(fù)反響！運放工作在線性區(qū)的分析方法： 虛短U+=U- 虛斷ii+=ii-=03. 線性應(yīng)用4. 非線性應(yīng)用運放工作在非線性區(qū)的特點：運放工作在非線性區(qū)的分析方法在下一章討論正、負(fù)飽和輸出狀

2、態(tài)電路中開環(huán)工作或引入正反響！ 比例運算一、反相比例運算運算放大器在線性應(yīng)用時同時存在虛短和虛斷虛斷虛地為使兩輸入端對地直流電阻相等：R2 = R1 / R f平衡電阻特點：1.為深度電壓并聯(lián)負(fù)反響，Auf = Rf / R 12. 輸入電阻較小RifRifRif = R13. uIC = 0，對 KCMR 的要求低u+ = u- = 0虛地(1) 根本電路(2) T形網(wǎng)絡(luò)反相比例運算電路根據(jù)“虛地的概念，有 T形網(wǎng)絡(luò)等效為一個反響電阻此時同相輸入端的補償電阻 二、同相比例運算 特點：1. 為深度電壓串聯(lián)負(fù)反響，Auf = 1 + Rf /R12. 輸入電阻大Rif = 3. ，對 KCMR

3、的要求高uIC = u iu+ = u- = uI(1) 根本電路(2) 電壓跟隨器 此時有 值得注意的是，電壓跟隨器反響系數(shù)F=1， 反響深度深，輸入電阻高，輸出電阻低，常用作阻抗變換或緩沖級。 同相比例運算電路有輸入電阻高的特點，但輸入共模信號電壓高，對集成運放的共模抑制比要求也高。另一方面如果共模電壓超過允許的數(shù)值，電路也無法正常工作。當(dāng) R1 = ，Rf = 0 時，三、差分比例運算電路 為了保證運放兩個輸入端對地的電阻平衡，同時為了防止降低共模抑制比，通常要求 在理想情況下，由于“虛斷， 利用疊加定理可求得反相輸入端的電壓為 而同相輸入端的電壓為因為“虛短，即 差分比例運算電路的電壓

4、放大倍數(shù)為 又可以寫成電路元件參數(shù)對稱，差分比例運算電路的差模輸入電阻為四、比例運算電路的應(yīng)用 (1) 電壓-電流變換電路 (2) 電流-電流變換電路 加法與減法運算一、加法運算1. 反相加法運算R3 = R1 / R2 / RfiF i1 + i2假設(shè) Rf = R1= R2 那么 uO = (uI1+ uI2)根據(jù)“虛短,“虛斷和“虛地的概念有： 例解： R2 / R3 / R4 = R1/ Rf假設(shè) R2 = R3 = R4 ，那么 uO = uI1+ uI2 Rf = 2R1 2. 同相加法運算例 解：根據(jù)“虛短,“虛斷和“虛地的概念有： 法 1：利用疊加定理uI2 = 0 uI1 使

5、：uI1 = 0 uI2 使：一般R1 = R1； Rf = RfuO = uO1 + uO2 = Rf / R1( uI2 uI1 )法 2：利用虛短、虛斷uo = Rf /R1( uI2 uI1 )減法運算實際是差分電路二、減法運算(1) 單運放減法運算電路解：例(2) 雙運放減法運算電路多級集成運放相連時，后級對前級根本不影響 反相輸入運算電路的一般規(guī)律1.正函數(shù)型的反相運算電路輸入回路采用函數(shù)元件1,使反響回路采用電阻元件22.反函數(shù)型的反相運算電路輸入回路采用電阻元件1反響回路采用函數(shù)元件2,使得一、積分運算=當(dāng) uI = UI 時，設(shè) uC(0) = 0 時間常數(shù) = R1Cf積分

6、電路輸出電壓波形：tuIOtuOO 微分與積分運算(1) 根本積分運算電路 (2) 求和積分運算電路 在上述根本的積分運算電路根底上，增加假設(shè)干個輸入回路就構(gòu)成求和積分運算電路。 (3) 積分電路存在的問題產(chǎn)生積分漂移(4) 積分電路的應(yīng)用 把積分電路的輸出電壓作為電子開關(guān)或其他類似裝 置的輸入控制電壓，那么積分電路可以起延時作用。 可以用作波形變換電路，把輸入的方波信號變換為三角波。 積分電路可以用在模-數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中，把電壓量轉(zhuǎn)化為與之成比例的時間量。它可以使正弦輸入信號移相，也用作波形變換電路，把輸入的方波信號變換為三角波。 例 解：R2 = Rf虛地虛斷RfC1 = 時間常數(shù)微分電路輸出

7、電壓:二、微分運算 uItOuOtO(1) 根本微分運算電路(2) 改進(jìn)型的微分運算電路圖中輸入回路的電阻 限制了噪聲干擾和突變的輸入信號。且 的引入，加強了負(fù)反饋的作用。反饋電路引入 和 并聯(lián)是用來進(jìn)行相位補償?shù)摹＿m當(dāng)?shù)倪x取電路參數(shù)能使電路穩(wěn)定工作。 根本運算電路應(yīng)用舉例例 測量放大器(儀用放大器)同相輸入同相輸入差分輸入uo1uo2對共模信號：uO1 = uO2 那么 uO = 0對差模信號：R1 中點為交流地為保證測量精度需元件對稱性好u+ = u- = usio = i1 = us / R11. 輸出電流與負(fù)載大小無關(guān)2. 恒壓源轉(zhuǎn)換成為恒流源特點：例 電壓電流轉(zhuǎn)換器10 k10 nF

8、 時間常數(shù) = R1Cf = 0.1 ms設(shè) uC(0) = 0= 5 VuI/Vt/ms0.10.30.55 5uO/Vt/ms= 5 V5 5例 利用積分電路將方波變成三角波例 差分運算電路的設(shè)計條件：Rf = 10 k要求：uo = uI1 2uI2R1 = 5 kR2 = 2R3R2/ R3= R1/Rf= 5/10R2= 10 kR3= 5 k例 開關(guān)延遲電路電子開關(guān)當(dāng) uO 6 V 時 S 閉合，tuOO6 V1 msuItO 3 VtusO 3 V課堂練習(xí)7.3 對數(shù)和指數(shù)運算電路7.3.1 對數(shù)電路7.3.2 指數(shù)電路7. 3.1 對數(shù)電路 利用PN結(jié)的指數(shù)特性實現(xiàn)對數(shù)運算BJ

9、T的發(fā)射結(jié)有也可利用半導(dǎo)體三極管實現(xiàn)對數(shù)運算其中，IES 是發(fā)射結(jié)反向飽和電流，uO是ui的對數(shù)運算。注意：ui必須大于零，電路的輸出電壓小于0.7伏利用虛短和虛斷，電路有7.3.2 反對數(shù)指數(shù)電路uo = RF IS eui /UT輸入與輸出的關(guān)系式為:uO是ui的反對數(shù)運算指數(shù)運算用半導(dǎo)體三極管實現(xiàn)反對數(shù)運算電路利用虛短和虛斷，電路有要求以上兩個電路溫漂很嚴(yán)重，實際電路都有溫度補償電路7.4 集成模擬乘法器7.4.2 單片集成模擬乘法器7.4.1 集成模擬乘法器的 根本工作原理6.2集成模擬乘法器 的應(yīng)用電路集成模擬乘法器的 應(yīng)用電路7.4.1 模擬乘法器的根本工作原理一、模擬乘法器的根本

10、特性符號KXYXYuxuyuouO = KuxuyK 增益系數(shù)類型單象限乘法器 ux、uy 皆為固定極性二象限乘法器 一個為固定極性，另一個為可正可負(fù)四象限乘法器 ux、uy 皆為可正可負(fù)理想乘法器： 對輸入電壓沒有限制，ux= 0 或 uy = 0 時，uO = 0實際乘法器： ux= 0, uy = 0 時，uO 0 輸出失調(diào)電壓 ux= 0，uy 0 時，或 uy = 0，ux 0 時， 輸出饋通電壓uO 0二、利用對數(shù)和指數(shù)電路的乘法電路三、可變跨導(dǎo)乘法器的工作原理當(dāng) uY uBE3 時，IC3uY/RE要求 uY 0故為二象限乘法器因 IC3 隨 uY 而變，其比值為電導(dǎo)量，稱變跨導(dǎo)

11、乘法器當(dāng) uY 較小 時，相乘結(jié)果誤差較大7.4.2 單片集成模擬乘法器MC1496 雙差分對模擬乘法器V1、V2、V5模擬乘法器V3、V4、V6模擬乘法器V7 V9 、R5電流源電路R5 、V7 、R1電流源基準(zhǔn)V8、V9 提供 0.5 I0RY引入負(fù)反響，擴(kuò)大 uY 的線性 動態(tài)范圍其中，uX UT ( 26 mV)增益系數(shù)MC1595+VCCuYR1RCMC1595129478512R3RCuX1461011313R13RXRYuOVEEI 0/2I0/2負(fù)反饋電阻，用以擴(kuò)大 uX、uY 范圍一、平方運算KXYXYuIuo集成模擬乘法器的應(yīng)用電路二、立方運算三、平方根運算(uI 0)四、壓控增益uO = KuXuY設(shè) uX = UXQ那么 uO = (KUXQ)uY調(diào)節(jié)直流電壓 UXQ ，那么調(diào)節(jié)電路增益8uIRuORXYKXYuO五、函數(shù)發(fā)生電路7.5 除法運算電路1.對數(shù)和指數(shù)運算電路組成的除法電路2. 用乘法器組成的除法電路當(dāng) u1 0，為使 u3 0，那么 u2 0 當(dāng) u1 0 時，uO 0，為使 u3 0 條件：u3 與 u1 必須反相 (保證負(fù)反響)u2 08R1R2XYKXYu3u2u1uo小 結(jié)第 7 章一、根本運算電路1. 運算電路的兩種根本形式同相輸入反相輸入2. 運算電路的分析方法運用“虛短和“虛斷的概念分析電路中各電量 間關(guān)系