模擬電子技術(shù)姚婭川第章 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用

模擬電子技術(shù)第5章集成運(yùn)放的基本應(yīng)用主要內(nèi)容5.1理想的集成運(yùn)放

5.2基本運(yùn)算電路

5.3模擬乘法運(yùn)算電路5.4有源濾波器5.5電壓比較器5.1理想的集成運(yùn)放一、理想運(yùn)放的參數(shù)為了擴(kuò)大運(yùn)放的線性區(qū)，給運(yùn)放電路引入負(fù)反饋：理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件：電路中有負(fù)反饋！運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析方法：虛短虛斷1.線性區(qū)二、運(yùn)放的工作區(qū)域2.非線性區(qū)（正、負(fù)飽和狀態(tài)）運(yùn)放工作在非線性區(qū)的條件：電路開環(huán)工作或引入正反饋！具有兩個(gè)特點(diǎn)：（2）運(yùn)放的輸入電流等于零，即仍然滿足虛斷概念一.反相比例運(yùn)算虛地點(diǎn)i1=if

（虛斷）因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷u+

=0

u－=u+=0（虛地）反饋方式：電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓放大倍數(shù):5.2基本運(yùn)算電路5.2.1比例運(yùn)算電路例題:

R1=10k,Rf=20k,ui=-1V。求:uo

、Ri。說明R0的作用，R0應(yīng)為多大？特點(diǎn)：共模輸入電壓=0（u－=u+=0）缺點(diǎn)：輸入電阻?。?/p>

Ri=R1）R0為平衡電阻(使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等):R0=R1//Rf二.同相比例運(yùn)算電路u-=u+=uii1=if（虛斷）平衡電阻R=Rf//R1因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋特點(diǎn)：輸入電阻高缺點(diǎn)：共模輸入電壓≠0（u－=u+=ui）電壓放大倍數(shù):Au=1三.電壓跟隨器此電路是同相比例運(yùn)算的特殊情況，輸入電阻大，輸出電阻小。在電路中作用與分立元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。ui=u+=u-=uo因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷：1.反相求和運(yùn)算：若R1=R2=R,

平衡電阻R0=R1//R2//Rfi1+i2=if5.2.2加減運(yùn)算電路

一.加法運(yùn)算電路虛地2.同相相求求和和運(yùn)運(yùn)算算：：當(dāng)R1=R2=Rf=R時(shí),同相比例運(yùn)算:二.減法法運(yùn)運(yùn)算算電電路路1、利利用用加加法法器器和和反反相相比比例例器器疊加加原原理理2、差差動(dòng)動(dòng)減減法法器器ui1作用用ui2作用用綜合合：：則有：一、、積分分電電路路5.2.3積分分運(yùn)運(yùn)算算電電路路和和微微分分運(yùn)運(yùn)算算電電路路反相相積積分分器器：：如果果ui=直流流電電壓壓,輸出出將將反反相相積積分分，，經(jīng)經(jīng)過過一一定定的的時(shí)時(shí)間間后后輸輸出出飽飽和和。。tui0tuo0-UomTM積分分時(shí)時(shí)間間設(shè)Uom=15V,ui=+3V,R=10k,C=1F求積積到到飽飽和和值值的的時(shí)時(shí)間間：：練習(xí)習(xí):畫出出在在給給定定輸輸入入波波形形作作用用下下積積分分器器的的輸輸出出波波形形。。tui0212345tuo0-2-4-6應(yīng)用用舉舉例例：：輸入入方方波波，，輸輸出出是是三三角角波波。。tui0tuo0二、、微微分分電電路路：：u-=u+=0tui0tuo0例：,求uo。90°一.對(duì)數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算電電路路5.2.4對(duì)數(shù)數(shù)和和指指數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算電電路路利用用PN結(jié)的的指指數(shù)數(shù)特特性性實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算BJT的發(fā)發(fā)射射結(jié)結(jié)有有注意意：：ui必須須大大于于零零，，電電路路的的輸輸出出電電壓壓小小于于0.7V利用用虛虛短短和和虛虛斷斷，，有有用三三極極管管實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算二.指數(shù)數(shù)運(yùn)算算電電路路uO是ui的反反對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算（（指指數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算））用三三極極管管實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)反反對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算電電路路利用用虛虛短短和和虛虛斷斷，，電電路路有有要求以上上兩兩個(gè)個(gè)電電路路溫溫漂漂很很嚴(yán)嚴(yán)重重，，實(shí)實(shí)際際電電路路都都有有溫溫度度補(bǔ)補(bǔ)償償電電路路基本本原原理理5.3.1利用用對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)和和指指數(shù)數(shù)電電路路的的乘乘法法運(yùn)運(yùn)算算電電路路5.3模擬擬乘乘法法運(yùn)運(yùn)算算電電路路例如如：：若取取R1＝R2＝R3＝R4＝R，可可得得：：對(duì)于差放放有：一.基本原理理5.3.2變跨導(dǎo)乘乘法電路路模擬乘法法器功能：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)個(gè)模擬量量相乘其中K為比例因因子，量綱:V-1符號(hào)：5.3.3模擬乘法法器的應(yīng)應(yīng)用1.乘法運(yùn)算算立方運(yùn)算算電路2.平方和立立方運(yùn)算算平方運(yùn)算算電路uo=KuXuYuo=K(ui)2uo=K2(ui)33.除法運(yùn)算算電路根據(jù)虛斷斷如果令K=R2/R1則:注意：為為保證電電路為負(fù)負(fù)反饋，，必須有有：4.開平方運(yùn)算電電路)(1i12OuRRKu-=ui為負(fù)值！負(fù)反饋條件？？有源濾波器實(shí)實(shí)際上是一種種具有特定頻頻率響應(yīng)的放放大器。濾波器的功能能：對(duì)頻率進(jìn)進(jìn)行選擇,過濾掉噪聲和和干擾信號(hào)，，保留下有用用信號(hào)。濾波器的分類類：低通濾波器（（LPF）高通濾波器（（HPF）帶通濾波器（（BPF）帶阻濾波器（（BEF）5.4有源濾波器5.4.1濾波器的基本本概念及分類類ω|A|0ωC通帶阻帶A0ω|A|0ωCA0阻帶通帶ω|A|0ωC1A0阻阻ωC2通ω|A|0ωC1A0阻ωC2通通各種濾波器理想的的幅頻特性：：（1）低通（2）高通（1）帶通（1）帶阻濾波器的用途途濾波器主要用用來(lái)濾除信號(hào)號(hào)中無(wú)用的頻頻率成分，例例如，有一個(gè)個(gè)較低頻率的的信號(hào)，其中中包含一些較較高頻率成分分的干擾。1.一階RC低通濾波器(無(wú)源)5.4.2有源低通濾波波器傳遞函數(shù)：截止頻率：幅頻特性：此電路的缺點(diǎn)：1、帶負(fù)載能力差。2、無(wú)放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。幅頻特性：0.707H截止頻率01|A|2.一階有源低通通濾波器傳遞函數(shù)：通帶增益：截止頻率：幅頻特性及幅幅頻特性曲線線傳遞函數(shù)：幅頻特性：缺點(diǎn)：阻帶衰衰減太謾。H0.7071+Rf/R101+Rf/R1|A|3.二階有源低通通濾波器傳遞函數(shù)：當(dāng)Ao＜3時(shí)，濾波器可可以穩(wěn)定工作作。此此時(shí)特性與Q有關(guān)。當(dāng)Q=0.707時(shí)，幅頻特性性較平坦。當(dāng)f＞＞fL時(shí)，幅頻特性性曲線的斜率率為-40dB/dec。當(dāng)Ao≥3時(shí)，源濾波器器自激。幅頻特性及幅幅頻特性曲線線傳遞函數(shù)：通帶增益：截止頻率：5.4.3有源高通濾波波電路1.一階有源高通通濾波器幅頻特性：缺點(diǎn)：阻帶衰衰減太慢幅頻特性及幅幅頻特性曲線線傳遞函數(shù)：01+Rf/R10.707(1+Rf/R1)L|A|2.二階有源高通通濾波器由此繪出頻率率響應(yīng)特性曲曲線(2)通帶增益（1）幅頻特性：：其中：當(dāng)AO≥3時(shí)，電路自激激幅頻特性曲線線當(dāng)Ao＜3時(shí)，濾波器可可以穩(wěn)定工作作。此此時(shí)特性與Q有關(guān)。當(dāng)Q=0.707時(shí)，幅頻特性性較平坦。當(dāng)f＜＜fL時(shí)，幅頻特性性曲線的斜率率為+40dB/dec。可由低通和高通串聯(lián)得到到低通截止頻率率高通截止頻率率必須滿足5.4.3有源高通濾波波電路可由低通和高高通并聯(lián)得到到必須滿足5.4.5有源帶阻濾波波電5.5電壓比較器將一個(gè)模擬電電壓信號(hào)與一一參考電壓相比較，輸出出一定的高低低電平。功能：構(gòu)成：運(yùn)放組成的電電路處于非線線性狀態(tài)，輸輸出與輸入的的關(guān)系uo=f(ui)是非線性函數(shù)數(shù)。uoui0+UOM-UOM5.5.1電壓比較器概概述1.運(yùn)放工作在非非線性狀態(tài)的的判定：電路路開環(huán)或引入入正反饋。運(yùn)放工作在非非線性狀態(tài)基基本分析方法法2.運(yùn)放工作在非非線性狀態(tài)的的分析方法：：若U+＞U-則UO=+UOM；若U+＜U-則UO=-UOM。虛斷（運(yùn)放輸輸入端電流=0）注意：此時(shí)不不能用虛短！！uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM1.過零比較器:（門限電平=0）uoui0+UOM-UOM5.5.2單限比較器tuituo+Uom-Uom例題：利用電電壓比較器將將正弦波變?yōu)闉榉讲ā?.單門限比較器器（與參考電電壓比較）uoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓當(dāng)ui>UREF時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui<UREF時(shí),uo=-Uom運(yùn)放處于開環(huán)環(huán)狀態(tài)uoui0+Uom-UomUREF當(dāng)ui<UREF時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui>UREF時(shí),uo=-Uom若ui從反相端輸入入一般單限比較較器及其電壓壓傳輸特性令，，得到uoui0+UZ-UZ（1）用穩(wěn)壓管穩(wěn)穩(wěn)定輸出電壓壓忽略了UD3.限幅電路——使輸出電壓為為一穩(wěn)定的確確定值當(dāng)ui>0時(shí),uo=+UZ當(dāng)ui<0時(shí),uo=-UZ（2）穩(wěn)幅電路的的另一種形式式：將雙向穩(wěn)壓管管接在負(fù)反饋饋回路中uoui0+UZ-UZ當(dāng)ui>0時(shí),uo=-UZ當(dāng)ui<0時(shí),uo=+UZ5.5.3滯回比較器1.工作原理——兩個(gè)門限電壓壓。特點(diǎn):電路中使用正正反饋——運(yùn)放工作在非非線性區(qū)。（1）當(dāng)uo=+UZ時(shí)，（2）當(dāng)uo=-UZ時(shí)，UT+稱上門限電壓UT-稱下門限電壓UT+-UT-稱為回差電壓遲滯比較器的的電壓傳輸特特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設(shè)ui,當(dāng)ui=<UT-時(shí),uo從-UZ+UZ這時(shí),uo=-UZ,u+=UT-設(shè)初始值:uo=+UZ,u+=UT+設(shè)ui,當(dāng)ui=>UT+時(shí),uo從+UZ-UZ例題：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UREF=10V。當(dāng)輸入ui為如圖所示的的波形時(shí)，畫畫出輸出uo的波形。上下限：uoui08V3V傳輸特性+6V-6V3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性+6V-6V5.5.4窗口比較器本章小結(jié)1．集成運(yùn)放可可以構(gòu)成加法法、減法、積積分、微分、、對(duì)數(shù)和反對(duì)對(duì)數(shù)等多種運(yùn)運(yùn)算電路。在在這些電路中中，均存在深深度負(fù)反饋。。因此，運(yùn)放放工作在線性性放大狀態(tài)。。這時(shí)可以使使用理想運(yùn)放放模型對(duì)電路路進(jìn)行分析，，“虛短”和和“虛斷”的的概念是電路路分析的有力力工具。2．集成模擬乘乘法器是一種種重要的模擬擬集成電路，，在信號(hào)處理理和頻率變換換方面得到了了廣泛的應(yīng)用用。集成模擬擬乘法器內(nèi)部部電路較為復(fù)復(fù)