CMOS與比例加減運(yùn)放(第七講)2014

1第二章基本運(yùn)算電路§2.1基本邏輯門電路§2.2TTL邏輯門電路§2.3CMOS邏輯門電路

2.3.1CMOS反相器

2.3.2其它形式的CMOS邏輯門

2.3.3CMOS三態(tài)門及傳輸門

§2.4集成運(yùn)算運(yùn)放電路2

NMOS反相器0UDSID負(fù)載線ui=“1”ui=“0”uo=“0”uo=“1”uiuoUCCRDS§2.3CMOS邏輯門電路32.3.1CMOS反相器UCCSTPDTNAFNMOS管PMOS管CMOS電路4UCCSTPDTNuiuoui=0截止ugs2=UCC導(dǎo)通u０=“１”工作原理：5UCCSTPDTNuiuoui=１導(dǎo)通截止u０=“０”工作原理：678CMOS電路的優(yōu)點(diǎn)1.靜態(tài)功耗小。2.允許電源電壓范圍寬（318V）。3.扇出系數(shù)大，抗噪容限大。92.3.2其它形式的CMOS邏輯門1.CMOS“與非”門

102.CMOS“或非”門

111.CMOS三態(tài)門

2.3.3CMOS三態(tài)門及傳輸門

122.CMOS傳輸門(TransmissionGate,TG)13第二章基本運(yùn)算電路§2.1基本邏輯門電路§2.2TTL邏輯門電路§2.3CMOS邏輯門電路§2.4集成運(yùn)算運(yùn)放電路

2.4.1比例運(yùn)算電路

2.4.2加減運(yùn)算電路

2.4.3積分與微分電路

2.4.4對(duì)數(shù)與指數(shù)電路14

§2.4集成運(yùn)算運(yùn)放電路

集成運(yùn)放最早應(yīng)用于模擬信號(hào)的運(yùn)算，故此得名。集成運(yùn)算放大電路目前仍是運(yùn)放應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，同時(shí)也是其它各種應(yīng)用的基礎(chǔ)。當(dāng)運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，能完成比例、加法、減法、積分和微分等運(yùn)算。本節(jié)所涉及的運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，且只考慮理想運(yùn)放，因此“虛短”和“虛斷”成立。15理想運(yùn)算放大器

理想運(yùn)放的條件1.開環(huán)電壓增益AVO=∞;2.輸入電阻Ri=∞;3.輸出電阻Ro=0;4.頻帶寬度BW=∞;5.共模抑制比KCMR=∞;6.失調(diào)、漂移和內(nèi)部噪聲為零。主要條件條件較難滿足，可采用專用運(yùn)放來近似滿足。16理想運(yùn)放的工作狀態(tài)1.理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零2.理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電位近似相等（線性工作狀態(tài)時(shí)）虛斷虛短在運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為假想短路——簡(jiǎn)稱虛短。虛地如將運(yùn)放的同相端接地，即V+=0，則V-=0,即反相端是一個(gè)不接“地”的“地”，稱為虛地。由于理想運(yùn)放的輸入電阻非常高，可以把兩輸入端視為等效開路——簡(jiǎn)稱虛斷。17uiuo+UOM-UOMAo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間加負(fù)反饋才能使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。uiuo_++Ao例：若UOM=12V，Ao=106，則|ui|<12V時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。線性放大區(qū)

運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)18由于運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時(shí)常將其理想化，稱其所謂的理想運(yùn)放。理想運(yùn)放的條件虛短放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)。分析多個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組合的線性電路時(shí)可以分別對(duì)每個(gè)運(yùn)放進(jìn)行。虛斷運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)

在分析信號(hào)運(yùn)算電路時(shí)對(duì)運(yùn)放的處理19

分析運(yùn)放組成的線性電路的出發(fā)點(diǎn)虛短虛斷放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)，可以分開分析。u+uo_++u–Ii信號(hào)的放大、運(yùn)算有源濾波電路運(yùn)放線性應(yīng)用202.4.1比例運(yùn)算電路作用：將信號(hào)按比例放大。類型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。

21i1=iFuo_++RFR1R’uii1iF1)放大倍數(shù)虛短虛斷1、反相比例運(yùn)算電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：負(fù)反饋引到反相輸入端，信號(hào)從反相端輸入。當(dāng)RF=R1時(shí)，放大倍數(shù)為-1。222)電路的輸入電阻Ri=R1平衡電阻，使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時(shí)輸入級(jí)的對(duì)稱性。R’

=R1

//RFuo_++RFR1R’uii1iF為保證一定的輸入電阻，當(dāng)放大倍數(shù)大時(shí)，需增大RF，而大電阻的精度差，因此，在放大倍數(shù)較大時(shí)，該電路結(jié)構(gòu)不再適用。23uo_++R2R1R’uiR4R3i1i2i4i3M例：求Au=?i1=i2虛短虛斷虛地24該放大電路，在放大倍數(shù)較大時(shí)，可避免使用大電阻。但R3的存在，削弱了負(fù)反饋。252、同相比例運(yùn)算電路_++RFR1R’uiuou-=u+=ui反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋。輸入電阻高。虛短虛斷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：負(fù)反饋引到反相輸入端，信號(hào)從同相端輸入。虛斷26同相比例電路的特點(diǎn)：

由于電壓負(fù)反饋的作用，輸出電阻小，可認(rèn)為是0，因此帶負(fù)載能力強(qiáng)。

由于串聯(lián)負(fù)反饋的作用，輸入電阻大。27_++uiuo3.電壓跟隨器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：輸出電壓全部引到反相輸入端，信號(hào)從同相端輸入。電壓跟隨器是同相比例運(yùn)算放大器的特例。282.4.2加減運(yùn)算電路作用：將若干個(gè)輸入信號(hào)之和或之差按比例放大。類型：同相求和和反相求和。方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。291、反相求和運(yùn)算R2_++RFR1u2uoRPu1實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。30i2iFi1R2_++RFR1u2uoRPu1當(dāng)時(shí)312、同相求和運(yùn)算實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。-R1RF++u1uoR2R3u232此電路如果以u(píng)+為輸入，則輸出為：-R1RF++u1uoR2R3u2u+與

u1

和u2的關(guān)系如何？注意：同相求和電路的各輸入信號(hào)的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨(dú)調(diào)整。流入運(yùn)放輸入端的電流為0（虛斷）33-R1RF++u1uoR2R3u2R4左圖也是同相求和運(yùn)算電路，如何求同相輸入端的電位？提示：1.虛開路：流入同相端的電流為0。2.節(jié)點(diǎn)電位法求u+。34

利用反相求和構(gòu)成減法運(yùn)算電路當(dāng)所有電阻均相等時(shí)3、減法運(yùn)算電路35_++RFR1R1u2uoRFu1解出：

利用差分式電路構(gòu)成減法運(yùn)算電路36

例：證明3738394、單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R640R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6虛短虛斷虛斷41優(yōu)點(diǎn)：元件少，成本低。缺點(diǎn)：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的調(diào)整計(jì)算不方便。單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路改進(jìn)：可采用雙運(yùn)放電路。42例：設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)畫電路。系數(shù)為負(fù)的信號(hào)從反相端輸入，系數(shù)為正的信號(hào)從同相端輸入。-R3R