模拟信号运算电路精选PPT.ppt

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1、模拟信号运算电路第1页，讲稿共27张，创作于星期二7.1.1理想运放的技术指标理想运放的技术指标开环差模电压增益开环差模电压增益 Aod=；输出电阻输出电阻 ro =0；共模抑制比共模抑制比 KCMR =；差模输入电阻差模输入电阻 rid=；UIO =0、IIO=0、UIO =IIO=0；输入偏置电流输入偏置电流 IIB =0；-3 dB 带宽带宽 fH =，等等。等等。7.1理想运放的概念理想运放的概念第2页，讲稿共27张，创作于星期二7.1.2理想运放工作在线性区时的特点理想运放工作在线性区时的特点输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性

2、放大关系，即+Aod理想运放工作在线性区特点：理想运放工作在线性区特点：1.理想运放的差模输入电压等于零理想运放的差模输入电压等于零即即“虚短虚短”“虚短虚短”是指在分是指在分析运算放大器处析运算放大器处于线性状态时，于线性状态时，可把两输入端视可把两输入端视为等电位，这一为等电位，这一特性称为虚假短特性称为虚假短路，简称虚短。路，简称虚短。显然不能将两输显然不能将两输入端真正短路。入端真正短路。第3页，讲稿共27张，创作于星期二2.理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零由于由于 rid=，两个输入端均没有电流，即两个输入端均没有电流，即“虚断虚断”7.1.3理想运放工作在非线性区时

3、的特点理想运放工作在非线性区时的特点传输特性传输特性+UOPPuOu+-u-O-UOPP理想特性理想特性7.1.2理想运放工作在线性区时的特点理想运放工作在线性区时的特点“虚断虚断”是指在分析运放处于线是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。将两输入端真正断路。第4页，讲稿共27张，创作于星期二理想运放工作在非线性区特点：理想运放工作在非线性区特点：当当 u+u-时时，uO=+UOPP当当 u+u-时时,uO=-UOPP1.uO 的值只有两

4、种可能的值只有两种可能在在非非线线性性区区内内，(u+-u-)可可能能很很大大，即即 u+u-。“虚虚地地”不存在不存在2.理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零7.1.3 理想运放工作在非线性区时的特点理想运放工作在非线性区时的特点第5页，讲稿共27张，创作于星期二实实际际运运放放 Aod ，当当 u+与与 u-差差值值比比较较小小时时，仍仍有有 Aod(u+-u-)UOPP，运放工作在线性区。运放工作在线性区。例例如如：LM741 的的 Uopp=14 V，Aod 2 105，线线性性区区内内输入电压范围输入电压范围uOu+-u-O实际特性实际特性非线性区非线性区非线性区非线性区

5、线性区线性区但线性区范围很小。但线性区范围很小。7.1.3 理想运放工作在非线性区时的特点理想运放工作在非线性区时的特点第6页，讲稿共27张，创作于星期二分析运算放大电路的基本依据分析运算放大电路的基本依据运放工作在运放工作在线性区，线性区，即工作即工作深度负反馈深度负反馈。当运放工作在线性区时，当运放工作在线性区时，“虚短虚短”和和“虚虚断断”的概念是成立的，的概念是成立的，“虚短虚短”和和“虚断虚断”是分析各种运放构成的线性电路的基本出发是分析各种运放构成的线性电路的基本出发点和基本依据。大家在理解的基础上要点和基本依据。大家在理解的基础上要牢牢牢牢记住记住。第7页，讲稿共27张，创作于星

6、期二理想运放工作在线性区时的特点理想运放工作在线性区时的特点特点特点:虚短虚短:u+=u-（Aod）(理想运放的差模输入电压等于零理想运放的差模输入电压等于零)虚断虚断:i+=i-=0 (rid）(理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零）比例运算电路的作用：比例运算电路的作用：将信号按比例放大。将信号按比例放大。7.2 比例运算电路比例运算电路第8页，讲稿共27张，创作于星期二7.2.1 7.2.1 反相比例运算电路反相比例运算电路为使差动放大电路参数为使差动放大电路参数对称，选对称，选R2R1/RFR2称为平衡电阻。称为平衡电阻。深负反馈深负反馈虚短：虚短：虚断：虚断：u=u+=0

7、(虚地虚地）i+=i=0当当 R1 RF 时时，Auf =-1单位增益倒相器单位增益倒相器电压并联负反馈电压并联负反馈第9页，讲稿共27张，创作于星期二7.2.2 7.2.2 同相比例运算电路同相比例运算电路R2R1/RF 深负反馈深负反馈虚短：虚短：u+=u虚断：虚断：i+=i=0u+=uI电压串联负反馈电压串联负反馈第10页，讲稿共27张，创作于星期二同相比例运算电路的特点同相比例运算电路的特点1）不存在不存在“虚地虚地”，集成运放输入端可能具有较高的共，集成运放输入端可能具有较高的共模输入电压；模输入电压；2)电压放大倍数电压放大倍数 Auf 1;当当RF=0时时，Auf=1,此时此时称

8、为称为电压跟随器电压跟随器。3 3）输入电阻高，若在理想运放条输入电阻高，若在理想运放条件下，件下，R Rifif;输出电阻很低。输出电阻很低。第11页，讲稿共27张，创作于星期二7.2.3 7.2.3 差分比例运算电路差分比例运算电路满足满足 R1=R1 RF=RF 深负反馈深负反馈虚短：虚短：u=u+虚断：虚断：i+=i=0三种比例运算电路之比较：三种比例运算电路之比较：P286 表表7-1特点：特点：1）不存在不存在“虚地虚地”。2）对元件的对称性要求较高，输入电阻不够高。对元件的对称性要求较高，输入电阻不够高。第12页，讲稿共27张，创作于星期二7.2.4 7.2.4 比例电路应用实例

9、比例电路应用实例 应变、温度等物理量通过传感器转换成电量时，应变、温度等物理量通过传感器转换成电量时，获得的获得的信号电压变化量常常很小信号电压变化量常常很小，而，而共模电压却很高共模电压却很高，所以传感器后面的数据放大器必须具有很高的共模抑制比，所以传感器后面的数据放大器必须具有很高的共模抑制比，同时要求有较高的输入电阻，以免对传感器产生影响。三同时要求有较高的输入电阻，以免对传感器产生影响。三运放数据放大器（仪用放大器）是目前应用比较广泛的电运放数据放大器（仪用放大器）是目前应用比较广泛的电路之一。路之一。第13页，讲稿共27张，创作于星期二7.2.4 7.2.4 比例电路应用实例比例电路

10、应用实例在在 R2R3、R4R5、R6R7，精确匹配时，可得精确匹配时，可得A1、A2为同相比例运算电路。为同相比例运算电路。电路结构对称，其漂移和失调电路结构对称，其漂移和失调都有相互抵消的作用都有相互抵消的作用A3为差分比例为差分比例运算电路运算电路第14页，讲稿共27张，创作于星期二7.2.4 7.2.4 比例电路应用实例比例电路应用实例例例7.2.2 求求Auf 和和 Rif解：解：深负反馈深负反馈虚断虚断 i+i0 i1i2虚短虚短 uu+0（虚地虚地）第15页，讲稿共27张，创作于星期二7.2.4 7.2.4 比例电路应用实例比例电路应用实例对比：对比：可得：可得：输入电阻：输入电

11、阻：Rif=R1 为了用低值电阻实现高电压增益的比例运算，常用为了用低值电阻实现高电压增益的比例运算，常用T型网型网络代替络代替RF第16页，讲稿共27张，创作于星期二7.3 求和运算电路（加法电路）求和运算电路（加法电路）7.3.1 7.3.1 反相求和电路反相求和电路RR1/R2/R3/RF深负反馈深负反馈虚断：虚断：i+=i-=0 iF=i1+i2+i3虚短：虚短：u-=u+=0（虚地虚地）若若R1=R2=R3=R,则则第17页，讲稿共27张，创作于星期二例：例：7.3.1 uo=-3uI1-10uI2-0.53uI3解解：已知已知 uo=-3uI1-10uI2-0.53uI3 对比对比

12、 可得：可得：RF/R1=3,RF/R2=10,RF/R3=0.53选选 RF=100k 则则R1=RF/3=33.3k R2=RF/10=10k R3=RF/0.53=188.7k R=R1/R2/R3/RF=6.88k 选取精密电阻选取精密电阻例例 子子第18页，讲稿共27张，创作于星期二7.3.2 7.3.2 同相求和电路同相求和电路深负反馈深负反馈虚断：虚断：i+=i-=0虚短：虚短：u+=u-当调节某一回路的电阻时，会影响其他输入与输出当调节某一回路的电阻时，会影响其他输入与输出的关系，估算和调试过程麻烦；不的关系，估算和调试过程麻烦；不“虚地虚地”，共模输，共模输入电压较高。实际应

13、用不如反相求和电路广泛。入电压较高。实际应用不如反相求和电路广泛。第19页，讲稿共27张，创作于星期二7.3.3 7.3.3 利用反相信号求和实现减法运算利用反相信号求和实现减法运算若若 Rf1=R1,Rf2=R2=R3 则则 uo=(uI2uI1)=uI1uI2反相比例反相比例运算电路运算电路反相求反相求和电路和电路第20页，讲稿共27张，创作于星期二7.4 积分和微分电路积分和微分电路虚断：虚断：i-=i+=07.4.1 7.4.1 积分电路积分电路一、电路分析一、电路分析虚地：虚地：u-=0 uo=uciI=iCiI=uI/RiC=uI/R第21页，讲稿共27张，创作于星期二二、输入输出

14、波形二、输入输出波形（一）输入电压为矩形波（一）输入电压为矩形波（二）输入电压为正弦波（二）输入电压为正弦波t0 t t1,uI=UIuo相位比相位比uI领先领先907.4.1 7.4.1 积分电路积分电路第22页，讲稿共27张，创作于星期二例例7.4.1 解：解：R100k,C=0.5Ft=(010)ms期间期间，uI=10V,t0=0时时Uo(0)=0t=10ms时时，uo1=-2Vt=(1030)ms期间期间，uI=-10V,t0=10ms时时Uo(0)=-2Vt=30ms时时，uo1=2Vt=(3050)ms期间期间，uI=10V,uo1从从+2V开始以开始以200V/s负向增长。将负

15、向增长。将矩形波转换成三角波。矩形波转换成三角波。例例 子子第23页，讲稿共27张，创作于星期二例例 子子R50k,C=0.5Ft=(010)ms期间期间，uI=10V,t0=0时时Uo(0)=0t=10ms时时，uo2=-4Vt=(1030)ms期间期间，uI=-10V,t0=10ms时时Uo(0)=-4Vt=30ms时，时，uo1=4Vt=(3050)ms期间，期间，uI=10V,uo1从从+4V开始以开始以400V/s负向增长。负向增长。第24页，讲稿共27张，创作于星期二例例 子子R10k,C=0.5Ft=(010)ms期间期间，uI=10V,t0=0时时Uo(0)=0当当t=10ms

16、时时，uo3=-20V,这是不可能这是不可能的，因为集成运放的最大输出电压的，因为集成运放的最大输出电压UOPP=14V.当当uo3到达到达 -14V所用的所用的时间为时间为：t=(-14)/(-2000)=0.007s=7mst=(1030)ms期间期间，uI=-10V,t0=10ms时时Uo(0)=-14Vuo3从从-14V到到+14V,需要需要14ms的时间。的时间。第25页，讲稿共27张，创作于星期二7.4.2 7.4.2 微分电路微分电路虚断：虚断：i-=0 iR=iC虚地虚地:u-=u+=0u-uo=iRR=icR第26页，讲稿共27张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看16.09.2022第27页，讲稿共27张，创作于星期二