模拟电子线路 第六章 信号运算和处理电路enht.docx

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1、模拟电子子线路 第六章章 信号号运算和和处理电电路第一节 学习要要求第二二节 基基本运算算电路第第三节 实际运运算放大大器运算算电路的的误差分分析第一节学学习要求求1、熟悉悉运放三三种输入入方式的的基本运运算电路路及其设设计方法法2、了了解其主主要特点点，掌握握运用虚虚短、虚虚断的概概念分析析各种运运算电路路的输出出与输入入的函数数关系。3、了解积分、微分电路的工作原理和输出与输入的函 数关系。学习重点：应用虚短和虚断的概念分析运算电路。学习难点：实际运算放大器的误差分析集成运放的线性工作区域前面讲到差放时，曾得出其传输特性如图，而集成运放的输入级为差放，因此其传输特性类似于差放。当集成运放工

2、作在线性区时，作为一个线性放大元件vo=Avovid=Avo(v+-v-)通常Avo很大，为使其工作在线性区,大都引入深度的负反馈以减小运放的净输入,保证vo不超出线性范围。对于工作在线性区的理想运放有如下特点：理想运放Avo=，则 v+-v-=vo/ Avo=0 v+=v-理想运放Ri= i+=i-=0这恰好就是深度负反馈下的虚短概念。已知运放F007工作在线性区，其Avo=100dB=105 ,若vo=10V，Ri= 2M。则v+-v-=?，i+=?，i-=?可以以看出，运运放的差差动输入入电压、电电流都很很小，与与电路中中其它电电量相比比可忽略略不计。这说明在工程应用上，把实际运放当成理

3、想运放来分析是合理的。返回第二节基本运运算电路路比比例运算算电路是是一种最最基本、最最简单的的运算电电路，如如图8.1所示示。后面面几种运运算电路路都可在在比例电电路的基基础上发发展起来来演变得得到。vvo vvi：vo=k vi (比比例系数数k即反反馈电路路增益 AvFF,vo=AvFF vi)输入信信号的接接法有三三种：反相相输入（电电压并联联负反馈馈）见图图8.22同同相输入入（电压压串联负负反馈）见见图8.3差差动输入入（前两两种方式式的组合合）讨论论：1）各各种比例例电路的的共同之之处是：无一例例外地引引入了电电压负反反馈。2）分分析时都都可利用用虚短短和虚断的结论论： iiI=0

4、、vvN=vp 。见见图8.43）AAvF的正正负号决决定于输输入vii接至何何处：接反反相端：AvFF00，见图图8.55作为为一个特特例，当当R1时时AVFF=1，电电路成为为一个电电压跟随随器如图图8.66所示。44) 在在同相比比例电路路中引入入串联反反馈，所所以Rii很大，而而反相比比例电路路引入并并联负反反馈，所所以Rii不高。5）由由于反相相比例电电路中，NN点是虚地点，vvN0。所所以加在在集成运运放上的的共模输输入电压压下降至至0；而而同相比比例电路路中，vvNvi，所以以集成运运放将承承受较高高的共模模输入电电压。6）比比例电路路的同相相端均接接有R， 这这是因为为集成运运

5、放输入入级是由由差放电电路组成成，它要要求两边边的输入入回路参参数对称称。 即即，从集集成运放放反相端端和地两两点向外外看的等等效电阻阻等于反反相端和和 地两两点向外外看的等等效电阻阻。这一对对称条件件， 对对于各种种晶体管管集成运运放构成成的运算算和放大大电路是是普遍适适用的。有有时(例例高阻型型运放)要求不不严格。例：试用用集成运运放实现现以下比比例运算算：AvvF=vvo/vi=0.5，画画出电路路原理图图，并估估算电阻阻元件的的参数值值。解：(1)AvFF=0.500，即vvo与vi同相。可采用用同相比比例电路路。 但但由前面面分析可可知，在在典型的的同相比比例电路路中，AAvF11，

6、无法法实现AAvF=00.5的的要求。(22)选用用两级反反相电路路串联，则则反反得得正如图图8.77所示。使使AvFF1=-0.55， AAvF22=-11。即可可满足题题目要求求。 电阻阻元件参参数见图图8.88。一、加法法电路求和和电路的的输出电电压决定定于若干干个输入入电压之之和， 一般表表达式为为 ：vo=k1vs1+kk2vs2+.+knvsn下下面以图图8.99为例推推导输出出/输入入之间的的函数关关系。 该电路路的实质质是多端端输入的的电压并并联负反反馈电路路。根据据虚地的的概念，即即：vII=0vN-vP=0 , iiI=0电路特点点：在进行行电压相相加时，能能保证各各vs

7、及 vvo间有公公共的接接地端。输输出voo分别与与各个 vs间的比比例系数数仅仅取取决于RRf与各输输入回路路的电阻阻之比，而而与其它它各路的的电阻无无关。因因此，参参数值的的调整比比较方便便。1) 求和电电路实际际上是利利用虚虚地以以及iII=0的的原理，通通过电流流相加(if=i1+i2+)来实现现电压相相加。此此加法器器还可扩扩展到多多个输入入电压相相加。也也可利用用同相放放大器组组成。2) 输出出端再接接一级反反相器，则则可消去去负号，实实现符合合常规的的算术加加法。同同相放大大器可直直接得出出无负号号的求和和。但仅仅在Rnn=Rp的严格格条件下下正确。3) 这个电路的优点是：a.在

8、进行电压相加的同时， 仍能保证各输入电压及输出电压间有公共的接地端。使用方便。b.由于虚地点的隔离作用，输出vo分别与各个vs1间的比例系数仅仅取决于Rf与各相应输入回路的电阻之比， 而与其它各路的电阻无关。因此，参数值的调整比较方便。二、减法法电路电路路如图88.100所示，由由反相比比例电路路得：利用用差动输输入也可可以实现现减法运运算，电电路如图图8.111所示示电路特点点:a、只只需一只只运放,元件少少,成本本低.b、由由于其实实际是差差动式放放大器,电路存存在共模模电压,应选用用KCMMR较高高的集成成运放,才能保保证一定定的运算算精度.cc、阻值值计算和和调整不不方便。例1. 试用

9、集集成运放放实现求求和运算算。1)vvo=-(vs11+100vs22+2vvs3)22)voo=1.5vss1-55vs22+0.1vss3解(1)用反相相求和电电路形式式(如图图12)解(2)本题要要求的运运算关系系中既有有加法又又有减法法。使用双双集成运运放的电电路如图图8.113 vvs1、vvs3加到到A1-组成成反相求求和电路路，使vvo1=-(1.5vss1+00.1vvs3) 将将vo11和vs22加到AA2的反相相端使: vo=-(vo11+5vvs3) =1.5vss1+00.1vvs3-55vs22Rf11/R1=1.5 RRf1/RR3=0.1选R1=2k,可得：Rf1

10、1=3kk,R33=300k例：请证明明图8.14所所示电路路的输出出为 该电路称称为仪用用放大器器，其主主要特点点见P33323333三、积分分电路积分分电路的的应用很很广，它它是模拟拟电子计计算机的的基本组组成单元元。在控控制和测测量系统统中也常常常用到到积分电电路。此此外，积积分电路路还可用用于延时时和定时时。在各各种波形形(矩形形波、锯锯齿波等等)发生生电路中中，积分分电路也也是重要要的组成成部分。电电路如图图8.115所示示。采采用什么么方法能能使voo与vi间成为为积分关关系呢？首先想想到的是是利用电电容C。因因为其中中 vcc，ic分别为为电容两两端电压压和流过过的电流流，C为为

11、电容容容量。所所以如果果能设法法使电路路的voo vc,而使使viic,则vvo与vi间也将将成为积积分关系系。以上上的要求求可以利利用集成成运放来来实现，电电路如图图8.114所示示。运放的的反相端端虚地地,vvN=0, vvo=-vvc 实现现了第一一个要求求(voovc)；又又ic=i1=vs/R 实现了了第二个个要求(vsic)于于是 即=RC 积分电电路的时时间常数数讨论：1)以上关关系是假假设C两两端vcco=00,若vvco00,则2)将积分分电路图图8.116与反反相比例例电路比比较,可可以看出出基本积积分电路路也是在在反相比比例电路路基础上上演变而而得.(将RFF换成CC即可

12、)3)如果在在积分电电路的输输入端加加上一个个阶跃信信号则可可得到 即即vo随时间间而直线线上升,但增长长方向与与vs极性相相反。增增长速度度正比于于vs(输入入电压的的幅值)和1/ 。利利用积分分电路的的上述特特性，若若输入信信号是方方波,则则输出将将是三角角波。可可见积分分电路能能将方波波转换成成三角波波。当t增增加时,|voo|是否否增加并并趋于无无穷？显显然不能能。 它它受到集集成运放放的最大大输出电电压voomaxx的限制制，当vvo等于正正向或负负向的最最大值后后，便达达到饱和和，不再再继续增增大。积分分电路具具有延迟迟作用。将将vo作为电电子开关关的输入入电压,即输出出端接一一电

13、子开开关，当当vo=6vv时电子子开关动动作。设设vs在t=0,由由0变为为-3vv，则vvo随t线线性上升升。已知知:R=10kk,CC=0.05F,vvco=00，请算算出voo=6vv时所对对应的时时间T？4)在积分分电路输输入端加加上一个个正弦信信号,vvs=Vmsinnt,voo比vs领先990,这个相相差与无关。但但幅度与与积分电电路的RRC、有关，RRC、增大,幅度减减小。这就就是积分分电路的的移相作作用。小小结：以上上讨论的的积分性性能，均均指理想想情况而而言。 实际的的积分电电路不可可能是理理想的，常常常出现现积分误误差。 主要原原因是实实际集成成运放的的输入失失调电压压、输

14、入入偏置电电流和失失调电流流的影响响。实际际的C存存在漏电电流等。情情况严重重时甚至至不能正正常工作作。实际际应用时时要注意意这些问问题。例1:一一求和-积分分电路如如图8.17所所示。(1)求求vo的表达达式。 (2)设两个个输入信信号vss1,vvs2皆为为阶跃信信号如图图8.118所示示。画出出vo的波形形。解：（11）虚断断：icc=i1+i2 虚地地：（22）由图图8.118可得得当0t00.5ss,vss1=11(v),vss2=00 当当t00.5ss时，vvs1=11v,vvs2=-1v,则其输出出波形如如图8.19所所示。四、微分分电路微分分是积分分的逆运运算。只只要将积积分

15、电路路中R与与C互换换即可，如如图8.20所所示。讨论: 若vss=k，则则vo=0(理想情情况) ；若vvs是一个个直线上上升的电电压，则则vo=-KK 。如如图8.21所所示。例2：用用集成运运放实现现：voo=5(vss1-00.2vvs2+33vs33)dtt要求各各路输入入电阻大大于1000k，选选择电路路结构形形式并确确定电路路参数值值。解：要求实实现的运运算关系系中包含含+、-、运运算。 采用两两个集成成运放结结构：如如图8.22所所示：使vvo1=-(vss1+3vs33) 再再将voo1和vvs2加在在A2的反相相端， 实现的的是求和和积分运运算，使使vo=-55(vvo1+00.2vvs2)ddt 实实现本题题要求。参数的计计算：具体电路路如图88.233所示。返回第三节实际运运算放大大器运算算电路的的误差分分析一、共模模抑制比比KCMMR为有有限值的的情况电电路如图图8.224所示示 返回