集成运放组成的运算电路.pptx

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1、 运算放大器的两个工作区域（状态）1.运放的电压传输特性设：电源电压VCC=10V。运放的AOd=104Ui1mV时，运放处于线性区。AOd越大，线性区越小，当AOd时，线性区07.1一般问题uOAod(u+u-)第1页/共48页理想运算放大器：开环电压放大倍数 A0d=差摸输入电阻 Rid=输出电阻 R0=0为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：理想运放工作在线性区的条件：电路中有负反馈！运放工作在线性区的分析方法：虚短（U+U-）虚断（i+i-0）2.线性应用第2页/共48页3.非线性应用运放工作在非线性区的特点：正、负饱和输出状态电路处于开环工作状态或引入正反馈！运放工作在非线性区

2、的分析方法在下一章讨论。第3页/共48页4.本章的研究问题 （1）运算电路：运算电路的输出电压是输入电压某种运算的结果，如比例运算、加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微分、对数、指数等。（2）描述方法：运算关系式 uOf(uI)（3）分析方法：“虚短”和“虚断”。（1）识别电路；（2）掌握输出电压和输入电压运算关系式的求解方法。5.学习运算电路的基本要求第4页/共48页7.2基本运算电路 7.2.1 比例运算 7.2.2 加法与减法运算 7.2.3 微分与积分运算第5页/共48页7.2.1 比例运算一、反相比例运算运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断虚断虚地RifRif1)电路引入了哪种组

3、态的负反馈？2)电路的输入电阻为多少？3)R2？为什么？Rf太大，噪声大。R2=R1Rf4)共模抑制比KCMR时会影响运算精度吗？为什么？保证输入级的对称性5)若要Ri100k，比例系数为100，R1？Rf？uIC=0，对 KCMR 的要求低第6页/共48页T 形反馈网络反相比例运算电路利用R4中有较大电流来获得较大数值的比例系数。第7页/共48页二、同相比例运算1)电路引入了哪种组态的负反馈？2)输入电阻为多少？3)电阻R2？为什么？4)共模抑制比KCMR时会影响运算精度吗？为什么？uic=ui，对 KCMR 的要求高第8页/共48页同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器第9页/共48页7.

4、2.2 加法与减法运算一、加法运算1.反相加法运算R3=R1/R2/RfiF i1+i2若 Rf=R1=R2 则 uO=(uI1+uI2)方法一：节点电流法第10页/共48页1.反相加法运算方法二：利用叠加原理 首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。第11页/共48页推广第12页/共48页 R2/R3/R4=R1/Rf2.同相加法运算必不可少吗？第13页/共48页若 R2=R3=R4，则 uO=uI1+uI2 Rf=2R1 R2/R3/R4=R1/Rf第14页/共48页推广当RP=RN时，第15页/共48页法 1：利用叠加定理uI

5、2=0 uI1 使：uI1=0 uI2 使：一般R1=R1；Rf=RfuO=uO1+uO2=Rf/R1(uI2 uI1)法 2：利用虚短、虚断uo=Rf/R1(uI2 uI1)减法运算实际是差分电路二、减法运算第16页/共48页 一、反相输入运算电路的组成规律1.正函数型的反相运算电路输入回路采用函数元件1,使反馈回路采用电阻元件27.2.微分与积分运算第17页/共48页2.反函数型的反相运算电路输入回路采用电阻元件1反馈回路采用函数元件2,使得第18页/共48页二、积分运算=当 uI=UI 时，设 uC(0)=0 时间常数 =R1Cf第19页/共48页移相利用积分运算的基本关系实现不同的功能

6、1)输入为阶跃信号时的输出电压波形？2)输入为方波时的输出电压波形？3)输入为正弦波时的输出电压波形？线性积分，延时波形变换第20页/共48页电容C的漏电是积分电路产生误差的主要原因之一。积分漂移：存在输入失调电压、失调电流。积分电路的改进适用条件：积分时间第21页/共48页第22页/共48页第23页/共48页R2=RfRfC1=时间常数三、微分运算 uItOuOtO虚地第24页/共48页微分电路的改进 为了提高抗干扰能力，克服集成运放的阻塞现象和自激振荡，实用电路应采取措施。限制输入电流滞后补偿限制输出电压幅值运放由于某种原因进入非线性区而不能自动恢复的现象怎么识别微分运算电路？第25页/共

7、48页7.3.1 对数电路 利用PN结的指数特性实现对数运算7.3 对数和指数运算电路第26页/共48页7.3.2 指数电路uo=RF IS eui/UT输入与输出的关系式为:第27页/共48页7.4 基本运算电路应用举例1.输出电流与负载大小无关2.恒压源转换成为恒流源特点：例 1 电压电流转换器u+=u-=uIio=iI=uI/R1类似地，由运放还可以构成电流电流转换器。第28页/共48页10 k10 nF 时间常数 =R1Cf=0.1 ms设 uC(0)=0=5 VuI/Vt/ms0.10.30.55 5uO/Vt/ms=5 V5 5例 2 利用积分电路将方波变成三角波第29页/共48页

8、例 3 求输出电压uO。设 R1 R2 Rf R3 R4 R5若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?加减运算电路 利用求和运算电路的分析结果第30页/共48页例 4 求输出电压uO。讨论：为什么在求解第一级电路的运算关系时可以不考虑第二级电路对它的影响？第31页/共48页例 5 设计一个放大电路。技术要求：增益：-100频率响应：直流50kHz(最小值)Ri10MRo uBE3 时，IC3uY/RE第37页/共48页要求 uY 0故为二象限乘法器因 IC3 随 uY 而变，其比值为电导量，称变跨导乘法器当 uY 较小 时，相乘结果误差较大第38页/共48页一、平方运算KXYXYuIuo7

9、.5.2 集成模拟乘法器的应用电路 只要在电路输出端接一个电容器以隔断直流分量，就可得到频率为输入信号频率两倍的正弦波，即实现了正弦波倍频作用。第39页/共48页三、平方根运算(uI 0)8uIRuORXYKXYuO二、立方运算 若集成运放的负反馈通路中为某种运算电路，则整个电路实现其逆运算！如何实现立方根运算电路？第40页/共48页四、函数发生电路第41页/共48页五、除法运算电路1.对数和指数运算电路组成的除法电路2.用乘法器组成的除法电路当 u1 0，为使 u3 0，则 u2 0 当 u1 0 时，uO 0，为使 u3 0 条件：u3 与 u1 必须反相 (保证负反馈)u2 08R1R2

10、XYKXYu3u2u1uo第42页/共48页六、压控增益uO=KuXuY设 uX=UXQ则 uO=(KUXQ)uY调节直流电压 UXQ，则调节电路增益第43页/共48页小 结第 7 章第44页/共48页一、基本运算电路1.运算电路的两种基本形式同相输入反相输入第45页/共48页2.运算电路的分析方法1)运用“虚短”和“虚断”的概念分析电路中各电量 间关系。运放在线性工作时，“虚短”和“虚断”总是同时存在。虚地只存在于同相输入端接地的电 路中。2)运用叠加定理解决多个输入端的问题。第46页/共48页二、模拟乘法器(属于非线性模拟集成电路)uO=Kuxuy对于理想模拟乘法器，输入电压的波形、幅度、极性、频率为任意三、模拟乘法器的主要应用1.运算：乘法、平方、除法、平方根等2.电路：压控增益，调制、解调、倍频、混频等KXYXYuxuyuO第47页/共48页感谢您的观看！第48页/共48页