模电第7章课件PPT教案.pptx

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1、模电第模电第7章课件章课件第一页，共31页。7.1理想运算(yn sun)放大器的概念7.1.1理想(lxing)运放的技术指标开环差模电压(diny)增益 Aod=；输出电阻 ro =0；共模抑制比 KCMR =；差模输入电阻 rid=；输入失调电压UIO =0、输入失调电流IIO=0、温漂UIO =IIO=0；输入偏置电流 IIB =0；-3 dB 带宽 fH =，等等。第1页/共31页第二页，共31页。7.1.2理想运放(yn fn)工作在线性区时的特点输出(shch)电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即+Aod理想运放工作(gngzu)在线性区特点：1.理想运放的差模输入电

2、压等于零即“虚短”图 5.5.1集成运放的电压和电流（Aod=）第2页/共31页第三页，共31页。2.理想运放的输入(shr)电流等于零由于差模输入电阻 rid=，两个输入端均没有(mi yu)电流，即“虚断”7.1.3理想(lxing)运放工作在非线性区时的特点传输特性uOu+-u-O+UOPP-UOPP理想特性集成运放的传输特性 动画第3页/共31页第四页，共31页。理想运放工作(gngzu)在非线性区特点：当 u+u-时，uO=+UOPP当 u+u-时,uO=-UOPP1.uO 的值只有(zhyu)两种可能在非线性区内(q ni)，(u+-u-)可能很大，即 u+u-。“虚地”不存在2.

3、理想运放的输入电流等于零uOu+-u-O+UOPP-UOPP理想特性第4页/共31页第五页，共31页。实际(shj)运放 Aod ，当 u+与 u-差值比较小时，仍有 Aod(u+-u-)UOPP，运放仍然工作在线性区。例如：F007 的 Uopp=14 V，Aod 2 105，线性区内(q ni)输入电压范围uOu+-u-O实际特性非线性区非线性区线性区但线性区范围(fnwi)很小。图 5.5.2集成运放的传输特性第5页/共31页第六页，共31页。7.2比例运算(yn sun)电路7.2.1R2=R1/RF由于(yuy)“虚断”，i+=0，u+=0；由于(yuy)“虚短”，u-=u+=0“虚

4、地”由 iI =iF，得反相比例运算电路由于反相输入端“虚地”，电路的输入电阻为不高，Rif =R1；输出电阻也很低。（电压并联负反馈）当 R1 RF 时，Auf =-1单位增益倒相器图 7.2.1第6页/共31页第七页，共31页。7.2.2同相比例(bl)运算电路R2=R1/RF根据“虚短”和“虚断”的特点(tdin)，可知i+=i-=0；又 u-=u+=u得：由于该电路为电压(diny)串联负反馈，所以输入电阻很高；输出电阻很低。当 RF=0 或 R1=时，Auf=1电压跟随器ui第7页/共31页第八页，共31页。图 7.2.4差动比例运算电路7.2.3差动比例运算(yn sun)电路在理

5、想(lxing)条件下，由于“虚断”，i+=i-=0由于(yuy)“虚短”，u+=u-，所以：差摸输入电阻：Rif=2R1第8页/共31页第九页，共31页。三种比例运算电路(dinl)之比较反相输入反相输入同相输入同相输入差分输入差分输入电电路路组组成成要求要求 R2=R1/RF 要求要求 R2=R1/RF 要求要求 R1=R1 RF=RF电压电压放大放大倍数倍数uO与与 uI 反相，反相，可可大于、小于或等于大于、小于或等于 1uO 与与 uI 同相，放大倍数同相，放大倍数可大于或等于可大于或等于 1RifRif =R1不高不高Rif=(1+Aod)Rid 高高 Rif=2R1 不高不高Ro

6、低低低低低低性能性能特点特点实现反相比例运算；实现反相比例运算；电压并联负反馈；电压并联负反馈；“虚地虚地”实现同相比例运算；电压实现同相比例运算；电压串联负反馈；串联负反馈；“虚短虚短”但不但不“虚地虚地”实现差分比例运算实现差分比例运算(减法减法)“虚短虚短”但不但不“虚地虚地”ui第9页/共31页第十页，共31页。7.2.4应用(yngyng)比例电路实例两个放大级。结构对称的 A1、A2 组成第一 级，互 相 抵 消(dxio)漂移和失调。A3 组成差分放大级，将差分输入(shr)转换为单端输出。当加入差模信号 uI 时，若 R2=R3，则 R1 的中点为交流地电位，A1、A2 的工作

7、情况将如下页图中所示。图 7.2.6三运放数据放大器原理图第10页/共31页第十一页，共31页。图 7.2.7由同相比例运放的电压放大倍数(bish)公式，得则同理所以(suy)则第一级电压(diny)放大倍数为：改变 R1，即可调节放大倍数。第11页/共31页第十二页，共31页。A3 为差分比例(bl)放大电路。当 R4 =R5，R6 =R7 时，得 第 二 级 的 电 压 放 大(fngd)倍数为所以(suy)总的电压放大倍数为第12页/共31页第十三页，共31页。7.3求和(qi h)电路求和电路的输出量反映多个(du)模拟输入量相加的结果。7.3.1反相输入(shr)求和电路由于“虚断

8、”，i-=0所以：i1+i2+i3=iF又因“虚地”，u-=0所以：当 R1=R2=R3=R 时，图 7.3.1第13页/共31页第十四页，共31页。7.3.2同相输入(shr)求和电路由于(yuy)“虚断”，i+=0，所以：解得：其中(qzhng)：由于“虚短”，u+=u-图 7.3.2第14页/共31页第十五页，共31页。图 7.3.3例 7.3.2 电路例：用集成(j chn)运放实现以下运算关系解：第15页/共31页第十六页，共31页。比较(bjio)得：选 RF1=20 k，得：R1=100 k，R3=15.4 k；选 RF2=100 k，得：R4=100 k，R2=10 k。第16

9、页/共31页第十七页，共31页。7.4积分(jfn)和微分电路7.4.1积分电路由于(yuy)“虚地”，u-=0，故uO=-uC又由于(yuy)“虚断”，iI=iC，故uI=iIR=iCR得：=RC积分时间常数图 7.4.1若电容有初始电压则 其中Uo(0)表示初始的输出电压。第17页/共31页第十八页，共31页。积分电路的应用(yngyng)(1)输入电压(diny)为矩形波，输出为斜坡电压(diny)图 7.4.2t0t1tuIOtuOOUI 当 t t0 时，uI=0，当 t0 t1 时，uI=0，即输出电压随时间而向负方向直线增长。uO=0；uo 保持 t=t1 时的输出电压值不变。第

10、18页/共31页第十九页，共31页。(2)输入电压(diny)为正弦波，输出电压(diny)为余弦波tuOO可见，输出电压(diny)的相位比输入电压(diny)的相位领先 90。因此，此时积分电路的作用是移相。tuIOUm图 7.4.2第19页/共31页第二十页，共31页。图 7.4.5基本微分电路7.4.2微分电路（自学(zxu)）(了解）由于(yuy)“虚断”，i-=0，故iC=iR又由于(yuy)“虚地”，u+=u-=0，故可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。微分电路的作用：实现波形变换。第20页/共31页第二十一页，共31页。7.5对数和指数电路(dinl)（自学）(了解）7.

11、5.1对数(du sh)电路由二极管方程(fngchng)知当 uD UT 时，或：利用“虚地”原理，可得：用三极管代替二极管可获得较大的工作范围。图 7.5.2第21页/共31页第二十二页，共31页。7.5.2指数(zhsh)电路当 uI 0 时，根据集成运放(yn fn)反相输入端“虚地”及“虚断”的特点，可得：所以(suy)：可见，输出电压正比于输入电压的指数。图 7.5.3第22页/共31页第二十三页，共31页。7.6乘法和除法电路(dinl)(理解）7.6.1由对数(du sh)及指数电路组成的乘除电路乘法(chngf)电路的输出电压正比于其两个输入电压的乘积，即uo=uI1uI2求

12、对数，得：再求指数，得：所以利用对数电路、求和电路和指数电路，可得乘法电路的方块图：对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2求和电路lnuI1+lnuI2指数电路uO=uI1uI2图 7.6.1第23页/共31页第二十四页，共31页。同理：除法电路的输出电压正比于其两个输入(shr)电压相除所得的商，即：求对数(du sh)，得：再求指数(zhsh)，得：所以只需将乘法电路中的求和电路改为减法电路即可得到除法电路的方块图：对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2减法电路lnuI1-lnuI2指数电路图 6.5.2第24页/共31页第二十五页，共31页。7.6.2模拟(mn)乘法

13、器(集成）uI1uI2uO图 7.6.3模拟乘法器符号输 出 电 压 正 比(zhngb)于两个输入电压之积uo=KuI1uI2比例系数 K 为正值(zhn zh)同相乘法器；比例系数 K 为负值反相乘法器。变跨导式模拟乘法器：是以恒流源式差动放大电路为基础，采用变跨导的原理而形成。（理解）第25页/共31页第二十六页，共31页。图 7.6.51.变跨导式模拟(mn)乘法器的原理：恒 流 源 式 差 动 放 大(fngd)电路的输出电压为：当 IEQ 较小、电路(dinl)参数对称时，所以：结论：输出电压正比于输入电压 uI1 与恒流源电流 I 的乘积。第26页/共31页第二十七页，共31页。

14、设想：使恒流源电流 I 与另一个(y)输入电压 uI2 成正比，则 uO 正比于 uI1 与 uI2 的乘积。当 uI2 uBE3 时，即：图 7.6.6变跨导式乘法器原理电路第27页/共31页第二十八页，共31页。2.模拟(mn)乘法器的应用：uIuO图 7.6.71）平方(pngfng)运算图 7.6.82）除法(chf)运算因为 i1=i2，所以：则：3）平方根的运算（将除法运算中的uI2也接到uo端）第28页/共31页第二十九页，共31页。4）倍频(bi pn)若乘法器的两输入(shr)端均接正弦波电压，即：则乘法器输出(shch)电压为：5）功率测量将被测电路的电压信号和电流信号分别接到乘法器的两个输入端，则输出电压即为被测电路的功率。第29页/共31页第三十页，共31页。6）自动增益控制(kngzh)压控增益：用直流电压来控制电路的增益。可将信号(xnho)电压和直流控制电压分别接到乘法器的两个输入端，则电路的增益将随直流控制电压的大小而变化。第30页/共31页第三十一页，共31页。