6.模拟信号运算电路.ppt

* 第六章　模拟信号运算电路 6.1　比例运算电路 6.2　求和电路 6.3　积分和微分电路 6.4　对数和指数电路 6.5　乘法和除法电路 本章重点和考点： 1.比例、求和运算电路的分析和计算。 2.积分电路的计算及积分、微分电路的作用。 6.1　比例运算电路 6.1.1 R2 = R1 // RF 由于“虚断”，i+= 0，u+ = 0； 由于“虚短”， u- = u+ = 0 ——“虚地” 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 Rif = R1 当 R1 ＝ RF 时，Auf = -1 ——单位增益倒相器 图 6.1.1 电路为电压并联负反馈 6.1.2　同相比例运算电路 R2 = R1 // RF 　　根据“虚短”和“虚断”的特点，可知 i+ = i- = 0； 又 u- = u+ = uＩ 得： 　　由于该电路为电压串联负反馈，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 图 6.1.2 6.1.3　差动比例运算电路 图 6.1.4　差动比例运算电路 　　在理想条件下，由于“虚断”，i+ = i- = 0 由于“虚短”， u+ = u- ，所以： 电压放大倍数 差模输入电阻 Rif = 2R1 三种比例运算电路之比较 实现差分比例运算(减法) “虚短”但不“虚地” 实现同相比例运算；电压串联负反馈； “虚短”但不“虚地” 实现反相比例运算；电压并联负反馈； “虚地” 性能特点 低 低 低 Ro Rif = 2R1 不高 Rif = (1 + Aod) Rid 高 Rif = R1不高 Rif uO 与 uI 同相，放大倍数可大于或等于 1 uO与 uI 反相， 可大于、小于或等于 1 电压放大倍数 要求 R1 = R1′ RF = RF′ 要求 R2 = R1 // RF 要求 R2 = R1 // RF 电 路 组 成 差分输入 同相输入 反相输入 6.1.4　比例电路应用实例 　　两个放大级。结构对称的 A1、A2 组成第一级，互相抵消漂移和失调。 　　A3 组成差分放大级，将差分输入转换为单端输出。 　　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 的工作情况将如下页图中所示。 图 6.1.6　三运放数据放大器原理图 图 6.1.7 　　由同相比例运放的电压放大倍数公式，得 则 同理 所以 　　则第一级电压放大倍数为： 　　改变 R1，即可调节放大倍数。 　　R1 开路时，得到单位增益。 A3 为差分比例放大电路。 　　当 R4 = R5 ，R6 = R7 时，得第二级的电压放大倍数为 所以总的电压放大倍数为 　　在电路参数对称的条件下，差模输入电阻等于两个同相比例电路的输入电阻之和 例：在数据放大器中， 　　① R1 = 2 k?， R2 = R3 = 1 k?， R4 = R5 = 2 k?， R6 = R7 = 100 k?，求电压放大倍数； 　　② 已知集成运放 A1、A2 的开环放大倍数 Aod = 105，差模输入电阻 Rid = 2 M?，求放大电路的输入电阻。 6.2　求和电路 　　求和电路的输出量反映多个模拟输入量相加的结果。 6.2.1　反相输入求和电路 由于“虚断”，i- = 0 所以：i1 + i2 + i3 = iF 又因“虚地”，u- = 0 所以： 当 R1 = R2 = R3 = R 时， 图 6.2.1 6.2.2　同相输入求和电路 由于“虚断”，i+ = 0，所以： 解得： 其中： 由于“虚短”，u+ = u- 图 6.2.2 图 6.2.3　例 6.2.2 电路 例：用集成运放实现以下运算关系 解： 比较得： 选 RF1 = 20 k?，得： R1 = 100 k?， R3 = 15.4 k?； 选 RF2 = 100 k?，得： R4 = 100 k?， R2 = 10 k?。 6.3　积分和微分电路 6.3.1　积分电路 由于“虚地”，u- = 0，故 uO = -uC 由于“虚断”，iI = iC ，故 uI = iIR = iCR 得： τ = RC ——积分时间常数 图 6.3.1 积分电路的输入、输出波形 (一)输入电压为矩形波 图 6.3.2 t0 t1 t uI O t uO O UI 当 t ≤ t0 时，uI = 0， uO = 0； 当 t0 t ≤ t1 时， uI = UI = 常数， 当 t t1 时， uI = 0，uo 保持 t = t1 时的输出电压值不变。 即输出电压随时间而向负方向直线增长。