模拟电子技术-l015_6060140模拟电子技术-l015_69060140模拟电子技术-l015_69060140模拟电子技术-l015_69060140.ppt

模拟电子技术基础第七章 信号的运算和处理 概述 电子信息系统的组成 理想运放的概念及两个工作区 基本运算电路 比例运算电路（反向、同相、跟随器） 加减运算电路(1、2、3、4) 积分微分运算电路(1、2、3、4) § 7.1 概 述 电子信息系统的组成 理想运算放大器的概念 运放的工作状态 工作在线性区 就是说输出随输入而线性地变化（存在负反馈） 运放工作在线性区 理想运放工作在线性区的特点 运放工作在线性区 集成运放工作在线性区的电路特征 运放工作在非线性区 § 7.2 基本运算电路 * * 光纤传感器系统示意图 电子信息系统 光源 传输 光纤 传输 光纤 信号预处理 光电探测器 （信号提取） 信号的加工 计算机 传感器探头 信号的采集 （A/D转换） 光电转换，为电子信息系统提供输入（信号源） 提取放大有用信号、滤除干扰、噪声信号（滤波） 对幅度足够大的有用信号进行运算、比较等加工 ??? 构成前述电子信息系统功能模块的核心元素就是集成运放， 我们以后讨论的所有电路中的集成运放均视为理想运放。 集成运放的理想化参数： 开环差模增益（放大倍数）Aod＝?； 差模输入电阻 Rid＝ ?； 输出电阻 Ro=0; 共模抑制比 KCMR＝ ?； 上限截止频率 f H＝ ?； 失调电压 VOI、失调电流 IOI 和它们的温漂dVOI /dT、 dIOI /dT均为零，且无任何内部噪声。 我们在分析各种实用电路时，通常都是将集成运放的性能指标作如上的理想化假设。 工作在非线性区 在这种情况下无论输入为多大信号，输出总是处于极值状态 （开环或只引正反馈） “ 虚短” “ 虚断” iN iP uO ＋ A － uN uP iN iP uO ＋ A － 反馈网络 对于理想运放，由于放大倍数为无穷大，因而若两个输入端之间加一个很小的输入电压… 引入负反馈 集成运放工作在线性区的特征 “ 虚短,虚断” 则输出电压就将超出其线性范围，达到饱和极限输出（?Uom）； uN uP 就像刚才提到的，如果集成运放没有引入负反馈，在其同相与反相输入端之间只要有很小的差值电压，输出电压就将达到正的最大值或是负的最大值，如图所示。 运放工作在非线性区的两个特点： 输出电压uO 只有两种可能情况 当uP uN 时，uO ＝＋UOM 当uP uN 时，uO ＝－UOM 由于理想运放的差模输入电阻无穷大，所以净输入电流 uO uP－uN ＋UOM －UOM iP ＝ iN＝0 “ 虚断 ” 运算放大器 ??? 比例、 加减、 积分、 微分、 对数、 指数… 比例运算电路 反相比例运算电路 iR iF ＋ iN iP uI R’ uO A － N P R Rf R’ 为补偿电阻，其作用是保证集成运放输入级差分放大电路的对称性（输入端直流电阻平衡）： R’＝R // Rf “ 虚短” “ 虚断” 在反相比例运算电路中，由于引入的是电压并联负反馈，所以输出电阻为零，输入电阻R i＝R，输入电流等于流过反馈电阻中的电流； 在反相比例运算电路中，集成运放的两个输入端电位相等且都为零，所以此时的“虚短”又称为“虚地”， 虚地 比例运算电路 反相比例运算电路 ＋ iN iP uI R’ uO A － N P R Rf 电阻取值过大，稳定性变差、噪声大、不易集成； 当电阻值与集成运放的输入电阻相当时，会使电路特性改变。 R= 10k? R= 100k? ??? 要求反向比例运算电路的放大倍数 比例运算电路 反相比例运算电路 分析方法： 1. “虚短”、“虚断” 2. 求出M点的电位 3. 节点 N、M 处的电流方程 ＋ R5 A － R3 u1 R2 R1 R4 Rp R1=R2=R4=R5=100k ? R3=？ 2. 为了避免运放的两输入端电阻不平衡，请写出Rp的表达式？ uO 讨论题： （4k?） 同相比例运算电路 比例运算电路 将反相比例运算电路的输入端和接地端互换，就得到了同相比例运算电路，如图所示。 “ 虚短” “ 虚断” 从分析中可以看到，同相比例运算电路中运放具有共模输入，为了提高运算精度，在实际应用中，应选用高共模抑制比的集成运放； 由于同相比例运算电路引入了电压串连负反馈，故可以认为输入电阻无穷大，输出电阻为零（具有高输入电阻、低输出电阻的优点） ＋ uI R’ uO A － iR iF R Rf uP uN 电压跟随器 比例运算电路 ＋ uI A － R R ＋ uI A － R