模电Y07运算电路.ppt

第7章　模拟信号运算电路 7.1　理想运放的概念 7.3　求和电路 7.4　积分和微分电路 7.5　对数和指数电路 7.6　乘法和除法电路 7.2　比例运算电路 Dq1-2,13z3,1-2 7.1　理想运算放大器 7.1.1　什么是理想运放 开环差模电压增益 Aod = ∞； 输出电阻 ro = 0； 共模抑制比 KCMR = ∞； 差模输入电阻 rid = ∞； 输入偏置电流 IIB = 0； - 3 dB 带宽 fH = ∞ ，等等。 7.1.2　理想运放工作在线性区时的特点 　　输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即 + Aod 理想运放工作在线性区特点： 1. 理想运放的差模输入电压等于零 即 ——“虚短” 图 7.1.1　集成运放的电压和电流 由于 Aod = ∞； 2. 理想运放的输入电流等于零 由于 rid = ∞，两个输入端均没有电流，即 ——“虚断” 分析运算电路的基本依据 uO u+-u- O +UOPP -UOPP 理想特性 线性区 非线性区 非线性区 但线性区范围很小。 7.1.3　理想运放工作在非线性区时的特点 1、传输特性 +UOPP uO u+-u- O -UOPP 理想特性 图 7.1.2　集成运放的传输特性 2、理想运放工作在非线性区特点： 当 u+ u- 时，uO = + UOPP 当 u+ u- 时, uO = - UOPP 　　（1） uO 的值只有两种可能 　　在非线性区内，(u+ - u-)可能很大，即 u+ ≠u-。 “虚短”不存在 （2） 理想运放的输入电流等于零 　　实际运放 Aod ≠∞ ，当 u+ 与 u- 差值比较小时，仍有 Aod (u+ - u- )UOPP，运放工作在线性区。 　　例如：F007 的 Uopp = ± 14 V，Aod ? 2 × 105 ，线性区内输入电压范围 实际特性 非线性区 非线性区 线性区 但线性区范围很小。 由于 rid = ∞，两个输入端均没有电流，即 非线性区 非线性区 (2-*) DQ7-1,13Z3,3-4 7.2　比例运算电路 R2 = R1 // RF 由于“虚断”，i+= i-= 0，u+ = 0； R2上没有压降。 又由于“虚短”， u- = u+ = 0 ——“虚地” 由 iI = iF ，得 7.2.1 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 ——单位增益反相器 图 7.2.1 R2实质是平衡电阻，使两差分基极（同相端与反相端）输入电阻对称！故有 （7.2.1） （7.2.2） 反相比例系数 (2-*) DQ3-4,13Z4,3-4 7.2.2　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；输出电阻很高。 当 RF = 0 或 R1 = ? 时，Auf = 1 ——电压跟随器 7.2　比例运算电路 同相比例系数 平衡电阻 图 7.2.2 （7.2.4） 7.2.3　差动比例运算电路 图 7.2.4　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 7.2　比例运算电路 平衡电阻 x x 据分压公式： 据叠加原理： （7.2.6） 三种比例运算电路之比较 反相输入 同相输入 差分输入 电 路 组 成 要求 R2 = R1 // RF 要求 R2 = R1 // RF 要求 R1 = R1′ RF = RF′ 电压放大倍数 uO与 uI 反相， 可大于、小于或等于 1 uO 与 uI 同相，放大倍数可大于或等于 1 Rif Rif = R1不高 Rif = (1 + Aod) Rid 高 Rif = 2R1 不高 Ro 低 低 低 性能特点 实现反相比例运算；电压并联负反馈； “虚地” 实现同相比例运算；电压串联负反馈； “虚短”但不“虚地” 实现差分比例运算(减法) “虚短”但不“虚地” ui 7.2.4　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 的工作情况将如图7.2.7中所示。 图 7.2.6　三运放数据放大器原理图 图 7.2.7