運放組成的加減乘除等運算電路.ppt

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集成運放組成的運算電路,第7章,小結(jié),7.1概述,7.2基本運算電路,7.3對數(shù)和指數(shù)運算電路,7.4集成模擬乘法器,7.5除法運算電路,運算放大器的兩個工作區(qū)域（狀態(tài)）：線性區(qū)和非線性區(qū)。,1.運放的電壓傳輸特性：,設(shè)：電源電壓VCC=10V。運放的AVO=104,│Ui│≤1mV時，運放處于線性區(qū)。,AVO越大，線性區(qū)越小，當(dāng)AVO→∞時，線性區(qū)→0,7.1概述,│Ui│≤1mV時，運放處于線性區(qū)。,2.理想運算放大器：,開環(huán)電壓放大倍數(shù)AV0=∞差摸輸入電阻Rid=∞輸出電阻R0=0,為了擴大運放的線性區(qū)，給運放電路引入負反饋：,理想運放工作在線性區(qū)的條件：電路中有負反饋！,運放工作在線性區(qū)的分析方法：虛短（U+=U-）虛斷（ii+=ii-=0）,3.線性應(yīng)用,4.非線性應(yīng)用,,運放工作在非線性區(qū)的特點：,運放工作在非線性區(qū)的分析方法在下一章討論,正、負飽和輸出狀態(tài),電路中開環(huán)工作或引入正反饋！,7.2基本運算電路,7.2.1比例運算,7.2.2加法與減法運算,7.2.3微分與積分運算,7.2.4基本運算電路應(yīng)用舉例,7.2.1比例運算,一、反相比例運算,運算放大器在線性應(yīng)用時同時存在虛短和虛斷,虛斷,,虛地,為使兩輸入端對地直流電阻相等：,R2=R1//Rf,平衡電阻,特點：,1.為深度電壓并聯(lián)負反饋，,Auf=?Rf/R1,2.輸入電阻較小,R?if=R1,3.uIC=0，對KCMR的要求低,u+=u-=0,虛地,(1)基本電路,(2)T形網(wǎng)絡(luò)反相比例運算電路,根據(jù)“虛地”的概念，有,,,,,T形網(wǎng)絡(luò)等效為一個反饋電阻,此時同相輸入端的補償電阻,,二、同相比例運算,特點：,1.為深度電壓串聯(lián)負反饋，,Auf=1+Rf/R1,2.輸入電阻大,R?if=?,(1)基本電路,(2)電壓跟隨器,此時有值得注意的是，電壓跟隨器反饋系數(shù)F=1，,,,,反饋深度深，輸入電阻高，輸出電阻低，常用作阻抗變換或緩沖級。,同相比例運算電路有輸入電阻高的特點，但輸入共模信號電壓高，對集成運放的共模抑制比要求也高。另一方面如果共模電壓超過允許的數(shù)值，電路也無法正常工作。,當(dāng)R1=?，Rf=0時，,三、差分比例運算電路,為了保證運放兩個輸入端對地的電阻平衡，同時為了避免降低共模抑制比，通常要求,,,,在理想情況下，由于“虛斷”，,,利用疊加定理可求得反相輸入端的電壓為,,而同相輸入端的電壓為,,因為“虛短”，即,,,差分比例運算電路的電壓放大倍數(shù)為,,又可以寫成,,,電路元件參數(shù)對稱，差分比例運算電路的差模輸入電阻為,,四、比例運算電路的應(yīng)用,(1)電壓-電流變換電路,(2)電流-電流變換電路,,,,,,7.2.2加法與減法運算,一、加法運算,1.反相加法運算,R3=R1//R2//Rf,iF?i1+i2,若Rf=R1=R2,則uO=?(uI1+uI2),,,根據(jù)“虛短”,“虛斷”和“虛地”的概念有：,例7.2.1,解：,R2//R3//R4=R1//Rf,若R2=R3=R4，,則uO=uI1+uI2,Rf=2R1,2.同相加法運算,,例7.2.2,解：,根據(jù)“虛短”,“虛斷”和“虛地”的概念有：,,,,法1：利用疊加定理,uI2=0,uI1使：,uI1=0,uI2使：,一般,R1=R?1；Rf=R?f,uO=uO1+uO2,=Rf/R1(uI2?uI1),法2：利用虛短、虛斷,uo=Rf/R1(uI2?uI1),減法運算實際是差分電路,二、減法運算,(1)單運放減法運算電路,,,,,解：,例7.2.3,(2)雙運放減法運算電路,,,,,多級集成運放相連時，后級對前級基本不影響,7.2.3反相輸入運算電路的一般規(guī)律,1.正函數(shù)型的反相運算電路,輸入回路采用函數(shù)元件1,使反饋回路采用電阻元件2,2.反函數(shù)型的反相運算電路,輸入回路采用電阻元件1反饋回路采用函數(shù)元件2,使得,一、積分運算,=,當(dāng)uI=UI時，,設(shè)uC(0)=0,時間常數(shù)?=R1Cf,積分電路輸出電壓波形：,,,,,,,7.2.4微分與積分運算,(1)基本積分運算電路,(2)求和積分運算電路,在上述基本的積分運算電路基礎(chǔ)上，增加若干個輸入回路就構(gòu)成求和積分運算電路。,,,,,(3)積分電路存在的問題,產(chǎn)生積分漂移,(4)積分電路的應(yīng)用,①把積分電路的輸出電壓作為電子開關(guān)或其他類似裝置的輸入控制電壓，則積分電路可以起延時作用。,②可以用作波形變換電路，把輸入的方波信號變換為三角波。,③積分電路可以用在模-數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中，把電壓量轉(zhuǎn)化為與之成比例的時間量。它可以使正弦輸入信號移相，也用作波形變換電路，把輸入的方波信號變換為三角波。,例7.2.4,,,,解：,R2=Rf,虛地,虛斷,RfC1=?,—時間常數(shù),微分電路輸出電壓:,二、微分運算,,(1)基本微分運算電路,(2)改進型的微分運算電路,,,,圖中輸入回路的電阻限制了噪聲干擾和突變的輸入信號。且的引入，加強了負反饋的作用。反饋電路引入和并聯(lián)是用來進行相位補償?shù)?。適當(dāng)?shù)倪x取電路參數(shù)能使電路穩(wěn)定工作。,7.2.5基本運算電路應(yīng)用舉例,例7.2.5測量放大器(儀用放大器),同相輸入,同相輸入,差分輸入,uo1,uo2,對共模信號：,uO1=uO2則uO=0,對差模信號：,R1中點為交流地,為保證測量精度需元件對稱性好,u+=u-=us,io=i1=us/R1,1.輸出電流與負載大小無關(guān),2.恒壓源轉(zhuǎn)換成為恒流源,特點：,例7.2.6電壓—電流轉(zhuǎn)換器,10k?,10nF,時間常數(shù)?=R1Cf,=0.1ms,設(shè)uC(0)=0,=?5V,=5V,,,,,例7.2.3利用積分電路將方波變成三角波,例7.2.7差分運算電路的設(shè)計,條件：,Rf=10k?,要求：,uo=uI1?2uI2,R1=5k?,,,R2=2R3,=5//10,,R2=10k?,,R3=5k?,例7.2.8開關(guān)延遲電路,當(dāng)uO?6V時S閉合，,,,?3V,,?3V,,,,,課堂練習(xí),,7.3對數(shù)和指數(shù)運算電路,7.3.1對數(shù)電路,7.3.2指數(shù)電路,7.3.1對數(shù)電路,利用PN結(jié)的指數(shù)特性實現(xiàn)對數(shù)運算,BJT的發(fā)射結(jié)有,也可利用半導(dǎo)體三極管實現(xiàn)對數(shù)運算,其中，IES是發(fā)射結(jié)反向飽和電流，uO是ui的對數(shù)運算。,,,注意：ui必須大于零，電路的輸出電壓小于0.7伏,利用虛短和虛斷，電路有,7.3.2反對數(shù)（指數(shù)）電路,,輸入與輸出的關(guān)系式為:,uO是ui的反對數(shù)運算（指數(shù)運算）,用半導(dǎo)體三極管實現(xiàn)反對數(shù)運算電路,,,利用虛短和虛斷，電路有,要求,以上兩個電路溫漂很嚴重，實際電路都有溫度補償電路,7.4集成模擬乘法器,7.4.2單片集成模擬乘法器,7.4.1集成模擬乘法器的基本工作原理,6.2集成模擬乘法器的應(yīng)用電路,7.4.3集成模擬乘法器的應(yīng)用電路,7.4.1模擬乘法器的基本工作原理,一、模擬乘法器的基本特性,符號,uO=Kuxuy,K—增益系數(shù),類型,單象限乘法器ux、uy皆為固定極性,二象限乘法器一個為固定極性，另一個為可正可負,四象限乘法器ux、uy皆為可正可負,理想乘法器：,對輸入電壓沒有限制，,ux=0或uy=0時，uO=0,實際乘法器：,ux=0,uy=0時，uO?0,—輸出失調(diào)電壓,ux=0，uy?0時，或uy=0，ux?0時，,—輸出饋通電壓,uO?0,二、利用對數(shù)和指數(shù)電路的乘法電路,三、可變跨導(dǎo)乘法器的工作原理,當(dāng)uY>uBE3時，IC3≈uY/RE,要求uY>0,故為二象限乘法器,因IC3隨uY而變，其比值為電導(dǎo)量，稱變跨導(dǎo)乘法器,當(dāng)uY較小時，,相乘結(jié)果誤差較大,7.4.2單片集成模擬乘法器,MC1496—雙差分對模擬乘法器,V1、V2、V5,—模擬乘法器,V3、V4、V6,—模擬乘法器,V7~V9、R5,—電流源電路,R5、V7、R1,—電流源基準(zhǔn),V8、V9,—提供0.5I0,,,,RY,—引入負反饋，擴大uY的線性動態(tài)范圍,其中，uX0,當(dāng)u1>0時，uO0,條件：u3與u1必須反相(保證負反饋),,u2>0,小結(jié),第7章,一、基本運算電路,1.運算電路的兩種基本形式,同相輸入,反相輸入,,2.運算電路的分析方法,運用“虛短”和“虛斷”的概念分析電路中各電量間關(guān)系。運放在線性工作時，“虛短”和“虛斷”總是同時存在。虛地只存在于同相輸入端接地的電路中。,2)運用疊加定理解決多個輸入端的問題。,二、模擬乘法器,(屬于非線性模擬集成電路),uO=Kuxuy,對于理想模擬乘法器，輸入電壓的波形、幅度、極性、頻率為任意,三、模擬乘法器的主要應(yīng)用,1.運算：乘法、平方、除法、平方根等,2.電路：壓控增益，調(diào)制、解調(diào)、倍頻、混頻等,