【电子教案--模拟电子技术】第六章集成电路运算放大器的线性.ppt

集成电路运算放大器的线性应用 第六章 小结 6 1一般问题 6 2基本运算电路 6 3对数和指数运算电路 6 4集成模拟乘法器 6 5有源滤波电路 运算放大器的两个工作区域 状态 1 运放的电压传输特性 设 电源电压 VCC 10V 运放的AVO 104 Ui 1mV时 运放处于线性区 AVO越大 线性区越小 当AVO 时 线性区 0 6 1一般问题 2 理想运算放大器 开环电压放大倍数AV0 差摸输入电阻Rid 输出电阻R0 0 为了扩大运放的线性区 给运放电路引入负反馈 理想运放工作在线性区的条件 电路中有负反馈 运放工作在线性区的分析方法 虚短 U U 虚断 ii ii 0 3 线性区 4 非线性区 正 负饱和输出状态 运放工作在非线性区的条件 电路中开环工作或引入正反馈 运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论 6 2基本运算电路 6 2 1比例运算 6 2 2加法与减法运算 6 2 3微分与积分运算 6 2 4基本运算电路应用举例 6 2 1比例运算 一 反相比例运算 运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断 虚断 虚地 为使两输入端对地直流电阻相等 R2 R1 Rf 平衡电阻 特点 1 为深度电压并联负反馈 Auf Rf R1 2 输入电阻较小 R if R1 3 uIC 0 对KCMR的要求低 u u 0 虚地 二 同相比例运算 Auf 1 跟随器 当R1 Rf 0时 特点 1 为深度电压串联负反馈 Auf 1 Rf R1 2 输入电阻大 R if 6 2 2加法与减法运算 一 加法运算 1 反相加法运算 R3 R1 R2 Rf iF i1 i2 若Rf R1 R2 则uO uI1 uI2 R2 R3 R4 R1 Rf 若R2 R3 R4 则uO uI1 uI2 Rf 2R1 2 同相加法运算 法1 利用叠加定理 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 利用虚短 虚断 uo Rf R1 uI2 uI1 减法运算实际是差分电路 二 减法运算 6 2 3微分与积分运算 R2 Rf 虚地 虚断 RfC1 时间常数 微分电路输出电压 一 微分运算 二 积分运算 当uI UI时 设uC 0 0 时间常数 R1Cf 积分电路输出电压 6 2 4基本运算电路应用举例 例6 2 1测量放大器 仪用放大器 同相输入 同相输入 差分输入 uo1 uo2 对共模信号 uO1 uO2则uO 0 对差模信号 R1中点为交流地 为保证测量精度需元件对称性好 u u us io i1 us R1 1 输出电流与负载大小无关 2 恒压源转换成为恒流源 特点 例6 2 2电压 电流转换器 例6 2 3利用积分电路将方波变成三角波 10k 10nF 时间常数 R1Cf 0 1ms 设uC 0 0 5V 5V 例6 2 4差分运算电路的设计 条件 Rf 10k 要求 uo uI1 2uI2 R1 5k R2 2R3 5 10 R2 10k R3 5k 例6 2 5开关延迟电路 当uO 6V时S闭合 3V 3V 课堂练习 6 3对数和指数运算电路 6 3 1对数电路 6 3 2指数电路 6 3 1对数电路 利用PN结的指数特性实现对数运算 BJT的发射结有 也可利用半导体三极管实现对数运算 其中 IES是发射结反向饱和电流 uO是ui的对数运算 注意 ui必须大于零 电路的输出电压小于0 7伏 利用虚短和虚断 电路有 6 3 2反对数 指数 电路 输入与输出的关系式为 uO是ui的反对数运算 指数运算 用半导体三极管实现反对数运算电路 利用虚短和虚断 电路有 要求 以上两个电路温漂很严重 实际电路都有温度补偿电路 6 4集成模拟乘法器 6 4 2单片集成模拟乘法器 6 4 1集成模拟乘法器的基本工作原理 6 2集成模拟乘法器的应用电路 6 4 3集成模拟乘法器的应用电路 6 4 1模拟乘法器的基本工作原理 一 模拟乘法器的基本特性 符号 uO Kuxuy K 增益系数 类型 单象限乘法器ux uy皆为固定极性 二象限乘法器一个为固定极性 另一个为可正可负 四象限乘法器ux uy皆为可正可负 理想乘法器 对输入电压没有限制 ux 0或uy 0时 uO 0 实际乘法器 ux 0 uy 0时 uO 0 输出失调电压 ux 0 uy 0时 或uy 0 ux 0时 输出馈通电压 uO 0 二 可变跨导乘法器的工作原理 当uY uBE3时 IC3 uY RE 要求uY 0 故为二象限乘法器 因IC3随uY而变 其比值为电导量 称变跨导乘法器 当uY较小时 相乘结果误差较大 6 4 2单片集成模拟乘法器 MC1496 双差分对模拟乘法器 V1 V2 V5 模拟乘法器 V3 V4 V6 模拟乘法器 V7 V9 R5 电流源电路 R5 V7 R1 电流源基准 V8 V9 提供0 5I0 RY 引入负反馈 扩大uY的线性动态范围 其中 uX UT 26mV 增益系数 MC1595 6 4 3 1基本运算电路 一 平方运算 6 4 3集成模拟乘法器的应用电路 二 除法运算 当u10 为使u3 0 则u2 0 当u1 0时 uO0 条件 u3与u1必须反相 保证负反馈 u2 0 三 平方根运算 uI 0 四 压控增益 uO KuXuY 设uX UXQ 则uO KUXQ uY 调节直流电压UXQ 则调节电路增益 6 5有源滤波电路 6 5 2有源高通滤波电路 6 5 3有源带通滤波电路 6 5 1有源低通滤波电路 滤波电路 有用频率信号通过 无用频率信号被抑制的电路 分类 按处理方法分 硬件滤波 软件滤波 按所处理信号分 模拟滤波器 数字滤波器 按构成器件分 无源滤波器 有源滤波器 引言 按频率特性分 低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 理想滤波器的频率特性 低通 高通 带通 带阻 6 5 1有源低通滤波电路 LPF LowPassFilter 通带放大倍数 一 一阶LPF 其中 Auf 1 Rf R1 fH 1 2 RC 上限截止频率 归一化幅频特性 0 3 二 二阶LPF 1 简单二阶LPF 通带增益 Auf 1 Rf R1 问题 在f fH附近 输出幅度衰减大 改进思路 在提升fH附近的输出幅度 2 实用二阶LPF Q 1 3 Auf Q 等效品质因数 正反馈提升了fn附近的Au Good Auf 3时 Q 电路产生自激振荡 特征频率 当Q 0 707时 fn fH 例6 5 1已知R 160k C 0 01 F R1 170k Rf 100k 求该滤波器的截止频率 通带增益及Q值 解 特征频率 Q 1 3 Auf 1 3 1 588 0 708 Q 0 707时 fn fH 上限截止频率 fH 99 5Hz 6 5 2有源高通滤波电路 HPF HighPassFilter 通带增益 Auf 1 Rf R1 Q 1 3 Auf Auf 3时 Q 电路产生自激振荡 二阶低通 高通 为防止自激 应使Auf 3 6 5 3有源带通滤波电路 BPF BandPassFilter 构成思路 f0 fH fL LPF BPF 要求R3C1 RC 中心频率 等效品质因素 Q 1 3 Auf 通频带 BW f0 Q 最大电压增益 Au0 Auf 3 Auf 2R C R 例6 5 2已知R 7 96k C 0 01 F R3 15 92k R1 24 3k Rf 46 2k 求该电路的中心频率 带宽BW及通带最大增益Au0 解 Q 1 3 Auf 1 3 2 9 10 BW f0 Q 2000 10 200 Hz Au0 Auf 3 Auf 2 9 3 2 9 29 小结 第6章 一 基本运算电路 1 运算电路的两种基本形式 同相输入 反相输入 2 运算电路的分析方法 运用 虚短 和 虚断 的概念分析电路中各电量间关系 运