02238模拟、数字及电力电子技术基本运算电路

基本运算电路 一 反相比例运算电路一 反相比例运算电路 根据虚断 I i 0 故 V 0 且 Ii If 根据虚短 V V 0 Ii Vi V R1 Vi R1 Vo If Rf Vi Rf R1 电压增益 Avf Vo Vi Rf R1 二 同相比例运算电路二 同相比例运算电路 根据虚断 Vi V 根据虚短 Vi V V V Vi Vo R1 R1 Rf Vo Vi 1 Rf R1 电压增益 Avf Vo Vi 1 Rf R1 三 求和运算电路三 求和运算电路 1 反相加法运算 2 同相加法运算 二 减法运算 因两输入信号分别加于反相输入端和同相输入端 故此形式的电路也称为差分运算电 路 四 积分运算四 积分运算 五 五 微分运算电路微分运算电路 t v RC t v RC RiRiv d d d d I C CRO 例 4 若给定反馈电阻 RF 10k 试设计实现uo uI1 2uI2的运算电路 解 例 求如图 4 18 所示电路中 uo与 ui的关系 5R1 R1 5R2 R2 uo ui 图 4 18 习题 4 11 的图 分析分析 在分析计算多级运算放大电路时 重要的是找出各级之间的相互关系 首先分析第 一级输出电压与输入电压的关系 再分析第二级输出电压与输入电压的关系 逐级类推 最后确定整个电路的输出电压与输入电压之间的关系 本题电路是两级反相输入比例运算 电路 第二级的输入电压 ui2就是第一级的输出电压 uo1 整个电路的输出电压 o1o2o uuu 解解 第一级的输出电压为 ii 1 1 o1 5 5 uu R R u 第二级的输出电压为 io1o1 2 2 o2 255 5 uuu R R u 所以 iiio1o2o 30525uuuuuu 例 求如图 4 19 所示电路中 uo与 ui的关系 R3 R2 R1 uo ui 电压比较器电压比较器 一 过零比较器 过零电压比较器是典型的幅度比较电路 它的电路图和传输特性曲线如图 8 2 1 所示 a 电路图 b 电压传输特性 二 一般单限比较器 将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压值VREF上 就得到电压比较器 电路如图 8 2 2 所示 调节VREF可方便地改变阈值 a 电路图 b 电压传输特性 比较器的基本特点 工作在开环或正反馈状态 开关特性 因开环增益很大 比较器的输出只有高电平和 低电平两个稳定状态 非线性 因是大幅度工作 输出和输入不成线性关系 三 滞回比较器 从输出引一个电阻分压支路到同相输入端 电路如图所示电路 a 电路图 b 传输特性 当输入电压 vI从零逐渐增大 且时 称为上限阀值 触发 电 TI Vv omO Vv T V 平 om 21 2 21 REF1 T V RR R RR VR V 当输入电压时 此时触发电平变为 称为下限阀值 触发 电平 TI Vv omO Vv T V T V om 21 2 21 REF1 T V RR R RR VR V 当逐渐减小 且以前 始终等于 因此出现了如图所示的滞回特性曲线 I v TI Vv O vVom 回差电压 V omom 21 2 TT VV RR R VVV 例 在如图4 32 所示的各电路中 运算放大器的V 稳压管的稳定电压UZ为6V 12 OM U 正向导通电压UD为0 7V 试画出各电路的电压传输特性曲线 分析分析 电压传输特性曲线就是 输出电压 uo与输入电压 ui的关系特性曲线 本题两个电路都 是电压比较器 集成运算放大器都处于开环状态 因此都工作在非线性区 在没有限幅电 路的情况下 工作在非线性区的集成运算放大器的分析依据是 且时0 ii uu 时 其中为转折点 当有限幅电路时 电压比较 OMo Uu uu OMo Uu uu 器的输出电压值由限幅电路确定 5V ui uo 5V ui uo a b 图 4 32 习题 4 22 的图 解解 对图4 32 a 所示电路 V 故当输入电压V 时 输出电压5 u i uu 5 i u V 当输入电压V 时 输出电压V 电压传输特性12 OMo Uu5 i u12 OMo Uu 如图 4 33 a 所示 对图4 32 b 所示电路 由于 V 故当V 时 i uu 5 u5 i u 集成运算放大器的输出电压为 12V 稳压管处于反向击穿状态 V 当6 Zo Uu V 时 集成运算放大器的输出电压为 12V 稳压管正向导通 V 5 i u7 0 Do Uu 电压传输特性如图 4 33 b 所示 a b 0 ui V uo V 12 12 5 0 ui V uo V 6 0 7 5 图 4 33 习题 4 22 解答用图 例 在如图 4 34 a 所示的电路中 运算放大器的V 双向稳压管的稳定电12 OM U 压 UZ为 6V 参考电压 UR为 2V 已知输入电压 ui的波形如图 4 34 b 所示 试对应画 出输出电压 uo的波形及电路的电压传输特性曲线 ui UR uo t0 ui V 10 10 a b 图 4 34 习题 4 23 的图 分析分析 电压比较器可将其他波形的交流电压变换为矩形波输出 而输出电压的幅值则取决 于限幅电路 解解 由于V 故当V 时 集成运算放大器的输出电压为 12V 2 R Uu i uu 2 i u 经限幅电路限幅之后 输出电压V 当V 时 集成运算放大器的输出电6 Zo Uu2 i u 压为 12V 经限幅电路限幅之后 输出电压V 输入电压 ui和输出电压 uo的6 Zo Uu 波形如图 4 35 a 所示 电路的电压传输特性曲线如图 4 35 b 所示 t0 uo V 6 6 t0 ui V 10 10 2 0 ui V uo V 6 6 2 a 输入电压 ui和输出电压 uo的波形 b 电压传输特性曲线 图 4 35 习题 4 23 解答用图 正弦波振荡电路 一 产生正弦波的条件 幅度平衡条件 1 FA 相位平衡条件 AF A F 2n n 为整数 二 RC 网络的频率响应 谐振角频率和谐振频率分别为 RC 1 0 RC f 2 1 0 三 RC 桥式正弦波振荡电路 1 RC 文氏桥振荡电路的构成 RC 文氏桥振荡器的电路如图 图 8 1 3所示 RC 串并联网络是正反馈网络 另外还增 加了 R3和 R4负反馈网络 C1 R1和 C2 R2正反馈支路与 R3 R4负反馈支路正好