运放组成的加减乘除等运算电路精选ppt课件.ppt

集成运放组成的运算电路 第7章 小结 7 1概述 7 2基本运算电路 7 3对数和指数运算电路 7 4集成模拟乘法器 7 5除法运算电路 运算放大器的两个工作区域 状态 线性区和非线性区 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 7 1概述 Ui 1mV时 运放处于线性区 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 线性应用 4 非线性应用 运放工作在非线性区的特点 运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论 正 负饱和输出状态 电路中开环工作或引入正反馈 7 2基本运算电路 7 2 1比例运算 7 2 2加法与减法运算 7 2 3微分与积分运算 7 2 4基本运算电路应用举例 7 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 1 基本电路 2 T形网络反相比例运算电路 根据 虚地 的概念 有 T形网络等效为一个反馈电阻 此时同相输入端的补偿电阻 二 同相比例运算 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 1 基本电路 2 电压跟随器 此时有值得注意的是 电压跟随器反馈系数F 1 反馈深度深 输入电阻高 输出电阻低 常用作阻抗变换或缓冲级 同相比例运算电路有输入电阻高的特点 但输入共模信号电压高 对集成运放的共模抑制比要求也高 另一方面如果共模电压超过允许的数值 电路也无法正常工作 当R1 Rf 0时 三 差分比例运算电路 为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡 同时为了避免降低共模抑制比 通常要求 在理想情况下 由于 虚断 利用叠加定理可求得反相输入端的电压为 而同相输入端的电压为 因为 虚短 即 差分比例运算电路的电压放大倍数为 又可以写成 电路元件参数对称 差分比例运算电路的差模输入电阻为 四 比例运算电路的应用 1 电压 电流变换电路 2 电流 电流变换电路 7 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 根据 虚短 虚断 和 虚地 的概念有 例7 2 1 解 R2 R3 R4 R1 Rf 若R2 R3 R4 则uO uI1 uI2 Rf 2R1 2 同相加法运算 例7 2 2 解 根据 虚短 虚断 和 虚地 的概念有 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 1 单运放减法运算电路 解 例7 2 3 2 双运放减法运算电路 多级集成运放相连时 后级对前级基本不影响 7 2 3反相输入运算电路的一般规律 1 正函数型的反相运算电路 输入回路采用函数元件1 使反馈回路采用电阻元件2 2 反函数型的反相运算电路 输入回路采用电阻元件1反馈回路采用函数元件2 使得 一 积分运算 当uI UI时 设uC 0 0 时间常数 R1Cf 积分电路输出电压波形 7 2 4微分与积分运算 1 基本积分运算电路 2 求和积分运算电路 在上述基本的积分运算电路基础上 增加若干个输入回路就构成求和积分运算电路 3 积分电路存在的问题 产生积分漂移 4 积分电路的应用 把积分电路的输出电压作为电子开关或其他类似装置的输入控制电压 则积分电路可以起延时作用 可以用作波形变换电路 把输入的方波信号变换为三角波 积分电路可以用在模 数转换装置中 把电压量转化为与之成比例的时间量 它可以使正弦输入信号移相 也用作波形变换电路 把输入的方波信号变换为三角波 例7 2 4 解 R2 Rf 虚地 虚断 RfC1 时间常数 微分电路输出电压 二 微分运算 1 基本微分运算电路 2 改进型的微分运算电路 图中输入回路的电阻限制了噪声干扰和突变的输入信号 且的引入 加强了负反馈的作用 反馈电路引入和并联是用来进行相位补偿的 适当的选取电路参数能使电路稳定工作 7 2 5基本运算电路应用举例 例7 2 5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7 2 6电压 电流转换器 10k 10nF 时间常数 R1Cf 0 1ms 设uC 0 0 5V 5V 例7 2 3利用积分电路将方波变成三角波 例7 2 7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7 2 8开关延迟电路 当uO 6V时S闭合 3V 3V 课堂练习 7 3对数和指数运算电路 7 3 1对数电路 7 3 2指数电路 7 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 7 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 7 4集成模拟乘法器 7 4 2单片集成模拟乘法器 7 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 7 4 3集成模拟乘法器的应用电路 7 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 利用对数和指数电路的乘法电路 三 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 7 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 一 平方运算 7 4 3集成模拟乘法器的应用电路 二 立方运算 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 五 函数发生电路 7 5除法运算电路 1 对数和指数运算电路组成的除法电路 2 用乘法器组成的除法电路 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 小结 第7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 运放在线性工作时 虚短 和 虚断 总是同时存在 虚地只存在于同相输入端接地的