中南大学模电课件第7章.ppt

第七章信号运算与处理电路,小结,7.1概述,7.2基本运算电路,7.3模拟乘法器及其应用,7.4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Au=104,Ui1mV时，运放处于线性区。,Au越大，线性区越小，当Au时，线性区0,7.1概述,2.理想运算放大器：,开环电压放大倍数Au=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（i+=i-=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,7.2基本运算电路,7.2.1比例运算电路,7.2.2加减运算电路,7.2.3积分运算电路与微分运算电路,7.2.4对数运算电路与指数运算电路,7.2.1比例运算电路,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,Rif=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,Rif=,7.2.2加减运算电路,一、加法运算,1.反相加法运算,R3=R1/R2/Rf,iFi1+i2,若Rf=R1=R2,则uO=(uI1+uI2),平衡电阻,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=R1；Rf=Rf,uO=uO1+uO2,=Rf/R1(uI2uI1),法2：利用虚短、虚断,uo=Rf/R1(uI2uI1),减法运算实际是差分电路,二、减法运算,7.2.3积分运算电路与微分运算电路,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：,基本运算电路应用举例,例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(uI1=uI2)：,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,对差模信号：,R1中点为交流地,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2:电压电流转换器,例3:利用积分电路将方波变成三角波,应采用电流串联负反馈,10k,10uF,时间常数=R1Cf,=0.1ms,设uC(0)=0,=5V,=5V,例4:差分运算电路的设计,条件：,Rf=10k,要求：,uo=uI12uI2,R1=5k,R2=2R3,=5/10,R2=10k,R3=5k,例5:开关延迟电路,当uO6V时S闭合，,3V,3V,课堂练习,7.2.4对数运算电路和指数运算电路,1.对数电路,2.指数电路,1.对数运算电路,利用PN结的指数特性实现对数运算,已知二极管的正向伏安特性：,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,2.指数（反对数）运算电路,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,7.3模拟乘法器及其应用,7.3.2模拟乘法器的工作原理,7.3.1模拟乘法器简介,6.2集成模拟乘法器的应用电路,7.3.3模拟乘法器的应用,7.3.1模拟乘法器简介,一、模拟乘法器的基本特性,符号,uo=Kuxuy,K乘积系数,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,理想模拟乘法器：,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，uO0,输出失调电压,ux=0，uy0时，或uy=0，ux0时，,输出馈通电压,uO0,uo=Kuxuy,uo=Kuxuy,等效电路,理想模拟乘法器：,rx=，ry=,ro=0,K值恒定,ux或uy=0时，uo=0,7.3.2模拟乘法器的工作原理,当uYuBE3时，IC3=(uY-uBE3)/RE=uY/RE,要求uY0,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,单片集成模拟乘法器（补充）,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,V7V9、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，uX0，则Ku20,当u10时，uO0,条件：u3与u1必须反相(保证负反馈),Ku20,2.除法运算,3.平方根运算,(uIRC,中心频率：,等效品质因素：,Q=1/(3-Auf),通频带：,fBW=f0/Q,最大电压增益：,Au0=Auf/(3-Auf),例2已知R=7.96k，C=0.01F，R3=15.92k，R1=24.3k，Rf=46.2k求该电路的中心频率、带宽fBW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)=29,7.4.5带阻滤波器(BEF),BEF的组成原理,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,小结,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电路中。