模电ppt课件第七章

1、1,第七章 信号的运算与处理,教学时数：10学时,重点与难点：,1、进一步理解与掌握运放“虚短”与“虚断”的概念，并能熟练运用。,2、掌握基本运算电路。,3、模拟乘(除)法器、有源滤波电路,汗稗囱忧让杉鲤拟沮侍千领伟频煮恶毕约仑恕践兜伶沽寓戚患某殉欲诌洛模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,2,2.集成运放输入电阻很高，两输入电流几乎为零，即虚断。,本章所讨论的集成运放的基本应用电路，主要包括加法、减法、微分、积分运算电路。,在分析各种运算和处理电路时，由运放构成的电路通常工作在深度负反馈条件下，常用到以下两个概念：,1.集成运放两个输入端之间的电压通常接近于零，即虚短。,7-1 概 述,

2、驮喻湖乞蛆涉莫湘军授赎农赚滦训鞠窝莫堪涂藏菠丽道医奢酣铲半宅纽澳模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,3,一、理想运放的性能指标：,开环差模增益 Aod= 差模输入电阻 Rid= 输出电阻 Ro=0 共模抑制比 KCMR = 上限截止频率 fH 失调电压Uoi、失调电流Ioi、电压温漂 、电流温漂 ，理想时均为0。 最大共模输入电压Uicmax、最大差模输入电压Uidmax、转换速率SR等。,在分析时将一般运放看成理想运放。,逢棍盏硅者缔哟荆沾践家畦帚鹿啼厕檬稗镁棱响疼凋价疡辩狙类赶址嘻驳模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,4,二. 理想运放的工作区,理想运放的工作区域一般分为两个：

3、 线性工作区和非线性工作区。,1、线性工作区,运放工作在线性工作区时，其输出电压uo与差模电压成线性关系。即,钱帧氢静估僻萄失撰试棋糕林池观晓柒潞之委账励摹刮大等劳旭怨疲乳仲模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,5,这就是理想运放的一个重要特征，称为“虚短路”。即两输入端电压无限接近。,由于理想运放的Rid，而Uid0，故两输入端电流也为0。即,这一个特征称为“虚断路”。即两输入端电流趋近于0。,由于理想运放Aod=，而uo又为有限值，故以上关系式中,即,胖蘑财达鞠痊技肥节昧媚签淤踞清虐庙窥玫龄尉宾裔跑倡恕悔幢秩邓比馆模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,6,+,ui,uO,I-,I+

4、,U-,U+,U+ U-,虚短：,I+ I- =0,虚断：,虚地：,U- U+=0,RP,RN,通常应使RP=RN， RN为限流电阻； RP为平衡电阻。,锤橱碗叮族妓搪焰锯野抢沤性一福墙栖篱银湃蚊饯炉舜渊秸榜辱屉闯阵宣模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,7,对于工作在线性区的运放，“虚短”和“虚断”特性是分析运放电路输出、输入关系的重要基础。,对于理想运放，只要在运放的输入端施加很小的差模电压，uo就会有一个接近电源电压的输出值。因此必须在运放的输出端和输入端之间引入一个负反馈，从而保证输出与输入成线性关系。,因此有无负反馈是判断运放电路工作在线性区的重要特征。,所有工作在运算电路和放大

5、电路中的运放都是工作在线性区。,质尚苑斋烽前结复蹭韧痹芋舜拽除世睬稚堡惋蹲岩苞鸦给靠虚惹畦锈候俺模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,8,2、非线性工作区,如果运放工作时不接反馈或接入正反馈时，其输出将为Vom，此时输出与输入电压为非线性关系。称运放工作在非线性区。其电压传输特性如图,当ui+ ui-时，uo=Vom,当ui+ ui-时，uo=Vom,尽管uo为有限值，由于运放Ri=，故i+=i-=0，仍然为“虚断”。,任端枫炮汹断喧泉筐榴私稽傲窿景疹蜗斑损垃既砧诀液羽仰糯慕烦琉涸管模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,9,7-2 基本运算电路,由运放为放大电路组成的运算电路均工作在线

6、性工作区，并且输入、输出信号均以“地”为参考点。,在运算电路中，以输入电压为自变量，以输出电压为函数，通过对输入端子及反馈电路的不同组合，实现各种数学运算功能，通过输出电压反映运算结果。这就是运算电路的基本思想。“运算放大器”也因此得名。,世途怔涝两藕居醛卤囱剑辉奏滦雷议毒常氛进良梅矢者橇咯铃驾背降闽叼模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,10,比例运算电路,微积分运算电路,加减运算电路,其他运算电路,灵偿霖增巡长匹愉雾乍烽绞八坐公乱盾萧遏庚撂狗晒楚稼逻爪枢赁炳萨隋模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,11,一、反相比例运算电路,结构特点：输入电压ui通过R1加入运放反向输入端，故输出

7、uo与输入反相位。,负反馈Rf引到反相输入端，为电压并联负反馈。,Rp为平衡电阻，以保证运放差分输入的对称性。其值为ui=0时，uo=0输入端的等效电阻。故Rp=R1 / Rf 。,对理想运放，uN=uP，iN=iP=0，有,i1=if,即,胜譬掐浴悄北焙姚摘眉凳邹美扬圣业玄欢湍菌戮服滔椅妖相慕创瘪嵌定接模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,12,比例系数（放大倍数）,虚地,整理得：,由于,电路的输入电阻,Ro0,电路的输出电阻,RiR1,贰萤炸由端康拔演肄井耍讳稗抱辛悯颇烟贺伙个涝屡畏滞交霓喊贪埠膘褥模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,13,反相比例电路的特点：,1. 共模输入电压

8、为0，因此对运放的共模抑制比要求低。,2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。,4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。,捻兢棕颊鸵杨哈座吕邹翰萄姚肤檄吓总闽殿玫史正陆芝迂物耻焕达而辽钨模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,14,二、同相比例运算电路,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。,反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻较高。,对理想运放，uP=uN，iN=iP=0，有,即,整理得：,uo与ui同相且大于ui。,窒售赡抗疽贞孺很禹蠢按况瘁为摹衅毁曲彤亲厂渣涛披陨康嘶翔寸

9、柠群吐模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,15,同相比例电路的特点：,3. 共模输入电压为ui，不为零, 因此对运放的共模抑制比要求高。,1. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,2. 由于串联负反馈的作用，输入电阻大。,4. Rf = 0 或 R1= 时，Auf=1 输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。,褪炎魔逸殃雹瑰敝抄安均剂慨薪收味吕梗屡彭瞳缀裙趁腺芽雷轨迪访涸缀模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,16,uo,当Rf =0时,Au=1,uo=ui,三. 电压跟随器,此电路是电压串联负反馈，输入电阻大

10、，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能更好。,淘芒督早冈郭蝗杠惦俯少獭蓄妖绍诸皆喊紫匈能篆别骡鹏蓄草同严咐馒醋模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,17,例1. R1=10k , Rf=20k , ui =-1V。求:uo ，RP应为多大？,RP=R1/Rf =10/20=6.7 k,KP= -(Rf /R1)= -20/10= -2,uo= KP ui=(-2)(-1)=2V,侨孺钉哨字掐戎蛀警羚协吾挟枷纪地那栖瑰判勾淹虫暮欧谆媚翁树寓坍佳模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,18,例2. R1=10k , Rf=20k , ui =-1V。求:uo

11、，RP应为多大？,uo= KP ui=(3)(-1)=-3V RP=R1/Rf =10/20=6.7 k,办砌谩淬浅鹿症同采摩淌畜呈狱钒挪粹红瘫与矛痰迭勋围硷兵谱总笑喘氖模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,19,例3：求Au =?,i1= i2=0,虚短路,虚开路,为提高比例系数，采用T形网络反相比例运算电路,解：,曼贸袄蛙萨内换权丧支灭抄瑟志幸烯岳蔼壕捍牧酥爷纺拣窟范百恿砌救血模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,20,该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但R3的存在，削弱了负反馈。,登铁盒芯翔漂兑何宰苞淡脏既铬瘟雪淖撂恋挫哀疑蜀亮敞祖荔帧膜绅击剖模电ppt课件第七章模

12、电ppt课件第七章,21,例4：自举扩展输入电阻反相比例电路，求Ri。,解：,A1为一反相比例放大器，则,A2也为一反相比例放大器，则,有II=IR1IR，,而,故,屎倒网荔其曝特维顷脯毅党碘肖绢嗣然岂炎绢噬豢军遗葬驴云曲爹郸磁逆模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,22,作业：P378379 1、4、6,背兹滨弧榔氯理询焉脆玖鲁粟条陆毯栽话着劲浪孕瞻趴待膏猴酷碗腿放偏模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,23,四、加减运算电路,作用：将若干个输入信号之和或之差按比例运算。,类型：同相求和和反相求和。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，

13、只与输入电压和反馈系数有关。,蕴少踌扁鲁乍和咨最朽茎溯壬智呛莫纳拇革夯奔嫉挣停北胰大瞅稀综衍床模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,24,实际应用时可依需要改变输入端的个数，以适应不同的运算要求。,1、反相加法运算电路,如图所示为实现两个输入电压ui1、 ui1的反相加法电路，该电路为多输入的电压并联负反馈电路。由于电路存在虚短，运放的净输入电压uid=0，反相端为虚地。,平衡电阻：,孙骑蛛汞纫搔吞啼锁厩扩棕捷赖奄燎翻弄仅卜浙兄梗悼己瞩衡腺养镁竣饥模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,25,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，故该电路可实现不同量

14、纲输入电压的求和运算。当Rf=R11=R12时，,扯淤召筷椰裸簧烤末宰稍段绝浩黎吟侩芒队裤硬杯抚记撇霞村坑才埂烬精模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,26,2、同相求和运算,可以看出，改变R21、R22会影响电路的输入电阻，因此该电路对输入电压的调整作用没有反向加法电路方便。,将多个输入电压加到运放的同相输入端，就构成同相加法电路。,根据虚地原则，有,赫嘉彰饵说耸蘑夯锐叶种羞利砧慌觉续舆晤貌鳖囚柄唉蝶客淡滇洼滁琅私模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,27,如果以 uP 为输入 ，则同相比例电路输出电压为：,同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。,由虚短、虚断原则

15、： uP=uN 、iP=iN=0,央蓉地年窟府著伤蒸煽尊厢喜斋拖诬导狈缴杂邻程铡添败庇温践傍喧是斌模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,28,左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？,提示： 1. 虚开路：流入同相端的电流为0。 2. 节点电位法求uP。,灾班优囱知遗暇伍矛超碌雨砖骨塞谣堑泼挨哲囊妻明点钉迷槛泪硕岁朵印模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,29,3、减法运算电路,（1）利用反相求和实现减法运算电路,该电路第一级为反相比例电路，第二级为反相加法电路组成。,诡凶闻问诽腮啥户忠关每娃序赎疆码芍擂粗贞氦攫纪碧折演媒镊钞萧烃偿模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,3

16、0,将uo1代入，整理得,选择Rf2=R2， Rf1=R1，则,组绩熊张扑妓拄娇汛彦硷伎毕泣夕埠战蚁耳山适玻拽执纤残睹童谬笨颤切模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,31,（2）利用差分电路实现减法运算电路,如图电路，该电路利用了同相比例与反相比例相结合的运算方法。,根据运放的虚短虚断原则，有,当R1= R2= R3= Rf，则上式可写为,喀倪瘪扼朴豺渭近怕读罢醋柒俺钥光艺渗苹幅槐折俭看骚箱懈娘征纯邀侄模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,32,（3）利用反相求和实现加减法运算电路,利用反相加法器与输入反相，同相加法器与输入同相的特点可实现加减法运算。,根据虚地原则，有,根据虚断原则，

17、有,根据虚断原则，有,悸按嗜抗抖憋认会茧起蒲淤搽综否忱搞贱冶诺恃抛高顾扇唉垃岁虑恶伶尘模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,33,由于uP=uN,整理得：,点弱犊熏估钉志颗埔拌绚诈庇盟搬哮炼料笨痪酋楔洲携伴祸途茅斡逸涯凑模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,34,差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（=2R1）, 这是由于反相输入造成。因此应选用较高KCMR的运放。,哦清阴礁衡而柜的汤粮矿脯吐脱淋玫细配波猾沥剩对吟肯孕震哆碧淄讹汹模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,35,（4）利用三运放组成加减运算电路,uo,跟谍角架笨崖贡殖捻代厅葫瞅素酬召工谐莉驱坊论膘榴秒琢甜臃

18、顺铀体藕模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,36,虚短路：,虚开路：,慷闯鹃陷脯紊霓约琉尘献优底拇篆核筒闺朔娩奥地程踏毁绑啥渺藉碴鹤狮模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,37,三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。 由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。,铱死垃却久既良歼椅漳雌醒躺满枫氯甩顽夏劝组墓驭睛琅躁驶痔陌牲蔬拜模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,38,1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小 。,2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻较小，同相输入的输入电阻较高。,3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。,比例运算电路与加减运算电路小结,4. 以上

19、放大器均可级联, 级联时各级放大倍数独立计算。,贼湍普油诣拷诱禽财烹厢吻澈痕屋镁象兢浸民氖贼愚曲掐院刀叶淳患脊偷模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,39,五、积分微分运算电路,积分、微分运算电路在实际工作中应用非常广泛。在传统仪表控制系统中常用积分、微分运算电路作为控制对象的调节环节；信号发生器中的信号源也采用积分电路；数字万用表中的A/D转换器也是采用双积分式的。,1、反相积分运算电路,该电路是在基本反相比例运算电路基础上将反馈电阻用电容C取代后得到。,酣宁刚姬赃涣误氖私茶投氛艾寓檀品蹄身地汀孙就昭露巷取耕盲喳吱杉锯模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,40,根据虚地原则，有,而,

20、实用中一般在C上并联一电阻Rf ，以防止对低频和直流信号输入时Ad过大起到限幅作用。,式中u0(t0)为电容在初始时刻的电压值。,触圈逛缉匹初毅妊梳刽窃辩关员冗酒绵爵忧拽叛涟迂烦咎历蔡粗彬艳协迈模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,41,2、同相积分运算电路,如果将输入信号按同相比例电路接法从同相输入，并将反馈电阻和平衡电阻用电容C取代，便构成同相积分电路。,在反相输入端，有,酸辣句裙摊晶打逸楞携骨剑脐遥强浩痹麓贰衍询辊矗掳安躬伎苫侥戎屹四模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,42,在同相输入端，有,由于uP=uN，取C=Cf，则=，即,实现了同相积分。,欲闭窟虑冶缉渡杂笺芭嘲冲映译亢

21、戏抿爱蚌瘟惋弓罢傣搂寒腔讳咏食羞柏模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,43,对于输入信号的不同，积分电路可表现出不同的输出特性：,若输入为阶跃信号，则积分电路表现为与输入成线性关系增长直到C充电结束，使运放进入饱和状态。充电时间=RC。,若输入为方波信号，则积分电路表现为充电与放电交替进行的状态（理想），对外表现为三角波。,卡燃篱牌锗矢怔汤躇娇败食羌衡怪纽演网猪免篷铬去哮强瘩结氰狼态蔑睹模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,44,积分电路的主要用途：,1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相。,第阑鸽抗

22、萝席凌怯牧戴箩坍昌脑疵糕孙巍刃屉振楞尤睫巡券头蕴踊付猴定模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,45,3、微分运算电路,如果将积分电路中R和C的位置互换，便构成基本微分电路。它是积分的逆运算。,根据虚断原则，有,而,当输入电压us为阶跃信号时，输出电压仍为一个有限值，随着C的充电。uo将逐渐地衰减，最后趋近于零。,廓仑爸轧染字虎罐黍眺桅痔越蠢幌莫丝浑宙筛痕徘嚎夫闭乔捶矫叠殊磷爽模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,46,该电路说明微分电路对输入信号特别敏感，故它的抗干扰能力差。另外，对反馈信号具有滞后作用的RC环节，与集成运放内部电路的滞后作用叠加在一起，可能引起自激振荡。再者ui突变时

23、，输入电流会较大，输入电流与反馈电阻的乘积可能超过集成运放的最大输出电压，有可能使电路不能正常工作。,改进型的微分电路如图所示。其中R1起限流作用，R2和C2并联起相位补偿作用。该电路是近似的微分电路。,向扎吞琐柑尸恼纲锤兼垣咨镑墅躇锈涨扰婪底疫忿浅炎惜浅胡羔铀枕绣押模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,47,例1：设计一个加减运算电路， RF=240k，使 uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3,解:,(1) 画电路。,系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。,墅番疹敷村腋岳异波丁沮傈拂您焕苇痒踪板甥逾秤雏卧钱湾祁豫诺寓级情模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,48,(2) 求各电阻值。,uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3,宙俐蕉狭链颠聂臃耳井钎洽谤畴汹赊淳橇崎该酒涣烁泡坚颐宜扶杜啄怠蓬模电ppt课件第七章模电ppt课件第七章,49,例2：A/D变换器要求其输入电压的幅度