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1、模 擬 電 子 技 術(shù)集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路第第 7 7 章章小結(jié)小結(jié)7.1 概述概述7.2 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路7.3 對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路7.4集成模擬乘法器集成模擬乘法器7.5除法運(yùn)算電路除法運(yùn)算電路模 擬 電 子 技 術(shù) 運(yùn)算放大器的兩個(gè)工作區(qū)域（狀態(tài)）：線性區(qū)和非線性區(qū)。運(yùn)算放大器的兩個(gè)工作區(qū)域（狀態(tài)）：線性區(qū)和非線性區(qū)。1.運(yùn)放的電壓傳輸特性運(yùn)放的電壓傳輸特性：設(shè)：電源電壓設(shè)：電源電壓VCC=10V。運(yùn)放的運(yùn)放的AVO=104Ui1mV時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。AVO越大，線性區(qū)越小，越大，線性區(qū)越小，當(dāng)當(dāng)AVO時(shí)，線性區(qū)時(shí)，

2、線性區(qū)07.1 概述概述Ui1mV時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。模 擬 電 子 技 術(shù)2.理想運(yùn)算放大器：理想運(yùn)算放大器：開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù) AV0=差摸輸入電阻差摸輸入電阻 Rid=輸出電阻輸出電阻 R0=0為了擴(kuò)大運(yùn)放的線性區(qū)，給運(yùn)放電路引入負(fù)反饋：為了擴(kuò)大運(yùn)放的線性區(qū)，給運(yùn)放電路引入負(fù)反饋：理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件：理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件：電路中有負(fù)反饋！電路中有負(fù)反饋！運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析方法：運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析方法：虛短（虛短（U+=U-）虛斷（虛斷（ii+=ii-=0）3.線性應(yīng)用線性應(yīng)用模 擬 電 子 技 術(shù)4.非線性應(yīng)用非線性應(yīng)用運(yùn)放工作在非

3、線性區(qū)的特點(diǎn)：運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)：運(yùn)放工作在非線性區(qū)的分析方法在下一章討論運(yùn)放工作在非線性區(qū)的分析方法在下一章討論正、負(fù)飽和輸出狀態(tài)正、負(fù)飽和輸出狀態(tài)電路中開環(huán)工作或引入正反饋！電路中開環(huán)工作或引入正反饋！模 擬 電 子 技 術(shù)7.2基本運(yùn)算基本運(yùn)算電路電路7.2.1 比例運(yùn)算比例運(yùn)算7.2.2 加法與減法運(yùn)算加法與減法運(yùn)算7.2.3 微分與積分運(yùn)算微分與積分運(yùn)算7.2.4 基本運(yùn)算電路應(yīng)用舉例基本運(yùn)算電路應(yīng)用舉例模 擬 電 子 技 術(shù)7.2.1 比例運(yùn)算比例運(yùn)算一、反相比例運(yùn)算一、反相比例運(yùn)算運(yùn)算放大器在線性應(yīng)用運(yùn)算放大器在線性應(yīng)用時(shí)同時(shí)存在虛短和虛斷時(shí)同時(shí)存在虛短和虛斷虛斷虛斷虛地虛

4、地為使兩輸入端對(duì)地直流電阻相等：為使兩輸入端對(duì)地直流電阻相等：R2=R1/R f平衡電阻平衡電阻特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.為深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋，為深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋，Auf=Rf /R 12.輸入電阻較小輸入電阻較小RifR ifR if =R13.uIC=0，對(duì)對(duì) KCMR 的要求低的要求低u+=u-=0虛地虛地(1)基本電路基本電路模 擬 電 子 技 術(shù)(2)T形網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路形網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路根據(jù)根據(jù)“虛地虛地”的概念，有的概念，有 T形網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)反饋電阻形網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)反饋電阻此時(shí)同相輸入端的補(bǔ)償電阻此時(shí)同相輸入端的補(bǔ)償電阻 模 擬 電 子 技 術(shù)二、同相比例運(yùn)算二、同相比例運(yùn)算

5、特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.為深度電壓為深度電壓串聯(lián)串聯(lián)負(fù)反饋，負(fù)反饋，Auf =1+Rf /R12.輸入電阻大輸入電阻大R if =3.，對(duì)，對(duì) KCMR 的要求高的要求高uIC=u iu+=u-=uI(1)基本電路基本電路模 擬 電 子 技 術(shù)(2)電壓跟隨器電壓跟隨器 此時(shí)有 值得注意的是，電壓跟隨器反饋系數(shù)F=1，反饋深度深，輸入電阻高，輸出電阻低，常用作阻抗變換或緩沖級(jí)。同相比例運(yùn)算電路有輸入電阻高的特點(diǎn)，但輸入共模信號(hào)電壓高，對(duì)集成運(yùn)放的共模抑制比要求也高。另一方面如果共模電壓超過允許的數(shù)值，電路也無法正常工作。當(dāng)當(dāng) R1=，Rf =0 時(shí)，時(shí)，模 擬 電 子 技 術(shù)三、差分比例運(yùn)算電路三、差

6、分比例運(yùn)算電路 為了保證運(yùn)放兩個(gè)輸入端對(duì)地的電阻平衡，同時(shí)為了避免降低共模抑制比，通常要求 在理想情況下，由于“虛斷”，利用疊加定理可求得反相輸入端的電壓為 而同相輸入端的電壓為因?yàn)椤疤摱獭保?差分比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)為 又可以寫成電路元件參數(shù)對(duì)稱，差分比例運(yùn)算電路的差模輸入電阻為模 擬 電 子 技 術(shù)四、比例運(yùn)算電路的應(yīng)用四、比例運(yùn)算電路的應(yīng)用(1)電壓電壓-電流變換電路電流變換電路 (2)電流電流-電流變換電路電流變換電路模 擬 電 子 技 術(shù)7.2.2 加法與減法運(yùn)算加法與減法運(yùn)算一、加法運(yùn)算一、加法運(yùn)算1.反相加法運(yùn)算反相加法運(yùn)算R3=R1/R2/RfiF i1+i2若若 Rf

7、=R1=R2 則則 uO=(uI1+uI2)模 擬 電 子 技 術(shù)根據(jù)“虛短”,“虛斷”和“虛地”的概念有：例例7.2.1解：模 擬 電 子 技 術(shù) R2/R3/R4=R1/Rf若若 R2=R3=R4，則則 uO=uI1+uI2 Rf=2R1 2.同相加法運(yùn)算同相加法運(yùn)算模 擬 電 子 技 術(shù)例例 7.2.2解：根據(jù)“虛短”,“虛斷”和“虛地”的概念有：模 擬 電 子 技 術(shù)法法 1：利用疊加定理：利用疊加定理uI2=0 uI1 使：使：uI1=0 uI2 使：使：一般一般R1=R 1；Rf=R fuO=uO1+uO2=Rf/R1(uI2 uI1)法法 2：利用虛短、虛斷：利用虛短、虛斷uo=

8、Rf/R1(uI2 uI1)減法運(yùn)算實(shí)際是差分電路減法運(yùn)算實(shí)際是差分電路二、減法運(yùn)算二、減法運(yùn)算(1)單運(yùn)放減法運(yùn)算電路單運(yùn)放減法運(yùn)算電路模 擬 電 子 技 術(shù)解：例例7.2.3(2)雙運(yùn)放減法運(yùn)算電路雙運(yùn)放減法運(yùn)算電路多級(jí)集成運(yùn)放相連時(shí)，后級(jí)對(duì)前級(jí)基本不影響多級(jí)集成運(yùn)放相連時(shí)，后級(jí)對(duì)前級(jí)基本不影響 模 擬 電 子 技 術(shù)7.2.3 反相輸入運(yùn)算電路的一般規(guī)律反相輸入運(yùn)算電路的一般規(guī)律1.正函數(shù)型的反相運(yùn)算電路正函數(shù)型的反相運(yùn)算電路輸入回路采用函數(shù)元件輸入回路采用函數(shù)元件1,使使反饋回路采用電阻元件反饋回路采用電阻元件2模 擬 電 子 技 術(shù)2.反函數(shù)型的反相運(yùn)算電路反函數(shù)型的反相運(yùn)算電路輸入

9、回路采用電阻元件輸入回路采用電阻元件1反饋回路采用函數(shù)元件反饋回路采用函數(shù)元件2,使得使得模 擬 電 子 技 術(shù)一、積分運(yùn)算一、積分運(yùn)算=當(dāng)當(dāng) uI=UI 時(shí)，時(shí)，設(shè)設(shè) uC(0)=0 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) =R1Cf積分電路輸出電壓波形：積分電路輸出電壓波形：tuIOtuOO7.2.4 微分與積分運(yùn)算微分與積分運(yùn)算(1)基本積分運(yùn)算電基本積分運(yùn)算電路路 模 擬 電 子 技 術(shù)(4)積分電路的應(yīng)用積分電路的應(yīng)用 把積分電路的輸出電壓作為電子開關(guān)或其他類似裝 置的輸入控制電壓，則積分電路可以起延時(shí)作用。可以用作波形變換電路，把輸入的方波信號(hào)變換為三角波。積分電路可以用在模-數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中，把電壓量轉(zhuǎn)化

10、為與之成比例的時(shí)間量。它可以使正弦輸入信號(hào)移相，也用作波形變換電路，把輸入的方波信號(hào)變換為三角波。例例 7.2.4解：模 擬 電 子 技 術(shù)R2=Rf虛地虛地虛斷虛斷RfC1=時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)微分電路輸出電壓微分電路輸出電壓:二、微分運(yùn)算二、微分運(yùn)算 uItOuOtO(1)基本微分運(yùn)算電路基本微分運(yùn)算電路模 擬 電 子 技 術(shù)(2)改進(jìn)型的微分運(yùn)算電路改進(jìn)型的微分運(yùn)算電路圖中輸入回路的電阻 限制了噪聲干擾和突變的輸入信號(hào)。且 的引入，加強(qiáng)了負(fù)反饋的作用。反饋電路引入 和 并聯(lián)是用來進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)?。適當(dāng)?shù)倪x取電路參數(shù)能使電路穩(wěn)定工作。模 擬 電 子 技 術(shù)7.2.5 基本運(yùn)算電路應(yīng)用舉例基本運(yùn)算

11、電路應(yīng)用舉例例例 7.2.5 測(cè)量放大器測(cè)量放大器(儀用放大器儀用放大器)同相輸入同相輸入同相輸入同相輸入差差分輸入分輸入uo1uo2對(duì)共模信號(hào)：對(duì)共模信號(hào)：uO1=uO2 則則 uO=0對(duì)差模信號(hào)：對(duì)差模信號(hào)：R1 中點(diǎn)為交流地中點(diǎn)為交流地模 擬 電 子 技 術(shù)為保證測(cè)量精度為保證測(cè)量精度需元件對(duì)稱性好需元件對(duì)稱性好模 擬 電 子 技 術(shù)u+=u-=usio=i1=us/R11.輸出電流與負(fù)載大小無關(guān)輸出電流與負(fù)載大小無關(guān)2.恒壓源轉(zhuǎn)換成為恒流源恒壓源轉(zhuǎn)換成為恒流源特點(diǎn)：特點(diǎn)：例例7.2.6 電壓電壓電流轉(zhuǎn)換器電流轉(zhuǎn)換器模 擬 電 子 技 術(shù)10 k 10 nF 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) =R1Cf

12、=0.1 ms設(shè)設(shè) uC(0)=0=5 VuI/Vt/ms0.10.30.55 5uO/Vt/ms=5 V5 5例例 7.2.3 利用積分電路將方波變成三角波利用積分電路將方波變成三角波模 擬 電 子 技 術(shù)例例7.2.7 差分運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)差分運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)條件：條件：Rf=10 k 要求：要求：uo=uI1 2uI2R1=5 k R2=2R3R2/R3=R1/Rf=5/10R2=10 k R3=5 k 模 擬 電 子 技 術(shù)課堂練習(xí)課堂練習(xí)模 擬 電 子 技 術(shù)模 擬 電 子 技 術(shù)7.3 對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路7.3.1 對(duì)數(shù)電路對(duì)數(shù)電路7.3.2 指數(shù)電路指數(shù)電路模 擬

13、電 子 技 術(shù)7.3.1 對(duì)數(shù)電路對(duì)數(shù)電路 利利用用PN結(jié)結(jié)的的指指數(shù)數(shù)特特性性實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算模 擬 電 子 技 術(shù)7.3.2 反對(duì)數(shù)（反對(duì)數(shù)（指數(shù)指數(shù)）電路）電路uo=RF IS eui i /UT T輸入與輸出的關(guān)系式為輸入與輸出的關(guān)系式為:模 擬 電 子 技 術(shù)7.4 集成模擬乘法器集成模擬乘法器7.4.2 單片集成模擬乘法器單片集成模擬乘法器7.4.1 集成模擬乘法器的集成模擬乘法器的 基本工作原理基本工作原理6.2集成模擬乘法器集成模擬乘法器 的應(yīng)用電路的應(yīng)用電路7.4.3集成模擬乘法器的集成模擬乘法器的 應(yīng)用電路應(yīng)用電路模 擬 電 子 技 術(shù)7.4.1 模擬乘法器的基本工

14、作原理模擬乘法器的基本工作原理一、模擬乘法器的基本特性一、模擬乘法器的基本特性符號(hào)符號(hào)KXYXYuxuyuouO=KuxuyK 增益系數(shù)增益系數(shù)類型類型單象限乘法器單象限乘法器 ux、uy 皆為固定極性皆為固定極性二象限乘法器二象限乘法器 一個(gè)為固定極性，一個(gè)為固定極性，另一個(gè)為可正可負(fù)另一個(gè)為可正可負(fù)四象限乘法器四象限乘法器 ux、uy 皆為可正可負(fù)皆為可正可負(fù)模 擬 電 子 技 術(shù)理想乘法器：理想乘法器：對(duì)輸入電壓沒有限制，對(duì)輸入電壓沒有限制，ux=0 或或 uy=0 時(shí)，時(shí)，uO=0實(shí)際乘法器：實(shí)際乘法器：ux=0,uy=0 時(shí)，時(shí)，uO 0 輸出失調(diào)電壓輸出失調(diào)電壓 ux=0，uy 0

15、 時(shí)，時(shí)，或或 uy=0，ux 0 時(shí)，時(shí)，輸出饋通電壓輸出饋通電壓uO 0模 擬 電 子 技 術(shù)二、利用對(duì)數(shù)和指數(shù)電路的乘法電路二、利用對(duì)數(shù)和指數(shù)電路的乘法電路模 擬 電 子 技 術(shù)一、平方運(yùn)算一、平方運(yùn)算KXYXYuIuo7.4.3集成模擬乘法器的應(yīng)用電路集成模擬乘法器的應(yīng)用電路二、立方運(yùn)算二、立方運(yùn)算模 擬 電 子 技 術(shù)三、平方根運(yùn)算三、平方根運(yùn)算(uI 0)四、壓控增益四、壓控增益uO=KuXuY設(shè)設(shè) uX=UXQ則則 uO=(KUXQ)uY調(diào)節(jié)直流電壓調(diào)節(jié)直流電壓 UXQ，則調(diào)節(jié)電路增益則調(diào)節(jié)電路增益8uIRuORXYKXYuO模 擬 電 子 技 術(shù)五、函數(shù)發(fā)生電路五、函數(shù)發(fā)生電路

16、模 擬 電 子 技 術(shù)7.5 除法運(yùn)算電路除法運(yùn)算電路1.對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路組成的除法電路對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路組成的除法電路2.用乘法器組成的除法電路用乘法器組成的除法電路當(dāng)當(dāng) u1 0，為使為使 u3 0，則則 u2 0 當(dāng)當(dāng) u1 0 時(shí)，時(shí)，uO 0，為使為使 u3 0 條件：條件：u3 與與 u1 必須必須反相反相 (保證負(fù)反饋保證負(fù)反饋)u2 08R1R2XYKXYu3u2u1uo模 擬 電 子 技 術(shù)小小 結(jié)結(jié)第第 7 章章模 擬 電 子 技 術(shù)一、基本運(yùn)算電路一、基本運(yùn)算電路1.運(yùn)算電路的兩種基本形式運(yùn)算電路的兩種基本形式同相輸入同相輸入反相輸入反相輸入模 擬 電 子 技 術(shù)2.運(yùn)

17、算電路的分析方法運(yùn)算電路的分析方法1)運(yùn)用運(yùn)用“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的概念分析電路中各電量的概念分析電路中各電量2)間間關(guān)關(guān)系系。運(yùn)運(yùn)放放在在線線性性工工作作時(shí)時(shí)，“虛虛短短”和和“虛虛斷斷”3)總總是是同同時(shí)時(shí)存存在在。虛虛地地只只存存在在于于同同相相輸輸入入端端接接地地的的電電4)路中。路中。2)運(yùn)用疊加定理解決多個(gè)輸入端的問題。運(yùn)用疊加定理解決多個(gè)輸入端的問題。模 擬 電 子 技 術(shù)二、模擬乘法器二、模擬乘法器(屬于非線性模擬集成電路屬于非線性模擬集成電路)uO=Kuxuy對(duì)于理想模擬乘法器，輸入電壓的波形、對(duì)于理想模擬乘法器，輸入電壓的波形、幅度、極性、頻率為任意幅度、極性、頻率為任意三、模擬乘法器的主要應(yīng)用三、模擬乘法器的主要應(yīng)用1.運(yùn)算運(yùn)算：乘法、平方、除法、平方根等乘法、平方、除法、平方根等2.電路電路：壓控增益，調(diào)制、解調(diào)、倍頻、混頻等壓控增益，調(diào)制、解調(diào)、倍頻、混頻等KXYXYuxuyuO