模拟电子线路 第六章 信号运算和处理电路Word下载.docx

1、则v+-v-=?，i+=?，i-=?可以看出，运放的差动输入电压、电流都很小，与电路中其它电量相比可忽略不计。这说明在工程应用上，把实际运放当成理想运放来分析是合理的。返回第二节基本运算电路比例运算电路是一种最基本、最简单的运算电路，如图8.1所示。后面几种运算电路都可在比例电路的基础上发展起来演变得到。vo vi：vo=k vi （比例系数k即反馈电路增益 AvF,vo=AvF vi）输入信号的接法有三种：反相输入（电压并联负反馈）见图8.2同相输入（电压串联负反馈）见图8.3 差动输入（前两种方式的组合）讨论：1）各种比例电路的共同之处是：无一例外地引入了电压负反馈。2）分析时都可利用虚短

2、和虚断的结论： iI=0、vN=vp 。见图8.43）AvF的正负号决定于输入vi接至何处：接反相端：AvF0，见图8.5作为一个特例，当R1时AVF=1，电路成为一个电压跟随器如图8.6所示。4） 在同相比例电路中引入串联反馈，所以Ri很大，而反相比例电路引入并联负反馈，所以Ri不高。5）由于反相比例电路中，N点是虚地点，vN0。所以加在集成运放上的共模输入电压下降至0；而同相比例电路中，vNvi，所以集成运放将承受较高的共模输入电压。6）比例电路的同相端均接有R， 这是因为集成运放输入级是由差放电路组成，它要求两边的输入回路参数对称。 即，从集成运放反相端和地两点向外看的等效电阻等于反相端

3、和 地两点向外看的等效电阻。这一对称条件， 对于各种晶体管集成运放构成的运算和放大电路是普遍适用的。有时（例高阻型运放）要求不严格。例：试用集成运放实现以下比例运算：AvF=vo/vi=0.5，画出电路原理图，并估算电阻元件的参数值。解：（1）AvF=0.50，即vo与vi同相。可采用同相比例电路。 但由前面分析可知，在典型的同相比例电路中，AvF1，无法实现AvF=0.5的要求。（2）选用两级反相电路串联，则反反得正如图8.7所示。使AvF1=-0.5， AvF2=-1。即可满足题目要求。 电阻元件参数见图8.8。一、加法电路求和电路的输出电压决定于若干个输入电压之和， 一般表达式为 ：vo

4、=k1vs1+k2vs2+.+knvsn下面以图8.9为例推导输出/输入之间的函数关系。 该电路的实质是多端输入的电压并联负反馈电路。根据虚地的概念，即：vI=0vN-vP=0 , iI=0电路特点：在进行电压相加时，能保证各vs 及 vo间有公共的接地端。输出vo分别与各个 vs间的比例系数仅仅取决于Rf与各输入回路的电阻之比，而与其它各路的电阻无关。因此，参数值的调整比较方便。1） 求和电路实际上是利用以及iI=0的原理，通过电流相加（if=i1+i2+）来实现电压相加。此加法器还可扩展到多个输入电压相加。也可利用同相放大器组成。2） 输出端再接一级反相器，则可消去负号，实现符合常规的算术

5、加法。同相放大器可直接得出无负号的求和。但仅在Rn=Rp的严格条件下正确。3） 这个电路的优点是：a.在进行电压相加的同时， 仍能保证各输入电压及输出电压间有公共的接地端。使用方便。b.由于点的隔离作用，输出vo分别与各个vs1间的比例系数仅仅取决于Rf与各相应输入回路的电阻之比， 而与其它各路的电阻无关。二、减法电路电路如图8.10所示，由反相比例电路得：利用差动输入也可以实现减法运算，电路如图8.11所示电路特点:a、只需一只运放,元件少,成本低.b、由于其实际是差动式放大器,电路存在共模电压,应选用KCMR较高的集成运放,才能保证一定的运算精度.c、阻值计算和调整不方便。例1. 试用集成

6、运放实现求和运算。1）vo=-（vs1+10vs2+2vs3）2）vo=1.5vs1-5vs2+0.1vs3解（1）用反相求和电路形式（如图12）解（2）本题要求的运算关系中既有加法又有减法。使用双集成运放的电路如图8.13 vs1、vs3加到A1-组成反相求和电路，使vo1=-（1.5vs1+0.1vs3） 将vo1和vs2加到A2的反相端使: vo=-（vo1+5vs3） =1.5vs1+0.1vs3-5vs2Rf1/R1=1.5 Rf1/R3=0.1选R1=2k,可得：Rf1=3k,R3=30k请证明图8.14所示电路的输出为 该电路称为仪用放大器，其主要特点见P332333三、积分电路

7、积分电路的应用很广，它是模拟电子计算机的基本组成单元。在控制和测量系统中也常常用到积分电路。此外，积分电路还可用于延时和定时。在各种波形（矩形波、锯齿波等）发生电路中，积分电路也是重要的组成部分。电路如图8.15所示。采用什么方法能使vo与vi间成为积分关系呢？首先想到的是利用电容C。因为其中 vc，ic分别为电容两端电压和流过的电流，C为电容容量。所以如果能设法使电路的vo vc,而使viic,则vo与vi间也将成为积分关系。以上的要求可以利用集成运放来实现，电路如图8.14所示。运放的反相端,vN=0, vo=-vc 实现了第一个要求（vovc）；又ic=i1=vs/R 实现了第二个要求（

8、vsic）于是 即=RC 积分电路的时间常数1）以上关系是假设C两端vco=0,若vco0,则2）将积分电路图8.16与反相比例电路比较,可以看出基本积分电路也是在反相比例电路基础上演变而得.（将RF换成C即可）3）如果在积分电路的输入端加上一个阶跃信号则可得到 即vo随时间而直线上升,但增长方向与vs极性相反。增长速度正比于vs（输入电压的幅值）和1/ 。利用积分电路的上述特性，若输入信号是方波,则输出将是三角波。可见积分电路能将方波转换成三角波。当t增加时,|vo|是否增加并趋于无穷？显然不能。 它受到集成运放的最大输出电压vomax的限制，当vo等于正向或负向的最大值后，便达到饱和，不再

9、继续增大。积分电路具有延迟作用。将vo作为电子开关的输入电压,即输出端接一电子开关，当vo=6v时电子开关动作。设vs在t=0,由0变为-3v，则vo随t线性上升。已知:R=10k,C=0.05F,vco=0，请算出vo=6v时所对应的时间T？4）在积分电路输入端加上一个正弦信号,vs=Vmsint,vo比vs领先90,这个相差与无关。但幅度与积分电路的RC、有关，RC、增大,幅度减小。这就是积分电路的移相作用。小结：以上讨论的积分性能，均指理想情况而言。 实际的积分电路不可能是理想的，常常出现积分误差。 主要原因是实际集成运放的输入失调电压、输入偏置电流和失调电流的影响。实际的C存在漏电流等

10、。情况严重时甚至不能正常工作。实际应用时要注意这些问题。例1:一求和-积分电路如图8.17所示。（1）求vo的表达式。 （2）设两个输入信号vs1,vs2皆为阶跃信号如图8.18所示。画出vo的波形。（1）虚断：ic=i1+i2 虚地：（2）由图8.18可得当0t0.5s,vs1=1（v）,vs2=0 当t0.5s时，vs1=1v,vs2=-1v,则其输出波形如图8.19所示。四、微分电路微分是积分的逆运算。只要将积分电路中R与C互换即可，如图8.20所示。讨论: 若vs=k，则vo=0（理想情况） ；若vs是一个直线上升的电压，则vo=-K 。如图8.21所示。例2：用集成运放实现：vo=5（vs1-0.2vs2+3vs3）dt要求各路输入电阻大于100k，选择电路结构形式并确定电路参数值。要求实现的运算关系中包含+、-、运算。 采用两个集成运放结构：如图8.22所示：使vo1=-（vs1+3vs3） 再将vo1和vs2加在A2的反相端， 实现的是求和积分运算，使vo=-5（vo1+0.2vs2）dt 实现本题要求。参数的计算：具体电路如图8.23所示。 第三节实际运算放大器运算电路的误差分析一、共模抑制比KCMR为有限值的情况电路如图8.24所示