模电课件基本运算电路.ppt

8 1比例运算电路8 2加法运算电路8 3减法运算电路8 4积分和微分运算电路 8 1基本运算电路 理想集成运算放大器 一 理想集成运放的技术参数二 理想集成运放工作在线性区时的特点三 理想集成运放工作在非线性区时的特点 满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器 1 差模电压放大倍数Avd 实际上Avd 80dB即可 一 理想集成运放的技术参数 2 差模输入电阻Rid 实际上Rid比输入端外电路的电阻大2 3个量级即可 3 输出电阻Ro 0 实际上Ro比输入端外电路的电阻小1 2个量级即可 4 带宽足够宽 5 共模抑制比足够大 实际上在做一般原理性分析时 产品运算放大器都可以视为理想的 只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可 工作在线性区的理想集成运放具有 虚短 和 虚断 的特性 这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用 为了保证线性运用 运放必须在闭环 负反馈 下工作 二 理想集成运放工作在线性区的特点 1 虚短由于运放的电压放大倍数很大 一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上 而运放的输出电压是有限的 一般在10V 14V 因此运放的差模输入电压不足1mV 两输入端近似等电位 相当于 短路 开环电压放大倍数越大 两输入端的电位越接近相等 虚短 是指在分析运算放大器处于线性状态时 可把两输入端视为等电位 这一特性称为虚假短路 简称虚短 显然不能将两输入端真正短路 2 虚断由于运放的差模输入电阻很大 一般通用型运算放大器的输入电阻都在1M 以上 因此流入运放输入端的电流往往不足1 A 远小于输入端外电路的电流 故通常可把运放的两输入端视为开路 且输入电阻越大 两输入端越接近开路 虚断 是指在分析运放处于线性状态时 可以把两输入端视为等效开路 这一特性称为虚假开路 简称虚断 显然不能将两输入端真正断路 三 理想集成运放工作在非线性区的特点 工作在非线性区的理想集成运放也有两个重要特点 1 理想运放的输出电压uO的取值只有两种可能 2 理想集成运放的输入电流等于零 8 1比例运算电路 8 1 1反相比例运算电路8 1 2同相比例运算电路 8 1 1反相比例运算电路 图8 1反相比例运算电路 虚断Ii If 电压放大倍数 电路特点 输入 输出电压反相 由于虚地 净输入端无共模信号 因此运算精度高 但输入电阻小 Ri Vi Ii R1 R 称为平衡电阻 R R1 Rf R1 Rf时 电路称为反相器 虚短V V 且V V 0 虚地 8 1 2同相比例运算电路 根据虚短得V V 整理得 电路特点 输入 输出电压同相 净输入端有共模信号 因此运算精度略低 但输入电阻 当R1 或Rf 0 电路成为电压跟随器 图8 2同相比例运算电路 电压放大倍数 V Vi 电压跟随器的作用 无电压跟随器时 负载上得到的电压为 接电压跟随器时 由于有 ip 0 vp vs 根据虚短和虚断有 vo vn vp vs 8 1 3差动比例电路 图8 5双端输入求差运算电路 因为u u 所以 整理得 若取Rf R1 R R2则有 若继续有 则 即四个电阻相等 若R 例题2 3 1 2 3 2 2 3 3 2 4 1 求图8 7所示仪表放大器的输出表达式 并分析R1的作用 解 vs1和vs2为差模输入信号 vo1和vo2也是A3的差模信号 R1的中点为交流零电位 图8 7数据放大器原理图 仪表放大器 所以 显然调节R1可以改变放大器的增益 产品数据放大器 如AD624等 R1有引线连出 同时有一组R1接成分压器形式 可选择连线接成多种R1的阻值 差分式的电路结构有效抑制共模干扰 差模增益较高 Ri 2 4 2仪用放大器 1 反相求和电路 在反相比例运算电路的基础上 增加一个输入支路 就构成了反相求和电路 见图8 3 此时两个输入信号电压产生的电流都流向Rf 所以输出是两输入信号的比例和 图8 3反相求和运算电路 8 2加法运算电路 2 同相求和电路 在同相比例运算电路的基础上 增加一个输入支路 就构成了同相求和电路 如图8 4所示 图8 4同相求和运算电路 因运放具有虚断的特性 对运放同相输入端的电位可用叠加原理求得 由此可得出 8 3减法运算电路 1 单运放减法运算电路 因为u u 所以 整理得 若取R Rf R1 R2则有 2 具有高输入电阻的双运放减法运算电路 当R12R11 Rf1Rf2时 电路可抑制共模分量 若取R12 Rf1 R11 Rf2 则有 代数求和电路的常用形式 8 2积分和微分运算电路 8 2 1积分运算电路 8 2 2微分运算电路 8 2 1积分运算电路 积分运算电路的分析方法与求和电路差不多 反相积分运算电路如图8 8所示 图8 8积分运算电路 当输入信号是阶跃直流电压VI时 即 图8 8积分运算放大电路 动画8 1 例8 2 画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形 a 阶跃输入信号 b 方波输入信号 注意当输入信号在某一个时间段等于零时 积分器的输出是不变的 保持前一个时间段的最终数值 因为虚地的原因 积分电阻R两端无电位差 因此C不能放电 故输出电压保持不变 8 2 2微分运算电路 微分运算电路如图8 10所示 图8 10微分运算放大电路 当ui由0变为1 瞬间dt趋于0 所以uo趋于无穷 但由于输出电压有限 随时间增加 电容充电 输出电压逐渐降为零 增加R1限制噪声和突变的输入电压形成的过大的输入电流 增加并联Cf 使RfCf R1C1 进行相位补偿 达到稳定工作目的