西安交大模電課件第6章集成運(yùn)算放大器組成的放大電路

1、上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6.1 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路 6.1.1 加法運(yùn)算加法運(yùn)算 1反相輸入加法電路反相輸入加法電路 6 集成運(yùn)算放大器組成的運(yùn)算電路集成運(yùn)算放大器組成的運(yùn)算電路 運(yùn)放工作于線性狀態(tài)運(yùn)放工作于線性狀態(tài)電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋由兩個(gè)分析依據(jù)由兩個(gè)分析依據(jù)“虛短虛短”“虛斷虛斷”b2A+I1uI2uOuFR1R2R3R3i1i2ib1上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) I22F1I1FOuRRuRRu1I111bI11RuRuui 321iii 0b2b1 uu其中其中FOFO1b3RuRuui 2I221bI22Ru

2、Ruui 故有故有2I211IFORuRuRu b2A+I1uI2uOuFR1R2R3R3i1i2ib1上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2同相輸入加法電路同相輸入加法電路 運(yùn)放工作于線性狀態(tài)運(yùn)放工作于線性狀態(tài)電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋根據(jù)兩個(gè)分析依據(jù)根據(jù)兩個(gè)分析依據(jù)“虛短虛短”“虛斷虛斷”F1ii b2b1uu 由圖可知由圖可知其中其中1b11Rui Fb1OfRuui b11FO)1(uRRu 故故A+b1b2I1uI2uOuFR1R2R3RFi1i上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)b21F1OuRRRu I2322I1323b2uRRRuRR

3、Ru 3231KRRR 3222KRRR b11FO)1(uRRu 同相端電壓同相端電壓 I22I111FKK1uuRR b11F1uRRR 式中式中A+b1b2I1uI2uOuFR1R2R3RFi1i上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6.1.2 減法運(yùn)算減法運(yùn)算運(yùn)放工作于線性狀態(tài)運(yùn)放工作于線性狀態(tài)電壓負(fù)反饋電壓負(fù)反饋根據(jù)疊加原理根據(jù)疊加原理減法運(yùn)算器減法運(yùn)算器反相比例器反相比例器同相比例器同相比例器分解分解A+I1uI2uOub1b24R3R2R1R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)+ +同相比例同相比例A+I1uI2uOu b1b24R3R2R1

4、R等效等效反相比例反相比例2RA+I1uI2uOu b1b24R3R1RA+I1uI2uOub1b24R3R2R1R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)I112OuRRu 2I43412O1uRRRRRu 2RA+I1uI2uOu b1b24R3R1RA+I1uI2uOu b1b24R3R2R1R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)31RR 42RR 如果如果如果如果21RR I1I2Ouuu 則則 I1I212OuuRRu 則則OOOuuu I112uRR I2434121uRRRRR 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)ii C由

5、圖可知由圖可知tuCiddCC 其中其中COuu 故故6.1.3 積分運(yùn)算積分運(yùn)算RuiI OCuu dtiCC1dtuRC I1CA+iIuOuCiCuR+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) tdtuRCu0IO1omU輸入階躍電壓輸入階躍電壓tRCU tUdtRC01t0Ou輸出電壓輸出電壓隨時(shí)間線隨時(shí)間線性下降性下降運(yùn)放的最大輸出電壓運(yùn)放的最大輸出電壓輸出飽和輸出飽和t0IuU上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)t0IuU輸入電壓輸入電壓t0OuMUMU omMUU 輸出電壓輸出電壓上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RuiO

6、F tuRCuddIO 故故CFii 6.1.4 微分運(yùn)算微分運(yùn)算 由圖可知由圖可知tuCtuCiddddICC 其中其中CA+iFIuOuCiCuR+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)微分電路的階躍響應(yīng)微分電路的階躍響應(yīng) Ut0Iutou0輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)t0IuU輸入電壓輸入電壓輸出電壓輸出電壓t0Ou上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6.2.1 對數(shù)運(yùn)算對數(shù)運(yùn)算 CIii 6.2 對數(shù)和反對數(shù)運(yùn)算電路對數(shù)和反對數(shù)運(yùn)算電路由圖可知由圖可知RuiII RIuUusIOlnT 故

7、故)0(I uTBE/SUueI )1(TBE/SEC UueIiiR+ATIuOuCiEiIi+BEuT選用選用PNP型型當(dāng)當(dāng)uI0時(shí)時(shí)上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)FORiu 故故IBEuu TUueIi/SEBE 6.2.2 反對數(shù)運(yùn)算反對數(shù)運(yùn)算FEii 由圖可知由圖可知TUueRI/SI RT+AOuIuEiFib1b2上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)YXOuKuu 6.3 模擬乘法器及其應(yīng)用模擬乘法器及其應(yīng)用乘法器符號乘法器符號實(shí)現(xiàn)的功能實(shí)現(xiàn)的功能KOuXuYu上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1 1對數(shù)乘法器對

8、數(shù)乘法器 知知 可利用對數(shù)電路、加法電路和反對數(shù)電路實(shí)現(xiàn)可利用對數(shù)電路、加法電路和反對數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的乘法運(yùn)算功能。的乘法運(yùn)算功能。 21KKK 式中式中YXOuKuu YXlnuKue 6.3.1 乘法器的工作原理乘法器的工作原理 由由Y2X1lnlnuKuKe 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)Y2X1lnlnYXOuKuKeuKuu 原理框圖原理框圖對數(shù)運(yùn)算對數(shù)運(yùn)算XlnuYlnuYXlnuuYXuKuXuYu對數(shù)運(yùn)算對數(shù)運(yùn)算加法加法運(yùn)算運(yùn)算反對數(shù)運(yùn)算反對數(shù)運(yùn)算上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2S2YO2lnRIuUuT O445O135O3uR

9、RuRRu TUueRIuO36S3O 1S1XO1lnRIuUuT 對數(shù)乘法運(yùn)算電路對數(shù)乘法運(yùn)算電路R1+A1T1XuO1uR2+A2T2YuO2uR4+A3O3uR3R6+A4T4OuR5上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2. 變跨導(dǎo)式乘法器變跨導(dǎo)式乘法器RT1T2T3T4+_+A_XuYuOu2R2R1R1RO1uCRC3iCCV E1iCRRi上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)在圖示電路中在圖示電路中XbeCo1urRu XCmuRg 因?yàn)橐驗(yàn)閑bm rg E1T)1(iU TE1Ui RT1T2T3T4+_XuYuO1uCRC3iCCV E

10、1iCRRi上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2C3E1ii TC3TE1m2UiUig 則則因因T3、T4構(gòu)成鏡象電流源構(gòu)成鏡象電流源RC3ii RUuiBE3YR 當(dāng)當(dāng)BE3YUu 時(shí)時(shí)RuiYR RT1T2T3T4+_XuYuO1uCRC3iCCV E1iCRRi上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)YXYXCT1O)21(uuKuuRRUu 由以上各式得由以上各式得RURKTC2 式中式中RT1T2T3T4+_XuYuO1uCRC3iCCV E1iCRRi上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1OC12OuRRRu YXC12u

11、uKRRR YXuKu 接入差分比接入差分比例電路例電路RT1T2T3T4+_+A_XuYuOu2R2R1R1RO1uCRC3iCCV E1iCRRi上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1. 平方運(yùn)算電路平方運(yùn)算電路 2IOKuu 6.3.2 乘法器應(yīng)用電路乘法器應(yīng)用電路KOuIu上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2 開平方運(yùn)算電路開平方運(yùn)算電路 由圖可知由圖可知2OO1Kuu RuRuIO1 KuuIO 故故)0(I uK+A1OuR OuIuRR上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 3. 除法運(yùn)算電路除法運(yùn)算電路 由圖可知由圖可

12、知I2OO1uKuu 1I12O1RuRu I2I112OuuKRRu 故故K+A1OuR OuI1u1R2RI2u上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4. 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 音頻信號音頻信號tUussscos2 載波信號載波信號tUuccccos2 幅度調(diào)制原理框圖幅度調(diào)制原理框圖 濾波器濾波器帶帶 通通KOusuO1ucu上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)輸出信號輸出信號tUKUu)cos(scsco sc1OuKuu ttUKU)cos()cos(scscsc 濾除單邊帶信號濾除單邊帶信號濾波器濾波器帶帶 通通KOusuO1ucu上頁上頁下頁

13、下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)幅度解調(diào)原理框圖幅度解調(diào)原理框圖tUuccccos2 載波信號載波信號tUu)cos(2scii 調(diào)幅信號調(diào)幅信號載波信號載波信號調(diào)幅信號調(diào)幅信號音頻信號音頻信號濾波器濾波器低低 通通KOuO1ucuiu上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) ttUKUu)2cos(cosscsicO1 tUKUusicOcos 輸出信號信號輸出信號信號濾除高頻信號濾除高頻信號載波信號載波信號調(diào)幅信號調(diào)幅信號音頻信號音頻信號濾波器濾波器低低 通通KOuO1ucuiu上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 6.4.1 選型選型 專專

14、用用型型類類 型型特特 點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)應(yīng) 用用 場場 合合 通用型通用型種類多，價(jià)格便宜種類多，價(jià)格便宜一般測量、運(yùn)算電路一般測量、運(yùn)算電路低功耗型低功耗型功耗低功耗低遙感、遙測電路遙感、遙測電路高精度型高精度型型型測量精度高、零漂小測量精度高、零漂小毫伏級或更低微弱毫伏級或更低微弱信號測量信號測量高輸入阻高輸入阻抗型抗型Rid對被測信號影響小對被測信號影響小生物醫(yī)電信號提取、生物醫(yī)電信號提取、放大放大高速寬帶高速寬帶型型帶寬高、轉(zhuǎn)換速率高帶寬高、轉(zhuǎn)換速率高視頻放大或高頻振視頻放大或高頻振蕩電路蕩電路高壓型高壓型電源電壓電源電壓48V300V高輸出電壓和大輸高輸出電壓和大輸出功率出功率集成運(yùn)放及其特性

15、簡表集成運(yùn)放及其特性簡表 6.4 集成運(yùn)算放大器使用中的幾個(gè)問題集成運(yùn)算放大器使用中的幾個(gè)問題 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 6.4.2 調(diào)零調(diào)零 常用的調(diào)零電路常用的調(diào)零電路帶調(diào)零引出端帶調(diào)零引出端2315476R 2R1RCCV CCV wROuA741無調(diào)零端無調(diào)零端LM 324R Ou2R1R3R4RCCV CCV wR上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6.4.4 保護(hù)保護(hù)1輸入保護(hù)輸入保護(hù) 6.4.3 消振消振自激振蕩的原因自激振蕩的原因運(yùn)放的增益高運(yùn)放的增益高存在寄生電容存在寄生電容加入消振電容加入消振電容消振的措施：消振的措施：保

16、護(hù)電路保護(hù)電路R+Ab1b21D2DOuIuRu上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 2. 輸出保護(hù)輸出保護(hù)保護(hù)電路保護(hù)電路+AFRzDIuOu2R1R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例例1 用理想集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)算關(guān)系，并畫出用理想集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)算關(guān)系，并畫出電路圖。要求所用的運(yùn)算放大器為三個(gè)，元件的取值電路圖。要求所用的運(yùn)算放大器為三個(gè)，元件的取值范圍為范圍為：M1k1 RF1 Cdtuuuu i3i2i1o32練習(xí)題練習(xí)題解：根據(jù)題意，將要求實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)算關(guān)系變形為解：根據(jù)題意，將要求實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)算關(guān)系變形為)(32i3i2i1odtuuuu 那么式那么式dtu i3可以用積分器來實(shí)現(xiàn)?？梢杂梅e分器來實(shí)現(xiàn)。上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)式式可