第七章集成運(yùn)算放大電路的應(yīng)用電路

1、 第七章第七章 集成運(yùn)算放大電路的應(yīng)用集成運(yùn)算放大電路的應(yīng)用7.1 7.1 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器 本章本章主要講述理想集成運(yùn)放的特主要講述理想集成運(yùn)放的特點(diǎn)、基本運(yùn)算電路。點(diǎn)、基本運(yùn)算電路。重點(diǎn)掌握理想集重點(diǎn)掌握理想集成運(yùn)放的特點(diǎn)及成運(yùn)放的特點(diǎn)及“虛短虛短”、“虛斷虛斷”的概念，并能應(yīng)用這兩個(gè)基本概念分的概念，并能應(yīng)用這兩個(gè)基本概念分析基本運(yùn)算電路；析基本運(yùn)算電路；內(nèi)容簡(jiǎn)介1. 理想集成運(yùn)放工作在線性工作區(qū)時(shí)所具理想集成運(yùn)放工作在線性工作區(qū)時(shí)所具有的兩個(gè)重要特點(diǎn)：有的兩個(gè)重要特點(diǎn)：2. 疊加定理疊加定理（之所以可以用它，是因?yàn)楸菊拢ㄖ钥梢杂盟?，是因?yàn)楸菊掠懻摰膬?nèi)容都是線性的）。討論

2、的內(nèi)容都是線性的）。 虛短：虛短：vP=vN 虛斷：虛斷：iP=iN0 滿足下列參數(shù)指標(biāo)的運(yùn)算放大器可以視為理想運(yùn)算放大器。滿足下列參數(shù)指標(biāo)的運(yùn)算放大器可以視為理想運(yùn)算放大器。 1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Avd= ，實(shí)際上，實(shí)際上Avd80dB即可。即可。 一、理想運(yùn)放的性能指標(biāo)一、理想運(yùn)放的性能指標(biāo) 2.差模輸入電阻差模輸入電阻Rid= ，實(shí)際上，實(shí)際上Rid比輸入端外電路的電阻比輸入端外電路的電阻大大23個(gè)量級(jí)即可。個(gè)量級(jí)即可。 3.輸出電阻輸出電阻Ro=0，實(shí)際上，實(shí)際上Ro比輸入端外電路的電阻小比輸入端外電路的電阻小12個(gè)量級(jí)即可。個(gè)量級(jí)即可。 5.帶寬足夠?qū)?，上限?/p>

3、止頻率帶寬足夠?qū)?，上限截止頻率 fH= 。 4.共模抑制比足夠大，共模抑制比足夠大，KCMR = 。 實(shí)際上在做一般原理性分析時(shí)，產(chǎn)品運(yùn)算放大器都可以視實(shí)際上在做一般原理性分析時(shí)，產(chǎn)品運(yùn)算放大器都可以視為理想的。只要實(shí)際的運(yùn)用條件不使運(yùn)算放大器的某個(gè)技術(shù)指為理想的。只要實(shí)際的運(yùn)用條件不使運(yùn)算放大器的某個(gè)技術(shù)指標(biāo)明顯下降即可。標(biāo)明顯下降即可。 6.失調(diào)電壓、失調(diào)電流和溫漂均為零，且無任何內(nèi)部噪聲失調(diào)電壓、失調(diào)電流和溫漂均為零，且無任何內(nèi)部噪聲 。 實(shí)際集成運(yùn)放的特性很接近理想集成運(yùn)放，我們僅僅實(shí)際集成運(yùn)放的特性很接近理想集成運(yùn)放，我們僅僅在進(jìn)行誤差分析時(shí)，才考慮理想化后造成的影響，一般工在進(jìn)行誤

4、差分析時(shí)，才考慮理想化后造成的影響，一般工程計(jì)算其影響可以忽略。程計(jì)算其影響可以忽略。集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性 在線性區(qū)：在線性區(qū)：uOAod(uPuN)， Aod是開環(huán)差模放大倍數(shù)。是開環(huán)差模放大倍數(shù)。 由于由于Aod高達(dá)幾十萬倍，所以集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的最大高達(dá)幾十萬倍，所以集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的最大輸入電壓輸入電壓(uPuN)的數(shù)值僅為幾十一百多的數(shù)值僅為幾十一百多V。當(dāng)其大于此值時(shí)，。當(dāng)其大于此值時(shí)，集成運(yùn)放的輸出不是集成運(yùn)放的輸出不是UOM , 就是就是UOM ，即集成運(yùn)放工作在非線，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。性區(qū)。 7-1 7-1 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放

5、大器1. 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Aod=104Ui1mV時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。Aod越大，線性區(qū)越小，越大，線性區(qū)越小，當(dāng)當(dāng)Aod 時(shí)，線性區(qū)時(shí)，線性區(qū)0VVuuA+io+0uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV線性區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)+10V-10V+Uom-Uom0uoui 7-1 7-1 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器2.2.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) Aod=差模輸入電阻差模輸入電阻 Rid=輸出電阻輸出電阻 Ro=0為了擴(kuò)大

6、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. 3. 線性區(qū)線性區(qū)uu+A+RiiRuu+ffoi114. 4. 非線性區(qū)（正、負(fù)飽和狀態(tài)）非線性區(qū)（正、負(fù)飽和狀態(tài)）運(yùn)放工作在非線性區(qū)的條件：運(yùn)放工作在非線性區(qū)的條件：電路開環(huán)工作或引入正反饋！電路開環(huán)工作或引入正反饋！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VVuuA

7、+io+10V-10V+Uom-Uom0uoui理想集成運(yùn)放工作于線性區(qū)理想集成運(yùn)放工作于線性區(qū) 理想運(yùn)放工作于線性區(qū)：理想運(yùn)放工作于線性區(qū)：)(uuAuodo “虛短虛短”：運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電位運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電位“無無窮窮”接近，好象短路一樣，但卻不是真正的短路。接近，好象短路一樣，但卻不是真正的短路。uuuuuAood故所以，為有限值而, 0)(, A - - + u+ uo u- i+ i- 0,Riiuuuiid所以，為有限值因?yàn)?“虛斷虛斷”：運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電流趨于運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電流趨于0，好象斷路一樣，但卻不是真正的斷路

8、。，好象斷路一樣，但卻不是真正的斷路。 理想運(yùn)放工作于線性區(qū)，因其放理想運(yùn)放工作于線性區(qū)，因其放大倍數(shù)趨于無窮大，所以在輸入端大倍數(shù)趨于無窮大，所以在輸入端只要加一個(gè)非無窮小的電壓，其輸只要加一個(gè)非無窮小的電壓，其輸出就會(huì)超出其線性工作區(qū)，因此，出就會(huì)超出其線性工作區(qū)，因此，只有電路引入負(fù)反饋，才能使其工只有電路引入負(fù)反饋，才能使其工作于線性區(qū)。作于線性區(qū)。 i- A - - + u+ uo u- i+ 反饋網(wǎng)絡(luò) 理想集成運(yùn)放工作于非線性區(qū)理想集成運(yùn)放工作于非線性區(qū) 電路中沒有引入負(fù)反饋或引入的電路中沒有引入負(fù)反饋或引入的是正反饋，理想運(yùn)放工作于非線性是正反饋，理想運(yùn)放工作于非線性區(qū)。區(qū)。因其

9、放大倍數(shù)趨于無窮大，所因其放大倍數(shù)趨于無窮大，所以輸出電壓只有兩種可能：以輸出電壓只有兩種可能：uuUuuUuoOMOM-0,Riiid所以，因?yàn)?uo -UOM UOM u+- u- O 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 積分微分運(yùn)算電路積分微分運(yùn)算電路 對(duì)數(shù)指數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)指數(shù)運(yùn)算電路 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路 7-2 7-2 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路：比例運(yùn)算電路：將輸入信號(hào)按比例放大的電路。將輸入信號(hào)按比例放大的電路。分類：分類：按輸入信號(hào)按輸入信號(hào)加入不同的加入不同的輸入端分輸入端分反向比例電路反向比例電路同相比例電路同相比例電路差動(dòng)比例電路差動(dòng)比例電路比例放大電路是集成運(yùn)算放大

10、電路的三比例放大電路是集成運(yùn)算放大電路的三種主要放大形式種主要放大形式uu+A+RiiRuu+ffoi11反相比例運(yùn)算反相比例運(yùn)算虛地點(diǎn)虛地點(diǎn)i1=if （虛斷）（虛斷）因?yàn)橛胸?fù)反饋，因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷利用虛短和虛斷u+ =0 u=u+=0（虛地）（虛地）反饋組態(tài)：反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù):1fioRRuuAfo1iRuRu 返回返回 7-2 7-2 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路（一）比例運(yùn)算電路（一）比例運(yùn)算電路(1) 反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路_+ + RFR1RuiuoiIiFi-i+虛地點(diǎn)虛地點(diǎn)iI=iF+ i-=iF , i- =0

11、i+ =0u+ =0 u=u+=0平衡電阻平衡電阻( (使輸入端使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相對(duì)地的靜態(tài)電阻相等等):R):R=R=R1 1/R/RF F2o1iRuRu F電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù):1F10ufRRuuA反相比例運(yùn)算放大器反相比例運(yùn)算放大器輸入電阻輸入電阻Ri=R1輸入電阻輸入電阻(小小):uo_+ + RFR1RPuiiIiFi-i+反饋電阻反饋電阻 運(yùn)算放大器輸入端無共模信號(hào)運(yùn)算放大器輸入端無共模信號(hào) 運(yùn)算電路輸入電阻較小運(yùn)算電路輸入電阻較小_+ + RFR1R0uiuoiIiFi-i+例題例題1. R1=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :u

12、o ， R0應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？說明說明R0的作用？的作用？Auf= -（RF/R1）=-20/10= - 2uo= Auf ui=(-2)(-1)=2VR0 =R1/RF=10/20=6.7 k 特點(diǎn)：特點(diǎn)：共模輸入電壓共模輸入電壓=0（u=u+=0）缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：輸入電阻小（輸入電阻?。?Ri=R1） R0為平衡電阻為平衡電阻(使輸使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等相等):R0=R1/Rfuu+A+RiiRuu+ffoi110R210201fuRRAV2) 1)(2(iuouAu1iRR 7-2 7-2 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路采用采用T T型反饋網(wǎng)絡(luò)的反相比例電路型反饋網(wǎng)絡(luò)的反相

13、比例電路目的：在高比例系數(shù)時(shí)，避免目的：在高比例系數(shù)時(shí)，避免R1阻阻值太小，使輸入電阻太小。值太小，使輸入電阻太小。112Ruiii 3322RiRi 又又1322323RuRRiRRii 44220RiRiu )/1(342142RRRRRRAu 分析：分析：u+=u-=0（虛短）（虛短） i1=i2 （虛斷）（虛斷）uu+A+oi1R2R4RR31ii24ii343221)(RiiRRui 4132121)(RRuRRRuRRuiii (2) 同相比例運(yùn)算放大器同相比例運(yùn)算放大器u-= u+= uii+ =0i- =0_+ + RFR1RuiuoiFi1Auf=1+RFR1iF=i1R=R

14、R=R1 1/R/RF F1FRuRuuiioiouRRu)1 (1F同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路u-= u+= uii1=if （虛斷）（虛斷）平衡電阻平衡電阻R=Rf/R1foi1i0RuuRu 因?yàn)橛胸?fù)反饋，因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷利用虛短和虛斷反饋方式：反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋uu+A+ouu+fiRf1iR1Ri特點(diǎn)：特點(diǎn)：輸入電阻高輸入電阻高缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：共模輸入電壓共模輸入電壓0（u=u+=ui）電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù):1fio1RRuuA同相比例運(yùn)算放大器同相比例運(yùn)算放大器輸入電阻：輸入電阻：_+ + RFRfRPuiuo 運(yùn)算放大器輸入端有共模信號(hào)運(yùn)算放

15、大器輸入端有共模信號(hào) 運(yùn)算電路輸入電阻很大運(yùn)算電路輸入電阻很大Ri=輸入電阻輸入電阻(大大):_+ + RFRfRPuiuoAuf=1+RFRf當(dāng)當(dāng)RF=0時(shí)時(shí),Auf=1uo=ui(3) 電壓跟隨器電壓跟隨器此電路輸入電阻此電路輸入電阻大，輸出電阻小，大，輸出電阻小，在電路中作用與分在電路中作用與分離元件的射極輸出離元件的射極輸出器相同，但是電壓器相同，但是電壓跟隨性能好。跟隨性能好。Au=1電壓跟隨器電壓跟隨器此電路是同相比此電路是同相比例運(yùn)算的特殊情況例運(yùn)算的特殊情況，輸入電阻大，輸，輸入電阻大，輸出電阻小。出電阻小。在電路在電路中作用與分立元件中作用與分立元件的射極輸出器相同的射極輸出

16、器相同，但是電壓跟隨性，但是電壓跟隨性能好。能好。uuo+uA+uiui=u+= u-= uo因?yàn)橛胸?fù)反饋，因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷：利用虛短和虛斷：_+ + RFR1RuiuoiFi1例題例題2. R1=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo ，R應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？uo= Auf ui=(3)(-1)=-3VR=R1/RF =10/20=6.7 k Auf=1+ =1+20/10=3RFR1反相加法器反相加法器若若R1 =R2 =R, 平衡電阻平衡電阻R0= R1/ R2/Rf0 uui1 + i2= ifuuu0u2RAfofRi2+i+i2uR+

17、i1Ri11虛地虛地fo2i21i1RuRuRu )(i22fi11fouRRuRRu )(i2i1fouuRRu 7-2 7-2 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路（二）加、減運(yùn)算電路（二）加、減運(yùn)算電路1. 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路(1) 反相求和運(yùn)算：反相求和運(yùn)算：_+ + RFR1R2ui2uoRui1i1i2iF虛地虛地uo =-(ui1 R1 RF +ui2 R2 RF )若若R1 =R2 =R, uo = -(ui1 R RF +ui2 )取取R = R1/ R2/RFuo_+ + RFR1Rui0uu i+ =0i- =0,i1 + i2= iFui1 R1 =ui2 R2 +-uo R

18、F (2) 同相求和運(yùn)算：同相求和運(yùn)算：Auf= RFR11+uo = Auf u+ =( )( + ) RFR11+R2 R1 + R2 ui1R1 R1 + R2 ui2取取R1/R2=RF/R當(dāng)當(dāng)R1 = R2 時(shí)時(shí), uo = ( )(ui1 + ui2)RFR11+12RRF+u i1uoR1R2ui2-u+ _+ + RFR1Ruiuo同相求和運(yùn)算同相求和運(yùn)算當(dāng)當(dāng)R1 = R2 = Rf = R時(shí)時(shí), uuuuRi1RRf+i1A+ofiu+i2R12uu+A+ouu+fifRRRii112i2111i212)()(uRRRuRRRu )()(1(2i2111i212fouRRRu

19、RRRRRuAuu 2ioi1uuu 同相比例運(yùn)算同相比例運(yùn)算:ifo)1 (uRRu2. 減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路（1 1）利用加法器和反相比例器）利用加法器和反相比例器)(i22fi11fuRRuRRuo i11fi22fi22fi11f)(uRRuRRuRRuRRuo uuu0fuuRi1RRoiA+1+R2fAR+uu+Ri2uOA/2R疊加原理疊加原理（2 2）差動(dòng)減法器）差動(dòng)減法器 ui1作用作用i11fuRRuo ui2作用作用i22331f)1(uRRRRRuo 綜合：綜合：i22331fi11f)1(uRRRRRuRRuo uuui1+f+R3uAuRoR1+R2i2uuuu

20、3Rf+i1+12RRoARuuuR+ufA+o1RR2i2R+3uuui1+f+R3uAuRoR1+R2i2)(i1i21fuuRRuo則有：則有：231fRRRR 若若差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器_+ + RFR1R1ui1uoRFui2)(211FiiouuRRui+ =0i- =0ui1RF R1 + RF u+ =u- = u+ u- =uo R1 + ui2 RFR1 + RF uo R1 + ui2 RF R1 + RF ui1RF R1 + RF =例題例題3. R1=10k , R2=20k , , ui 1=-1V=-1V， ui 2=1V =1V 。求求: :uo uo_+ +

21、R2R1R1R2ui1_+ + ui2_+ + R2R1RPuo= (uo2- uo1)=(20/10)3-(-1) =8VR2R1uo1= ui1=-1Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3V單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521R/R/RR/R/RR2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6)(4433643RuRuR/R/Ruiiuu52211RuuRuuRuuoii虛短路虛短路虛開路虛

22、開路虛開路虛開路)()111(44332211552122115RuRuRuRuRuRRRRuRuRuiiiiiio643521R/R/RR/R/R例例4：設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路，：設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路， RF=240k ，使使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3解解:(1) 畫電路。畫電路。系數(shù)為負(fù)的信系數(shù)為負(fù)的信號(hào)從反相端輸號(hào)從反相端輸入，系數(shù)為正入，系數(shù)為正的信號(hào)從同相的信號(hào)從同相端輸入。端輸入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3(2) 求各電阻值。求各電阻值。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3FRRRRR/3421)(332211RuRuRuRuiiiFo

23、k240FRuo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3k241Rk302Rk123Rk804R優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：元件少，成本低。元件少，成本低。)(443322115RuRuRuRuRuiiiio缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：要求要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的調(diào)整計(jì)算不。阻值的調(diào)整計(jì)算不方便。方便。單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路改進(jìn)：改進(jìn)：采用雙運(yùn)放電路。采用雙運(yùn)放電路。雙運(yùn)放的加減運(yùn)算電路雙運(yùn)放的加減運(yùn)算電路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R625461213FFR/R/RR,R/R/RR)(221111RuRuRuiiFo53221141253412

24、)()(RuRuRuRRRRuRuRuiiiFFioFoRuii 虛地虛地tiCuud1CCO 1. 積分電路積分電路（三）（三） 積分和微分運(yùn)算電路積分和微分運(yùn)算電路tuRCd1i uu+oiiAC+iR1RCuC 反相積分運(yùn)算反相積分運(yùn)算Ruii1 dtduCioC dtuRC1uioC1ii i1iCu i-+RRCuoucuc = -uoi+ =0i- =0,iC =Cducdt-CduodtuiR=u-= u+= 0如果如果u i=直流電壓直流電壓,輸出將反輸出將反相積分，經(jīng)過一定的時(shí)間后相積分，經(jīng)過一定的時(shí)間后輸出飽和。輸出飽和。tui0tuo0-UomTM積分時(shí)間積分時(shí)間設(shè)設(shè)Uo

25、m=15V,ui=+3V, R=10k ,C=1 FtuRCud1io tuRCi1 求積到飽和值的時(shí)間：求積到飽和值的時(shí)間：MiOM1TuRCU s05. 0iOMM uRCUT反相積分器：反相積分器：練習(xí)練習(xí): : 畫出在給定輸入波形作用下積分器畫出在給定輸入波形作用下積分器的輸出波形。的輸出波形。uu+oiA+iR1RCiCCutui0212345tuo0-2-4-6應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出是三角波。輸入方波，輸出是三角波。tui0tuo0uu+oiA+iR1RCiCCu1) 輸入為階躍信號(hào)時(shí)的輸出電壓波形？輸入為階躍信號(hào)時(shí)的輸出電壓波形？2) 輸入為方波時(shí)的輸出電壓波形？輸入

26、為方波時(shí)的輸出電壓波形？3) 輸入為正弦波時(shí)的輸出電壓波形？輸入為正弦波時(shí)的輸出電壓波形？波形變換波形變換移相移相線性積分線性積分應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：2. 微分電路微分電路u-= u+= 0Riu OdtduCiiC Cii dtduRCuio uuo1CRAi+R+iiC微分運(yùn)算：微分運(yùn)算：u-= u+= 0RuioRdtduCiiCRCii dtduRCuio u i+uoRRiCiRCi- =0tui0tuo0tsinui 例例5：求求uo。dtduRCuio u i+uoRR2iCiRC90tRCuo cos )90sin( tRC )90sin( tRC tRCuo cos tui0

27、tuo0tsinui 例：例：求求uo。dtduRCuio 90uuo1CRAi+R+iiCDOuu Ruiii dTD/SDeuuIi SdTDlnIiuu （一）（一） 對(duì)數(shù)電路對(duì)數(shù)電路SiTSdTlnlnRIuuIiu 利用利用PN結(jié)的指數(shù)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算結(jié)的指數(shù)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算uuD+A+idRi1ioR返回返回對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路BJT的發(fā)射結(jié)有的發(fā)射結(jié)有BEOuu 注意：注意：ui必須大于必須大于零，電路的輸出電零，電路的輸出電壓小于壓小于0.7V利用虛短和虛斷，有利用虛短和虛斷，有RuiiiC TBETBEe)e (SSECuuuuIIii RIuuSiTln

28、 用三極管實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算用三極管實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算SCTBElnIiuu SCTlnIiu uu+1+AoTiRiic 對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路RiiRudO （二）反對(duì)數(shù)（指數(shù)）電路（二）反對(duì)數(shù)（指數(shù)）電路T/SieuuRI Ti1SlnuuRI uuD+A+iRRdoiiuO是是ui的反對(duì)數(shù)運(yùn)算（指數(shù)運(yùn)算）的反對(duì)數(shù)運(yùn)算（指數(shù)運(yùn)算）用三極管實(shí)現(xiàn)反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路用三極管實(shí)現(xiàn)反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路BEiuu 利用虛短和虛斷，電路有利用虛短和虛斷，電路有要求要求V7 . 0BEi uuTieSOuuRIu RiuFO TBEeSEFuuIii 以上兩個(gè)電路溫漂很嚴(yán)重，實(shí)際電路都有溫度補(bǔ)償電路以上兩個(gè)電路溫漂很嚴(yán)重，

29、實(shí)際電路都有溫度補(bǔ)償電路uu+TA+R4iifieo指數(shù)運(yùn)算電路指數(shù)運(yùn)算電路以上兩個(gè)電路溫以上兩個(gè)電路溫漂很嚴(yán)重，實(shí)際漂很嚴(yán)重，實(shí)際電路都有溫度補(bǔ)電路都有溫度補(bǔ)償電路償電路指數(shù)運(yùn)算電路相當(dāng)反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路。指數(shù)運(yùn)算電路相當(dāng)反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路。運(yùn)算電路要求運(yùn)算電路要求1.熟記前熟記前8種基本運(yùn)算電路的電路圖及放種基本運(yùn)算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。大倍數(shù)公式。2. 以上基本運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)后輸出的計(jì)算。以上基本運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)后輸出的計(jì)算。3. 會(huì)用會(huì)用 i- =0, i+ =0, u+ = u- 分析給定運(yùn)算分析給定運(yùn)算電路的電路的 放大倍數(shù)。放大倍數(shù)。數(shù)據(jù)放大器（三運(yùn)放電路）數(shù)據(jù)放大器（三運(yùn)放電路）+A1

30、-+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+R1R1-+A3R2R2uo+WbaW2o1oRuuRR2uu W2i1iRuu 1o2ouu)uu(RRR21i2iWW +A1_+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+三運(yùn)放電路三運(yùn)放電路(續(xù)續(xù))i1-i2-i+ =0i- =0,u-= u+1iauu 2ibuu ,R、RW、R三個(gè)電阻可視為串聯(lián)三個(gè)電阻可視為串聯(lián) 1o2ouu)uu(RRR21i2iWW 三運(yùn)放電路三運(yùn)放電路(續(xù)續(xù))uoR1R1+A3R2R2uo1uo2+A1_+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+)uu(RRu1o2o12o )uu(RRR2RR1i2iWW12

31、uo=三運(yùn)放電路是差動(dòng)放大器，放大倍數(shù)三運(yùn)放電路是差動(dòng)放大器，放大倍數(shù)可調(diào)?？烧{(diào)。由于輸入均在同相端，此電路的輸入由于輸入均在同相端，此電路的輸入電阻高。電阻高。三運(yùn)放電路的特點(diǎn)三運(yùn)放電路的特點(diǎn)例例6:由三運(yùn)放放大器組成的溫度測(cè)量電路由三運(yùn)放放大器組成的溫度測(cè)量電路uoR1R1+A3R2R2+A1_+A2RRRW+U=+5VRRRRtui ui =Rt - R2(Rt+R)URt 熱敏電阻熱敏電阻)uu(RRR2RR1i2iWW12 uo= ui=)uu(RRR2RR1i2iWW12 Rt - R2(Rt+R)URt=f(TC)集成化集成化:儀表放大器儀表放大器例例7. 求電壓放大倍數(shù)求電壓放

32、大倍數(shù)Au=uo/ui 。i+ =0i- =0,u-= u+=0_+ + RFR1RPuiuoi1iFi-i+R2R3i2 i3uFi1 =iF = i2 +i3uiR1-uFRF=-uFRFuF -uoR2uFR3+uo = - ui R1RF + R2 +RF R2R3R1RF + R2 +RF R2R3Au= RP=R1/(RF + R2 /R3)例例8. A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為變換器要求其輸入電壓的幅度為0+5V，現(xiàn)，現(xiàn)有信號(hào)變化范圍為有信號(hào)變化范圍為-5V+5V。試設(shè)計(jì)一電平抬高電路，。試設(shè)計(jì)一電平抬高電路，將其變化范圍變?yōu)閷⑵渥兓秶優(yōu)?+5V。+5V-5V+5V+2

33、.5V電平抬高電路電平抬高電路A/D計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)uiuouo = (ui /2)+2.5 V例例8 (續(xù)續(xù))uo = (ui /2)+2.5 V = (ui +5) /2 _+ + 10k 20k +5V5k ui20k uo1uo_+ + 20k 20k 10k uo1=-(10/20)(ui+5)=- (ui+5)/2uo=-(20/20)uo1=- uo1 =(ui+5)/2 將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一參考電壓參考電壓相比較，輸出一定的相比較，輸出一定的高低電平。高低電平。功能：功能：構(gòu)成：構(gòu)成：運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)

34、，輸出與輸入的關(guān)系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。是非線性函數(shù)。uuu-+ui+OA+uoui0+UOM-UOM返回返回（一）電壓比較器（一）電壓比較器 7-3 7-3 非正弦波產(chǎn)生電路非正弦波產(chǎn)生電路v運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法v運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的分析方法： 若若U+U- 則則UO=+UOM； 若若U+U- 則則UO=-UOM。 虛斷（運(yùn)放輸入端電流虛斷（運(yùn)放輸入端電流=0） 注意：此時(shí)不能用虛短！注意：此時(shí)不能用虛短！u

35、uu-+ui+OA+uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM（1 1）過零比較器）過零比較器（門限電平（門限電平=0=0）uoui0+UOM-UOM1.1. 單門限電壓比較器單門限電壓比較器uuu-+ui+OA+uu-u+iOu+Atuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。uuu-+ui+OA+（2 2）單門限比較器（與參考電壓比較）單門限比較器（與參考電壓比較）uoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓為參考電壓當(dāng)當(dāng)ui UREF時(shí)時(shí) , uo = +Uom當(dāng)當(dāng)ui UREF時(shí)時(shí) , uo = -Uom 運(yùn)放

36、處于運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)開環(huán)狀態(tài)uuU+i-uuAOREFuoui0+Uom-UomUREF當(dāng)當(dāng)ui UREF時(shí)時(shí) , uo = -Uom 若若ui從反相端輸入從反相端輸入uuu-+ui+OA+uoui0+UZ-UZ（A A）用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓）用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓忽略了忽略了UD（3 3）限幅電路）限幅電路使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值uuZ+O+-AuZ+DuRi當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = +UZ當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = -UZ當(dāng)當(dāng)ui 0時(shí)時(shí) , uo = +UZ 2.2. 遲滯比較器遲滯比較器（1 1）工作原理）工作原理兩個(gè)門限電壓。兩個(gè)門限電壓。特點(diǎn)特點(diǎn)

37、:電路中使用正反饋電路中使用正反饋運(yùn)放工作在非線性區(qū)。運(yùn)放工作在非線性區(qū)。（A A）當(dāng)）當(dāng)u uo o =+ =+U UZ Z時(shí)，時(shí)，（B B）當(dāng)）當(dāng)uo =-Uuo =-UZ Z時(shí)，時(shí)，REFZURRRURRRUu2ff2f2T REFZURRRURRRUuf2ff22T UT+稱稱上門限電壓上門限電壓UT-稱稱下門限電壓下門限電壓UT+- UT-稱為回差稱為回差電壓電壓uuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R2（2 2）遲滯比較器的電壓傳輸特性：）遲滯比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設(shè)設(shè)ui , 當(dāng)當(dāng)ui = UT+時(shí)時(shí), uo從從+UZ -UZuuuA+R

38、-Zu+DO+fuRZiREFR1R2例題：例題：Rf=10k ，R2=10k ，UZ=6V， UREF=10V。當(dāng)輸入當(dāng)輸入ui為如圖所示的波形時(shí)，畫為如圖所示的波形時(shí)，畫 出輸出出輸出uo的波形。的波形。上下限：上下限：V82ff2f2T RZURRRURRRUV32ff2f2T RZURRRURRRUuoui08V3V傳輸特性傳輸特性+6V-6VuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R23V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性傳輸特性+6V-6VuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R21. 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)由滯回比較電路和由滯回比較電路和RC定時(shí)電路

39、構(gòu)成定時(shí)電路構(gòu)成ZURRRUf11T ZURRRUf11T 上下限上下限:（二）方波產(chǎn)生電路（二）方波產(chǎn)生電路u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC2.2. 工作原理工作原理(1) 設(shè)設(shè) uo = + UZ , 此時(shí)，此時(shí)，uO給給C 充電充電, uc ，則：則：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦一旦 uc UT+ , 就有就有 u- u+ , uo 立即由立即由UZ變成變成UZ 。在在 uc UT+ 時(shí)，時(shí)，u- u+ , 設(shè)設(shè)uC初始值初始值uC(0+)= 0方波發(fā)生器方波發(fā)生器uo保持保持+UZ不變不變+UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC此時(shí)，此時(shí)，C向向

40、u uO O放電放電, ,再反向充電再反向充電(2) 當(dāng)當(dāng)uo = -UZ 時(shí)，時(shí)， u+=UT-uc達(dá)到達(dá)到UT-時(shí)，時(shí)，uo上跳。上跳。UT+uctUT-當(dāng)當(dāng)uo 重新回到重新回到UZ 后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化-UZu+A+-u+u1RfRZRZDORCuC0UT+uctUT-+UZuo0t - UZT完整的波形：完整的波形：計(jì)算振蕩周期計(jì)算振蕩周期T。u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC周期與頻率的計(jì)算：周期與頻率的計(jì)算：0 UT+uct UT- +UZ -UZT1T2TT= T1 + T2 =2 T2 uc(t)=UC ( )+ UC (0

41、+) -UC ( ) e , =RC-t T2階段階段uc(t)的過渡過程方程為的過渡過程方程為:)21ln(2f1RRRCT f = 1/T可推出可推出:u+A+-u+u1RfRZRZDORCuC3.3. 占空比可調(diào)的方波發(fā)生器占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t- UZ改變電位器改變電位器 RW 的滑動(dòng)端，就改變了沖放電的滑動(dòng)端，就改變了沖放電的時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。的時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。u+A+-u+u1RfRZRZD1D2DORWRCuC（三）三角波和鋸齒波產(chǎn)生電路（三）三角波和鋸齒波產(chǎn)生電路電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器電路結(jié)構(gòu)：遲滯比較器+反相積分器反相積分器1. 三角波發(fā)生

42、器三角波發(fā)生器u+R+A1+RZ-2ZDu4Ro2+R1R35RCuuo1A2工作原理工作原理：若若uo1=+UZ， uo2， u+ 。)(0dt12o01o42o uuCRut2o2121o211uRRRuRRRu 當(dāng)當(dāng)u+ 0時(shí)，時(shí)， uo1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為-UZ。若若uo1=-UZ， uo2， u+ 。 當(dāng)當(dāng)u+ 0時(shí)，時(shí)， uo1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為+UZ。2. 鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器改變積分器的正反向充改變積分器的正反向充電時(shí)間常數(shù)電時(shí)間常數(shù)uZo1Ro23Zu+RR5+Du4uRA1-R+1A2+2C+RD6Ruo1=+UZ，D截止，截止，充電時(shí)間常充電時(shí)間常數(shù)：數(shù)：R4C。uo1=-UZ，

43、D導(dǎo)通，導(dǎo)通，充電時(shí)間常充電時(shí)間常數(shù)：數(shù)：(R6R4)C。+UZuo10t - UZ R6R40UT+uctUT-+UZuo0t - UZT完整的波形：完整的波形：計(jì)算振蕩周期計(jì)算振蕩周期T。u+A+-u+u1RfRZRZDORCuCEWB演示演示方波發(fā)生器方波發(fā)生器周期與頻率的計(jì)算：周期與頻率的計(jì)算：0 UT+uct UT- +UZ -UZT1T2TT= T1 + T2 =2 T2 uc(t)=UC ( )+ UC (0+) -UC ( ) e , =RC-t T2階段階段uc(t)的過渡過程方程為的過渡過程方程為:)21ln(2f1RRRCT f = 1/T可推出可推出:u+A+-u+u1

44、RfRZRZDORCuC3 3、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器、占空比可調(diào)的方波發(fā)生器UZuo0t- UZ 改變電位器改變電位器 RW 的滑動(dòng)端，就改變了沖放電的的滑動(dòng)端，就改變了沖放電的時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。時(shí)間，從而使方波的占空比可調(diào)。u+A+-u+u1RfRZRZD1D2DORWRCuC一、濾波器的作用一、濾波器的作用 濾波器的作用和分類濾波器的作用和分類濾波器：濾波器：使有用頻率信號(hào)順利通過使有用頻率信號(hào)順利通過同時(shí)同時(shí)抑制無用頻率信號(hào)抑制無用頻率信號(hào)的電路的電路濾波器濾波器無源濾波器（由無源濾波器（由R、L、C等元件組成）等元件組成）有源濾波器（由運(yùn)放、有源濾波器（由運(yùn)放、R、C等元

45、件組成）等元件組成） 7-4 7-4 有有 源源 濾濾 波波 器器有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。放大器。濾波器的功能：濾波器的功能：對(duì)頻率進(jìn)行選擇對(duì)頻率進(jìn)行選擇, ,過濾掉噪聲和過濾掉噪聲和干擾信號(hào)，保留下有用信號(hào)。干擾信號(hào)，保留下有用信號(hào)。 濾波器的分類：濾波器的分類：低通濾波器（低通濾波器（LPFLPF）；高通濾波器（）；高通濾波器（HPFHPF）帶通濾波器（帶通濾波器（BPFBPF）；帶阻濾波器（）；帶阻濾波器（BEFBEF）返回返回 7-4 7-4 有有 源源 濾濾 波波 器器二、有源濾波器的分類二、有源濾波器的分類 c 低通低通uA0A阻帶阻帶通帶通帶高通高通uA0Ac 通帶通帶阻帶阻帶0 帶阻帶阻uA0A 1 2 阻帶阻帶 通帶通帶通帶通帶1 帶通帶通uA0A 0 2 阻帶阻帶通帶通帶阻帶阻帶|A|0C通帶通帶阻帶阻帶A0|A|0CA0通帶通帶阻帶阻帶|A|0C1A0阻阻阻阻C2通通|A|0C1A0阻阻C2通通通通各種濾波器理想的幅頻特性：各種濾波器理想的幅頻特性：（1）低通）低通（2）高通）高通（3）帶通）帶通（4）帶阻）帶阻 濾波器的用途濾波器的用途濾波器主要用來濾除信號(hào)中無用的頻率成分，濾波器主要用來濾除信號(hào)中無