模擬電子技術(shù)-L14

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第七章第七章 信號(hào)的運(yùn)算和處理信號(hào)的運(yùn)算和處理 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路 對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路 指數(shù)運(yùn)算電路指數(shù)運(yùn)算電路 利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)乘法、除法利用對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)乘法、除法 運(yùn)算運(yùn)算 模擬乘法器模擬乘法器 乘方運(yùn)算乘方運(yùn)算 除法運(yùn)算除法運(yùn)算 開方運(yùn)算開方運(yùn)算 知識(shí)回顧知識(shí)回顧v對(duì)于加減運(yùn)算電路，輸入信號(hào)分別作用在運(yùn)算放大器的反相對(duì)于加減運(yùn)算電路，輸入信號(hào)分別作用在運(yùn)算放大器的反相輸入端和同相輸入端，分析電路的時(shí)候可以利用疊加原理或者輸入端和同相輸入端，分析電路的時(shí)候可以利用疊加原理或者節(jié)點(diǎn)電流法。節(jié)點(diǎn)電流法。IfOuRRuv反相比例運(yùn)算

2、電路的輸出與輸入的關(guān)系是反相比例運(yùn)算電路的輸出與輸入的關(guān)系是IfO1uRRuv同相比例運(yùn)算電路的輸出與輸入的關(guān)系是同相比例運(yùn)算電路的輸出與輸入的關(guān)系是v節(jié)點(diǎn)電流法：節(jié)點(diǎn)電流法： 列出集成運(yùn)放同相輸入端與反相輸入端及其它關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的列出集成運(yùn)放同相輸入端與反相輸入端及其它關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電流方程，利用虛短和虛斷的概念，求出運(yùn)算關(guān)系；電流方程，利用虛短和虛斷的概念，求出運(yùn)算關(guān)系；v疊加原理：疊加原理： 對(duì)于多信號(hào)輸入的電路，可以首先分別求出每個(gè)輸入電壓對(duì)于多信號(hào)輸入的電路，可以首先分別求出每個(gè)輸入電壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)的輸出電壓，然后將它們相加，就是所有信號(hào)同時(shí)作單獨(dú)作用時(shí)的輸出電壓，然后將它們相加，就是所有信號(hào)

3、同時(shí)作用時(shí)的輸出電壓，也就可以得到輸入電壓與輸出電壓的表達(dá)式。用時(shí)的輸出電壓，也就可以得到輸入電壓與輸出電壓的表達(dá)式。 對(duì)于多級(jí)電路，一般均可將前級(jí)電路看成為恒壓源，故可對(duì)于多級(jí)電路，一般均可將前級(jí)電路看成為恒壓源，故可分別求出各級(jí)電路的運(yùn)算關(guān)系式，然后以前級(jí)的輸出作為后級(jí)的分別求出各級(jí)電路的運(yùn)算關(guān)系式，然后以前級(jí)的輸出作為后級(jí)的輸入，逐級(jí)代入，即可得到整體電路的運(yùn)算表達(dá)式。輸入，逐級(jí)代入，即可得到整體電路的運(yùn)算表達(dá)式。分析和求解運(yùn)算電路的基本方法：分析和求解運(yùn)算電路的基本方法：u1A1A4Ru2A2Ru3A3RuO1. 求輸出電壓的表達(dá)式；求輸出電壓的表達(dá)式；2. 這個(gè)電路實(shí)現(xiàn)了什么運(yùn)算這個(gè)

4、電路實(shí)現(xiàn)了什么運(yùn)算功能？功能？3321Ouuuu) 1(TSUueIi PN結(jié)伏安特性結(jié)伏安特性TSUueIi流過流過PN結(jié)的電流與其兩端的結(jié)的電流與其兩端的電壓成指數(shù)關(guān)系。電壓成指數(shù)關(guān)系。u UT知識(shí)回顧知識(shí)回顧對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路由于由于PN結(jié)的伏安特性具有指數(shù)結(jié)的伏安特性具有指數(shù)規(guī)律，因此可以將二極管或者三規(guī)律，因此可以將二極管或者三極管分別接入集成運(yùn)放的反饋回極管分別接入集成運(yùn)放的反饋回路或者輸入回路就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)路或者輸入回路就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算和指數(shù)運(yùn)算。運(yùn)算和指數(shù)運(yùn)算?！?二極管二極管伏安特性伏安特性” ”iNiPuIRuOANP虛地虛地iRRiDD從電路的設(shè)置上來看，要使電路

5、從電路的設(shè)置上來看，要使電路正常工作，二極管就要導(dǎo)通，那正常工作，二極管就要導(dǎo)通，那么，對(duì)輸入信號(hào)有什么要求？么，對(duì)輸入信號(hào)有什么要求？“ 虛地虛地” ”“ “ 虛斷虛斷”TDSDUueIi SDTDlnIiUu RuiiRID0NPuuRIuUuuSITDOln1. 二極管對(duì)數(shù)運(yùn)算電路uI 0受溫度影響；受溫度影響；對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路由三極管組成的對(duì)數(shù)運(yùn)算電路如由三極管組成的對(duì)數(shù)運(yùn)算電路如圖所示。圖所示。TBESECUueIiiSCTBElnIiUu “ 虛地虛地” ”“ 虛斷虛斷” ”RuiiRICRIuUuuSITBEOln2. 三極管對(duì)數(shù)運(yùn)算電路iNiPuIRuOANPiRRiC

6、T忽略晶體管基區(qū)體電阻壓降，并忽略晶體管基區(qū)體電阻壓降，并認(rèn)為晶體管的共基電路放大系數(shù)認(rèn)為晶體管的共基電路放大系數(shù)a 1，若若uBE UT，則則受溫度影響；受溫度影響；uP2P2對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路3. 集成對(duì)數(shù)運(yùn)算電路借鑒差分電路的基本思想，利借鑒差分電路的基本思想，利用特性相同的兩只晶體管進(jìn)行用特性相同的兩只晶體管進(jìn)行補(bǔ)償，消去補(bǔ)償，消去IS對(duì)運(yùn)算關(guān)系的影對(duì)運(yùn)算關(guān)系的影響，原理如下：響，原理如下：節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)N N1 1處的電流方程：處的電流方程：TBE1S3IIC1RUueIuii3SITBE1lnRIuUu節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)P P2 2處的電流方程：處的電流方程：TBE2SRC2UueIiiSR

7、TBE2lnIIUuu uP2點(diǎn)的電位為：點(diǎn)的電位為：3RITBE1BE2P2lnRIuUuuu u uP2= u uN23RIT52P252oln)1 ()1 (RIuURRuRRu熱敏電阻熱敏電阻uIRtuOA1T1DCA2UREFR5R6R2R2R1T21.寫出輸出輸入關(guān)系式，指出何種電路？寫出輸出輸入關(guān)系式，指出何種電路？2.說明電容說明電容C（幾十幾十pF）、）、二極管二極管D和晶體管和晶體管T2的作用？的作用？A1、A2為理想運(yùn)放，為理想運(yùn)放，T1、T2特性相同，特性相同，已知晶體管已知晶體管TBESCUueIi 0Iu0REFUIREF12T1SIT2SREFTBE1BE2P2l

8、nlnlnuURRURIuURIUUuuu？指數(shù)運(yùn)算電路指數(shù)運(yùn)算電路1. 基本指數(shù)運(yùn)算電路iEuIRuOANPiRRT借鑒積分與微分電路的設(shè)置原借鑒積分與微分電路的設(shè)置原理，如何將對(duì)數(shù)遠(yuǎn)算電路轉(zhuǎn)換理，如何將對(duì)數(shù)遠(yuǎn)算電路轉(zhuǎn)換成指數(shù)運(yùn)算電路？成指數(shù)運(yùn)算電路？N點(diǎn)虛地：點(diǎn)虛地：ReIRiuUuRTISOTITBESSERUuUueIeIii？2. 集成指數(shù)運(yùn)算電路和集成對(duì)數(shù)運(yùn)算電路的設(shè)和集成對(duì)數(shù)運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)相同，利用兩只計(jì)出發(fā)點(diǎn)相同，利用兩只特性對(duì)稱的晶體管和外圍特性對(duì)稱的晶體管和外圍的熱敏電阻，可以消除和的熱敏電阻，可以消除和補(bǔ)償溫度變化的影響。補(bǔ)償溫度變化的影響。指數(shù)運(yùn)算電路指數(shù)運(yùn)算電路

9、uIuoi i c c2 2 uBE2 uE uBE1 (i i c1) uB1 (uI ) uI 分析方法分析方法：uI 表達(dá)式表達(dá)式 ：I313IuRRRuTBE1SREFC1UueIiiT1管集電極電流管集電極電流：E點(diǎn)電位點(diǎn)電位：BE2BE1IEuuuufREFfSfSfC2OTI313TI313T1BET2BEReIReeIReIRiuUuRRRUuRRRUuUu利用指數(shù)和對(duì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)乘法、除法電路利用指數(shù)和對(duì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)乘法、除法電路對(duì)這電路對(duì)這電路做略微的做略微的改動(dòng)，實(shí)改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)除法電現(xiàn)除法電路？路？模擬乘法器及應(yīng)用模擬乘法器及應(yīng)用1. 簡(jiǎn)介模擬乘法器的符號(hào)形式如圖，它有兩個(gè)輸入

10、模擬乘法器的符號(hào)形式如圖，它有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端，輸入輸出之間的關(guān)系為：端，一個(gè)輸出端，輸入輸出之間的關(guān)系為：YXOuuku其中，其中，k為乘積系數(shù)，也稱乘積增益或標(biāo)尺因子。為乘積系數(shù)，也稱乘積增益或標(biāo)尺因子。（1）兩個(gè)輸入端的輸入電阻無窮大；）兩個(gè)輸入端的輸入電阻無窮大；理想乘法器條件：理想乘法器條件：（2）輸出電阻為零；）輸出電阻為零；（3）k值不隨信號(hào)的幅值和頻率而變化；值不隨信號(hào)的幅值和頻率而變化；（4）當(dāng)兩輸入為零時(shí)，輸出為零，電路沒有失調(diào)電壓、電流和噪聲。）當(dāng)兩輸入為零時(shí)，輸出為零，電路沒有失調(diào)電壓、電流和噪聲。由于兩個(gè)輸入信號(hào)的極性有四種可能的組合，如圖所示，因此按照允由于兩

11、個(gè)輸入信號(hào)的極性有四種可能的組合，如圖所示，因此按照允許輸入信號(hào)的極性，模擬乘法器有單象限、兩象限和四象限之分。許輸入信號(hào)的極性，模擬乘法器有單象限、兩象限和四象限之分。模擬乘法器及應(yīng)用模擬乘法器及應(yīng)用2. 乘方運(yùn)算電路（a）2IOuku3I2Ouku（b）（c）4I2OukunmukuIO？tUusin2iItkUtkUu2cos1sin22i22iO模擬乘法器及應(yīng)用模擬乘法器及應(yīng)用2. 高次冪乘方運(yùn)算電路11O1lnukuNkkuuNkku211121O2lnlnkNNkkukuku1313O321模擬乘法器及應(yīng)用模擬乘法器及應(yīng)用3. 除法運(yùn)算電路如圖所示的電路是將一個(gè)乘法器放在如圖所示的

12、電路是將一個(gè)乘法器放在了集成運(yùn)放的反饋通路中，就可以構(gòu)了集成運(yùn)放的反饋通路中，就可以構(gòu)成除法運(yùn)算電路。（積分成除法運(yùn)算電路。（積分微分）微分）前面學(xué)過的知識(shí)可知，運(yùn)算電路中前面學(xué)過的知識(shí)可知，運(yùn)算電路中必須引入負(fù)反饋，所以圖中，當(dāng)必須引入負(fù)反饋，所以圖中，當(dāng)uI10時(shí)，要時(shí)，要uo 0；而而uI1 0。即要求即要求uo 與與uI1反向，反向，所以要所以要uo 與與uo 同相。同相。又由于又由于uo k uouI2 ，所以要求，所以要求uI2與與k同符號(hào)。同符號(hào)。由理想運(yùn)放特性可得：由理想運(yùn)放特性可得：2oI22o1I1RukuRuRuI2I112ouukRRu此電路為幾象限的除法運(yùn)算電路此電路為幾象限的除法運(yùn)算電路？模擬乘法器及應(yīng)用模擬乘法器及應(yīng)用4. 開方運(yùn)算電路若將乘方運(yùn)算電路作為運(yùn)放的負(fù)反若將乘方運(yùn)算電路作為運(yùn)放的負(fù)反饋通路，就構(gòu)成了開方運(yùn)算電路。饋通路，就構(gòu)成了開方運(yùn)算電路。由圖所示，根據(jù)理想運(yùn)放特性由圖所示，根據(jù)理想運(yùn)放特性：2o1IRuRu2oI12oukuRRu1I2okRuRu按照上述思路，若將按照上述思路，若將3次方電路作為集次方電路作為集成運(yùn)放的負(fù)反饋通路，就可以實(shí)現(xiàn)立成運(yùn)放的負(fù)反饋通路，就可以實(shí)現(xiàn)立方根運(yùn)算電路，如圖。方根運(yùn)算電路，如圖。若需要實(shí)現(xiàn)高次根的運(yùn)算，能否用此若需要實(shí)現(xiàn)高次根