第六章 模擬信號運(yùn)算電路

第六章模擬信號運(yùn)算電路理想運(yùn)放的概念比例運(yùn)算電路積分和微分電路求和電路6.1理想運(yùn)算放大器的概念1.理想運(yùn)算放大器Auo

，rid，ro0，KCMR2.電壓傳輸特性uo=f(ui)線性區(qū)：uo

=Aod(u+–u–)非線性區(qū)：u+>u–

時(shí)，uo=+Uopp

u+<u–

時(shí)，uo=–Uopp

+Uopp

u+–u–

uo–Uopp線性區(qū)理想特性實(shí)際特性uo+u+u––飽和區(qū)O6.1.1集成運(yùn)放的兩種工作狀態(tài)及相應(yīng)結(jié)論因?yàn)閡o

=Aod(u+–

u–

)所以(1)差模輸入電壓約等于0

即u+=u–

,稱“虛短”

(2)輸入電流約等于0

即i+=i–0,稱“虛斷”

電壓傳輸特性

Auo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須加負(fù)反饋才能使其工作于線性區(qū)。++∞uou–u+i+i––

u+–u–

uo線性區(qū)–Uopp+UoppO

(3)反相端有輸入，同相端接地，即u–

＝

u+=0

,稱“虛地”理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)（閉環(huán)工作）理想運(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)(開環(huán)工作）(1)輸出只有兩種可能,+Uopp或–Uopp(2)i+=i–0,仍存在“虛斷”現(xiàn)象電壓傳輸特性當(dāng)u+>u–

時(shí)，uo=+Uopp

u+<u–

時(shí)，uo=–Uopp

不存在“虛短”現(xiàn)象

u+–u–

uo–Uopp+UoppO飽和區(qū)例：計(jì)算電路的電壓輸出表達(dá)式uo+ui–R1R2Rfi1ifi≈0當(dāng)運(yùn)放滿足在線性區(qū)工作時(shí)（1）由“虛斷”有i≈0，所以i1＝if（2）由“虛短”有u-=u+=ui，所以因?yàn)閕1＝if6.2

用集成運(yùn)放構(gòu)成放大器集成運(yùn)算放大器與外部電阻、電容、半導(dǎo)體器件等構(gòu)成閉環(huán)電路后，能對各種模擬信號進(jìn)行比例、加法、減法、微分、積分、對數(shù)、反對數(shù)、乘法和除法等運(yùn)算。運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，通常要引入深度負(fù)反饋。所以，它的輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系基本決定于反饋電路和輸入電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)關(guān)系不大。改變輸入電路和反饋電路的結(jié)構(gòu)形式，就可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)算。6.2.1比例運(yùn)算1.

反相比例運(yùn)算器（1）電路組成（2）電壓放大倍數(shù)因虛短,

所以u–=u+=0，稱反相輸入端“虛地”—反相輸入的重要特點(diǎn)因虛斷，i+=i–=0

，

ifi1i–i+uoRFuiR2R1++–所以i1if

因要求靜態(tài)時(shí)u+、u–

對地電阻相同，所以平衡電阻R2=R1//RF結(jié)論：①Auf為負(fù)值，即uo與ui

極性相反。因?yàn)閡i加在反相輸入端。②Auf

只與外部電阻R1、RF

有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無關(guān)。③|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。④因u–=u+=0，所以反相輸入端“虛地”。2.同相比例運(yùn)算電壓放大倍數(shù)因虛短，所以

u–=ui

，反相輸入端不“虛地”

uoRFuiR2R1++–結(jié)論：①Auf為正值，即

uo與ui

極性相同。因?yàn)閡i加在同相輸入端。②Auf只與外部電阻R1、RF有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無關(guān)。③Auf≥1，不能小于1。④u–=u+

≠0，反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。（3）差分比例運(yùn)算電路uo+ui2–R1R2Rfi1ifi－≈0R3ui1i＋≈0例：計(jì)算如圖所示電路的輸入輸出關(guān)系uo+ui2–R1R2Rfi1ifi≈0ui1+–uo1uo+uo2–R3R7R4i3i4i≈0R8uo1+ui2–R1R2R6R5ui1+–ui+-+-+-例：計(jì)算如圖所示電路的輸入輸出關(guān)系6.3用集成運(yùn)放構(gòu)成信號運(yùn)算電路uo+ui2–R11R12Rfi11ifi－≈0R3ui1i126.3.1用反相比例運(yùn)算電路構(gòu)成加法器1.輸入電阻低；2.共模電壓低；3.當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對其它路無影響；反相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：6.3.2用同相比例運(yùn)算電路構(gòu)成加法器uo+ui2–2RRfifi－≈0ui14R4R2Ri1同相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：1.輸入電阻高；2.共模電壓高；3.當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對其它路有影響；例：計(jì)算如圖所示電路的輸入輸出關(guān)系uo+ui2–R210KΩi1ifi≈0ui1+–uo110KΩ10KΩ10KΩ20KΩ20KΩ20KΩ40KΩ40KΩui3R1R2R3R4R5R6R7Rf1Rf2ifi1uoCFuiR2R1++–uC+–6.3.3用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)信號的微分與積分積分運(yùn)算電路uitO積分飽和線性積分時(shí)間–UoppuotO+Uoppui=Ui

>0

ui=–Ui

<0

采用集成運(yùn)算放大器組成的積分電路，由于充電電流基本上是恒定的，故uo是時(shí)間t的一次函數(shù)，從而提高了它的線性度。輸出電壓隨時(shí)間線性變化Ui–Ui當(dāng)輸入信號ui

為直流信號Ui

時(shí)積分運(yùn)算電路的應(yīng)用正弦波移相時(shí)間延遲將方波信號變換為三角波

將比例運(yùn)算和積分運(yùn)算結(jié)合在一起，就組成比例-積分運(yùn)算電路。uoCFuiR2R1++–RFifi1這種運(yùn)算器又稱PI調(diào)節(jié)器,常用于控制系統(tǒng)中,以保證自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。改變RF和CF，可調(diào)整比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù),以滿足控制系統(tǒng)的要求。+–微分運(yùn)算電路ifi1uoC1uiR2RF++–uitOuotOUi–Ui+–比例-微分運(yùn)算電路控制系統(tǒng)中，P