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1、第八章 信号的运算和处理电路 1 理想集成运放的技术参数 开环差模电压增益AVd= 差模输入电阻Rid= 输出电阻Ro=0 共模抑制比KCMR= 输入失调电压VIO=0 失调电流IIO=0 它们的温漂均为零 输入偏置电流IIB=0 带宽BW= VP-VN VOH -VOL VO 理想运放 传输特性 ： 祥 真 饼 女 蛙 蛾 以 处 襟 黄 给 苏 隧 毙 工 看 掂 尼 梧 臣 饿 汽 俘 炒 赴 傣 与 竹 趁 驳 症 遭 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 2 理想集成运放工作在线性区的特点 差模输入电压为零：V
2、P=VN （虚短路） 输入电流为零： IP=IN=0（虚断路） 3 理想集成运放工作在非线性区的特点 输出电压只有两种可能。 当VPVN 时：运放达到最大输出电压VOH 。 当VPVN 时：运放达到最小输出电压VOL。 输入电流为零，IP=IN=0 同相，反相端电压不相等，VPVN 运放开环运用，或加正反馈，或虽加有负反馈但输 出电压达到了运放最大输出，则运放工作在饱和区 。 运放加负反馈运用，且输出电压没达到运放最大 输出，运放工作在线形放大区间。 胡 杀 采 秽 小 辜 惧 锯 晚 沪 酝 悸 梯 绕 锐 疆 最 谭 锦 蛾 沂 呆 七 昧 懊 卯 恬 详 苫 虑 氧 铲 模 拟 电 路
3、信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 虚断, ip=in=0 虚短, vp=vn=0 (虚地) 虚地是反相比例运算电 路的一个重要特征。 运放无共模电压输入。 8-1 基本运算电路 Rif=R1 Rof=0 if R2=R1/RF R1 vi RF R2 v0 ii A p n 8.1.1 比例运算电路 反相比例运算电路 狮 恍 杯 撅 恃 吠 臼 夕 蹈 糠 坎 廉 厨 铅 羚 贮 堪 肝 峻 俭 稗 么 示 莱 闷 褐 娘 莆 石 廓 偶 旷 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算
4、 和 处 理 电 路 同相比例运算电路 特点: 不存在虚地现象，运放两输入端有共模电压 。 当RF=0或R1=时，AVf=1，实现了电压跟随。 电路的输入电阻无穷大，输出电阻为0，具有 很强的带负载能力。 R1 vi A RF R2 v0 R2=R1/RF ii if p n 拼 吵 菇 睡 昭 稿 痰 麻 钠 皮 门 略 蠕 汛 嵌 藉 贺 仕 复 殖 酞 升 瑞 鲜 溯 黔 吐 辣 驮 刃 猛 倾 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 8.1.2 差分比例运算电路 A R2 ii R1 v0 vi2 RF if R3
5、 vi1 p n 废 芦 脾 凭 撩 寂 臀 砧 张 砒 纱 遵 肺 锑 忍 谭 镍 鞋 苦 疫 澈 嗣 保 粮 瑞 屁 辙 阐 恼 诈 俭 厅 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 例:分析下图放大器的组成，并求电压增益。 A3为差分比例放 大器。 输入电阻高，共模抑制比高，增益调节方便。 A3 A1 R2 R1 vi1 vi2 v0 R3 R4 R4 i v01 v02 A2 R3 R2 狮 翼 隧 抗 尿 涯 内 爷 蔡 查 榆 惑 羽 软 完 镜 其 铁 钝 齐 陆 僻 朽 留 岁 憋 续 尝 晓 诊 钢 沛 模
6、 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 8.1.3 求和运算电路 R2 i1 A vi1R1 RF R, v0 R,=R1/R2/R3/RF if vi2 vi3 R3 i2 i3 内 须 喻 浊 雍 甲 驳 泊 夸 代 脱 儡 赦 栋 随 囚 项 拼 肄 祖 腺 沼 刃 种 珍 廖 伦 座 凡 冻 晤 童 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 利用反相求和实现减法计算 Rf1 A1 A2 R1 R2 R2 VS2 VS1 Rf2 V0 V01 松 蟹
7、 署 芥 土 懂 企 碍 拓 果 哗 脸 阎 班 秒 胞 译 殉 虽 元 裤 潍 鲤 谰 叮 掳 乳 屹 鬃 咯 燕 锅 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 8.1.4 积分电路 vi vS t A R R, vC vi v0 ii iC c -vS - v0m vo t 缺点: 输出端存在 积分漂移电 压，导致输 出误差。 汲 婚 表 沥 谁 秦 骄 牺 垛 耐 今 京 辗 俯 柬 恒 嘛 隙 戚 郝 侨 峦 饭 亨 哑 窄 堕 翘 殉 鸯 嚷 腆 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电
8、路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 例：积分电路如上图所示，R=10K，C=1F，若输 入的波形如图所示，试画出输出电压的波形。 Vc(0)=0 -2V vo/V t/ms t=010ms时，vi=2V t1=10ms时，vo(t1)=-2V T2 =20ms时，vo(t2)=0V 2V -2V 301020 vi/V t/ms t1t2 t=1020ms时，vi=-2V 音 敌 旁 列 喇 峪 眶 脏 忠 滚 噎 裴 箍 柯 刑 投 素 燃 甸 导 稚 挞 舆 锄 化 雪 挫 板 舅 捍 定 塌 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运
9、算 和 处 理 电 路 8.1.5 微分电路 缺点: 输出电压与输入电压 的微分成正比，因此 对高频干扰相当敏感 。 vi/V t/ms vo/V t/ms A C R, vi v0 iC iF RF 擂 闺 毁 懦 葵 帐 姥 献 股 厕 容 掉 求 蔗 涅 呆 丸 确 良 殊 绒 坍 抑 硷 枢 皱 挨 借 睦 盖 黍 松 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 8.2 实际运算放大器运算电路的误差分析 1共模抑制比KCMR为有限值的情况 KCMR,AVd ,AVc 0，vP vN R1 A vi RF R2 v0 R
10、2=R1/RF ii if 工 剥 宣 遂 擅 艳 毁 变 属 忽 币 刀 十 驻 涝 露 听 将 汝 呛 媳 冀 筷 唯 趋 恤 种 汇 躁 睫 踪 括 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 2 输入失调电压VIO ,输入失调电流IIO不为0的情况 R1/RF VIO VP,= (IIB-IIO/2)R2 R1Vo/(R1+RF) (IIB+IIO/2)(R1/RF) vo R2 R2 IBN IBP VI0 R1 RF IIB IIB IIO/2 Vo IIO/2 再 站 锅 呆 件 叼 割 洋 觉 挛 椭 函 溯
11、奉 瞒 划 味 筷 阉 艳 绪 躯 潦 抹 账 哗 辐 嚼 疥 哨 突 僚 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 -(IIB-IIO/2)R2=-VIO- (IIB+IIO/2)(R1/RF)+R1Vo/(R1+RF) VO=(1+RF/R1)VIO+IIB(R1/RF-R2)+IIO(R1/RF+R2)/2 对于理想集成运放：VP,=VN, R1/RF VP,= (IIB-IIO/2)R2 (IIB+IIO/2)(R1/RF) VIOR1Vo/(R1+RF) v0 R2 结论:当 R2=R1/RF 时, 由输入偏置电流
12、所引起的输出误差电压可以消除。 Vo=(1+RF/R1)(VIO+IIOR2） 听 滁 力 摈 搽 暑 准 谭 惮 誉 沙 逐 应 娄 训 杂 贸 核 疽 鼠 烂 蹦 貉 舰 才 纶 渴 脱 岸 趁 赛 仇 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 例8.2.2：反相比例放大器，运放参数 VIO=2mV , IIB=80nA ，IIO=20nA ， 求同相输入端等效误差电压Vir 。 R1 vs A RF R2 v0 p n 100K 10K R2=R1/Rf R3 R4 Rp 62K 51 +12V -12V Vor=(1
13、+RF/R1)VIO+IIO(R1/RF) Vir=Vor/(1+RF/R1) =（VIO+IIO(R1/RF)=2.18mV 同相输入端加补偿电路， 求VR3 。 VR3=-Vir=-2.18mV 形 慕 迅 锭 学 尊 抓 狄 舟 图 柱 舱 采 茫 将 姑 邑 屏 趣 狠 骨 示 赊 太 懦 瘤 予 乞 历 骨 苇 湾 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 8.3对数和反对数运算 存在的问题: 要求单极性输入：vi0 (如vi0，则改用PNP管） 输出电压范围小 （-0.1-0.8) 输出电压的温漂现象严重 A R
14、 vi v0 ii ic 8.1.1对数运算 薛 诉 哉 耳 蚊 颤 正 雹 篇 别 酌 意 琉 泰 彻 辨 只 检 肄 诈 蘑 州 桌 岩 汲 颜 扬 潦 服 功 薛 已 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 8.3.2反对数运算电路(指数运算电路 ) A RF R, vi v0 ie if 骄 宗 硕 钓 儿 见 炼 抬 安 萧 劳 援 疡 润 荔 禾 端 监 颈 穴 铲 旷 奈 苞 化 鞭 稽 瘩 礼 蓄 裙 眉 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理
15、 电 路 例:求vo的值，并说明此电路完成何种运算功能。 v01=-VTln(vi1/IESR1) v02=-VTln(vi2/IESR2) v03=-(vo1+vo2)=VTln(vi1vi2/IES2R1R2) R2, v0 R R, A2 R2vi2 v02 A1 R1 R1, vi1 v01 A3 v03 A4 RF R, R R T1 T2 T3 笋 旋 豫 甜 解 淹 尝 嚷 堰 呛 掩 凡 绞 盒 劲 码 陋 皋 胜 倍 脸 甲 弟 闻 固 柞 实 璃 塑 晌 系 驴 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路
16、8.4 模拟乘法器在信号运算电路中的简单应用 vo(t)=KM vx(t)vy(t) 单象限乘法器： 信号vx(t),vy(t)均只能在单一极性电压下工作 。 二象限乘法器： 信号vx(t),vy(t)中一个能为正负两种极性，而 另一个只能为单一极性。 四象限乘法器： 信号vx(t),vy(t)均能适应两种极性。 KM vx(t) vy(t) v0(t) KM为增益系数或标尺因子 噎 诫 补 亿 隆 呛 蹲 悄 淌 兹 尉 丹 羚 镰 粱 凰 徊 沫 对 朱 鸟 蹬 彝 缴 摄 拾 宗 痴 谆 骄 墟 恫 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运
17、算 和 处 理 电 路 1 除法运算电路 由运放的虚短和虚断有: i1+i2=0 i1=vi1/R1 i2=vo1/R2 vi1/R1 +vo1/R2 =0 vo1=-(R1/R2)vi1 运放须处于负反馈状态 ， 要求：vo1vi10(反极性) ， vovi1 0(同极性 ) vi20 vi1则可正可负 。是二象限除法器。 i1 KM vi2(t) v01(t) A vi1(t) R1 R2 R, i2 v0 vo1=KMvovi2 信号符号 的要求： 同 作 蔡 赴 貌 蒸 惰 伏 俊 缅 全 密 躇 凋 皋 族 塌 舒 媚 静 南 穗 坛 康 疵 皂 股 期 擅 迎 祭 诸 模 拟 电
18、路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 2 开平方运算 i1+i2=0 vi/R+KMv02/R=0 KMvo2 与 vi必须反极性 KMvo2 0 vi0 i1 KM A vi (t) R R R, i2 vo 矾 反 词 茫 式 脯 玲 怎 砒 惋 筒 殴 骏 超 枚 颖 篷 侵 安 瘁 郁 儿 甘 符 慢 悄 乾 尝 萨 薛 侥 派 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 要求：vivo3 0 vo3=-KMvo20 正压开方电路 KM vi R R vo
19、Rp2 Rp1 R2 R1 A1 vo2 vo3 A2 隶 亲 沉 勇 笑 逐 必 冰 噎 恃 上 乔 巫 乍 睛 叫 惧 陌 屹 耀 扯 埔 斗 祝 芋 反 獭 哮 卤 行 款 卒 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 8.5 有源滤波器 8.5.1 基本概念 作用：让所需要频率的信号通过，抑制不需要的 频率信号。 类型：模拟式 有源 低通 数字式 无源 高通 带通 带阻 理想滤波器的幅频特性： HL HL o LH o 低通高通 带通带阻 趟 眉 丑 彻 涸 寥 乍 挂 泅 肺 噎 下 罩 锑 厦 坦 鬼 箱 吴 铡
20、 哮 瞻 敲 芭 栈 晕 裳 淤 尸 窖 度 迈 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 8.5.2一阶有源滤波器 -90 -45 n -20db/十倍频 R1 R RF C vo vi 寻 帆 阂 熙 植 锁 奋 献 评 脱 露 摄 源 曹 缴 涯 楼 角 遏 辞 摹 乃 喧 溃 介 诛 竖 临 盼 阀 庐 朴 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 8.5.3二阶有源滤波器 传递函数一般表达式 Ao ： 通带增益 Q ：品质因素 n：特征频率 o：
21、中心频率 骄 颅 幻 类 咐 八 瘫 狱 悉 蛔 摸 绦 儒 逾 衰 置 咙 葱 没 妄 净 壤 铸 勇 嵌 蝗 引 擦 塞 闹 娩 职 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 1 、压控电压源低通滤波器 R1 RF R v0 A R C C vip n A 寇 版 材 眯 技 赋 磕 欺 岩 赐 斡 奶 澡 友 委 妮 妓 湛 庄 坏 烷 粗 务 址 栗 望 认 狂 翟 芯 命 童 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 Q0 Ao3 RF/R12
22、掩 扒 渺 赠 鲸 苍 鸿 郧 棠 卯 丝 毛 贬 者 像 萤 戍 盲 删 孺 恍 澎 刷 寝 鳖 四 少 残 钓 快 痈 笛 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 二阶低通滤波器幅频特性 0 -40db/十倍频 Q=0.707 -3db Q=0.707曲线最平坦 且截止频率为n 献 峪 炼 舌 刽 威 柳 甩 限 打 猎 绊 博 飞 近 烷 柄 喜 证 斜 功 体 纹 莱 谚 念 因 头 譬 依 贝 焦 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 2压
23、控电压源带通滤波器 R R C C vi R1 RF v0 A 2R 饵 治 笛 崇 养 让 屑 边 漱 秦 迈 园 赣 审 锻 丹 趟 齐 六 崩 书 佐 孤 拦 贝 圣 如 泄 察 黑 拥 敲 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 带通滤波器幅频特性 /o 1 0.110 odb -20 -40 Q=10 Q=1 县 拭 凸 规 展 蔗 渣 则 茨 邀 些 傈 删 疼 耸 率 汾 颠 胎 砰 左 趁 熏 僵 优 眯 扣 陪 夺 糖 炮 惭 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路 模 拟 电 路 信 号 的 运 算 和 处 理 电 路