模拟电子技术基础第6章

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1、第6章．模拟信号运算与处理电路这里将讨论的基本运算有：比例、加、减、积分和微分等运算。一般是由集成运放外加反馈网络所构成的运算电路来实现。在分析这些电路时，要注意输入方式，判别反馈类型，并利用虚短、虚断的概念，得出近似的结果，然后联系实际，作些补充说明。比例运算电路有同相输入和反相输入两种，分别属于电压串联负反馈和电压并联负反馈电路，其比例系数即为反馈放大电路的增益。6.1基本运算电路6.1.1比例运算电路输出电压与输入电压之间存在比例关系，即电路可实现比例运算。比例运算有三种：反相输入、同相输入、差分输入比例电路。u0=kuik称为比例系数，这个比例系数可以是正值，也

2、可以是负值，决定于输入电压的接法。1.反相比例运算电路电路组成一个运放和三个电阻R2=R1

3、

4、RF平衡电阻集成运放的同相输入端和反向输入端，实际上是运放内部输入级差动放大中两个三极管的基极，为了使差动放大电路的参数保持平衡对称，应使两个差分对管基极对地的电阻，以免静态基流流过这两个基极电阻时，在输入端产生一个附加的偏差电压，∴R2=R1

5、

6、RFR2称平衡电阻。（静态时，使输入级偏流平衡，并让输入级的偏置电流在运放两个输入端的外接电阻上产生相等的压降）以便消除放大器的偏置电流及其飘移影响。结论：a.输出电压与输入电压的幅值成正比，实现了比例运算。由于输入电压加在运放的反相

7、输入端，故u0和uI的极性相反。b.

8、Auf

9、决定于电路中外接的反馈电阻RF与输入电阻R1之比，而与运放本身的参数无关。（这由深度负反馈放大电路的特点决定的）只要选用比较稳定的精密电阻，即可实现比较准确的比例运算。c.

10、Auf

11、>1

12、Auf

13、<1当RF=R1时，Auf=-1称单位增益倒相器。*（2）输入电阻由于集成运放的反相输入端“虚地”。∴反相比例电路的输入电阻等于R1，则Rif=R1可见，反相比例电路的输入电阻不高。（原因：接入了电压并联负反馈）*（3）共模输入电压由于“虚地”的特点，反相比例电路中集成运放的同相输入端和反相输入端电压均基本上等于零。也就是说，集成运

14、放承受的共模输入电压很低。因此反相比例电路选择运放时对KCMR、UICM不必提出很高的要求。2．同相输入比例电路同相比例运算电路与反相比例运算电路惟一的区别是输入信号从反相端输入改为同相端输入。同相比例电路有输入电阻高的特点，但输入共模信号电压高，对集成运放的共模抑制比KCMR和最大共模输入信号UICM要求也高，这一点在选用运放芯片时要加以注意。3.差动输入比例电路（减法电路）结论:输出电压与差模输入电压(uI-uI,)的幅值成正比,∴能够实现比例运算.而Auf只决定于外接电阻RF与R1的比值,而与集成运放本身的参数无关。6.1.2求和电路求和电路的输出电压决定于输入电

15、压相加的结果。即电路能够实现求和运算，其一般表达式为:u0=K1uI1+K2uI2+…+KnuIn求和电路可在比例电路基础上加以扩展而得到。方式:反相输入同相输入1、反相器求和电路利用uI=0，iI=0和uN=0的概念，对反相输入节点可写出下面的方程式：或由此得这就是加法运算的表达式，式中负号是因反相输入所引起的。若R1=R2=Rf，则上式变为如在图的输出端再接一级反相电路，则可消去负号，实现完全符合常规的算术加法。图所示的加法电路可以扩展到多个输入电压相加。加法电路也可以利用同相放大电路组成。优点:调节比较灵活方便。由于反相输入端与同相输入端“虚地”,因此,选用集成运

16、放时,对其最大共模输入电压的指标要求不高.，∴此电路应用比较广泛。2.同相求和电路从原则上说,求和电路也可以采用双端输入(或称差动输入)方式、此时只用一个集成运放，即可同时实现加法和减法运算。但由于电路系数的调整非常麻烦，所以实际上很少采用。如需同时进行加法、通常宁可多用一个集成运放，而仍采用反相求和电路的结构形式。减法电路另一种形式（1）利用反相信号求和以实现减法运算电路如图所示。图所示电路第一级为反相比例放大电路，若Rf1=R1，则uO1=－uS1；第二级为反相加法电路，则可导出若R2=Rf2，则上式变为反相输入结构的减法电路，由于出现虚地，放大电路没有共模信号，故

17、允许uS1、uS2的共模电压范围较大，且输入阻抗较低。在电路中，为减小温漂提高运算精度，同相端须加接平衡电阻。（2）利用差分式电路以实现减法运算图所示是用来实现两个电压uS1、uS2相减的电路，从电路结构上来看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。在理想运放的情况下，有uP=uN，就是说电路中存在虚短现象，同时运放两输入端存在共模电压。伴随uI=0，也有iI=0，由此可得下列方程式：注意uN=uP，由上二式可解得在上式中，如果选取电阻值满足Rf/R1=R3/R2的关系，输出电压可简化为即输出电压uO与两输入电压之差（uS2－uS1）成