模拟电子技术第七章

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1、第七章信号的运算和处理7.1概述7.1.1电子信息系统的组成图7.1.17.1.2理想运放的两个工作区线性工作区和非线性工作区。一、理想运放的性能指标1、Aod=∞;2、Rid=∞;3、Ro=0;4、KCMR=∞;5、fH=∞;6、UOI、IOI、dUO/dT(oC)、dIOI/dT(oC)均为零。∕∕∕∕二、理想运放在线性工作区1、理想运放在线性工作区的特点uO=Aod(uP-uN)∵理想运放Aod=∞,∴uP-uN=0即uP=uN也就是说运放的同相输入端和反相输入端之间“虚短路”。净输入电压为

2、零，且两输入端之间的输入电阻为无穷大，所以两个输入端的电流均为零，称作“虚断路”。“虚短”和“虚断”是非常重要的概念，是分析运放工作在线性工作区时输入、输出关系的两个基本的出发点。2、集成运放工作在线性区的电路特征只有电路引入了负反馈，才能保证集成运放工作在线性区。否则，只能工作在非线性区，即不是输出UOM就是输出-UOM。见图7.1.2。图7.1.2图7.1.3三、理想运放的非线性工作区集成运放工作在开环（无反馈）或正反馈状态。理想运放工作在非线性区的特点：1、输出电压uO只有两种可能的情况，+

3、UOM或－UOM。当uP＞uN时,uO=+UOM，当uP＜uN时，uO=－UOM。见图7.1.3所示。2、虽然净输入电压不再为零，但由于差模输入电阻为无穷大，所以净输入电流为零，即iP=iN=0。也就是说这时仍具有“虚断”的特点。7.2基本运算电路7.2.1比例运算电路一、反相比例运算电路1、基本电路图7.2.1从输入端和地之间看进去的等效电阻等于从输入端和虚地之间看进去的等效电阻，所以电路的输入电阻Ri=R由于电路引入了深度负反馈，且1+AF=∞，所以电路的输出电阻Ro=0电路带负载后运算关

4、系不变。在此电路中，为了增大输入电阻，必须增大R。若要求Ri=100kΩ，Au=－50,则应取R=100kΩ,Rf=5MΩ。电阻过大，其稳定性差且噪声大。采用图7.2.2所示T型反馈网络的反相比例运算电路能够解决这一问题。2、T型网络反相比例运算电路图7.2.2（1+R2∥R4／R3)uI这时，若要求Ri=100KΩ且Au=－50，则应取R1=100KΩ,R2=R4=100KΩ,R3=1.02KΩ。避免了选用大电阻。二、同相比例运算电路图7.2.3注意，集成运放有共模输入电压。三、电压跟随器图7.

5、2.4图中，由于uO=uN=uP=uI∴uO=uIAu=1列出关键节点的电流方程，然后根据“虚短”和“虚断”的原则进行整理，即可得到输出电压和输入电压的运算关系。7.2.2加减运算电路一、求和运算电路1、反相求和运算电路图7.2.7uN=uP=0,节点的电流方程为还可利用迭加原理来求解运算关系：图7.2.8此式和用节点电流法求出的运算关系相同。2、同相求和运算电路图7.2.9节点P的电流方程为式中RP=R1∥R2∥R3∥R4因而可以得出式中RN=R∥Rf。若RN=RP,则二、加减运算电路图7.2

6、.10图7.2.11利用迭加定理分别将电路看成反相求和与同相求和运算电路。如图7.2.11所示。对于图(a)，有对于图(b)若R1∥R2∥Rf=R3∥R4∥R5，则有若电路如图7.2.12所示，只有两个输入，且参数对称。图7.2.12则有为了克服电阻选配困难和输入电阻小的缺点，可以采用两级电路，如图7.2.13所示。图7.2.13若R1=Rf2，R3=Rf1，则7.2.3微分运算和积分运算一、积分运算电路图7.2.16在求解到时间段的积分值时，当uI为常量时，当输入为阶跃信号时，若t0时刻电容上的

7、电压为零，则输出电压波形如图7.2.17（a）所示。当输入方波和正弦波时，则输出电压波形分别如图7.2.17（b）和（c）所示。在实用电路中，为了防止低频时增益过大，常在电容上并联一个电阻加以限制，如图7.2.16中虚线所示。图7.2.17二、微分电路1、基本微分运算电路图7.2.182、实用微分运算电路在基本微分运算电路中，当输入阶跃电压或有脉冲大幅值干扰时，集成运放内部放大管进入饱和或截止状态，以至于即使信号消失，管子还不能脱离原状态而回到放大区，这叫“堵塞”现象，使电路不能正常工作；同时由

8、于反馈网络是滞后环节，与集成运放内部的滞后环节相迭加，易于产生自激振荡，从而使电路不稳定。为解决上述问题，采用图7.2.19所示实用微分运算电路。若输入电压为方波，且RC«T／2（T为方波的周期），则输出为尖顶波。如图7.2.20所示。图7.2.19图7.2.203、逆函数微分运算电路用积分运算电路作为反馈回路，则可得到微分运算电路，如图7.2.21所示。图7.2.21根据深度负反馈特点，有7.2.4对数运算电路和指数运算电路一、对数运算电路1、采用二极管的对数运算电路图7.2.2