模拟电路6-基本运算电路

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1、7.1概述7.1.1电子信息系统的组成信号的提取信号的预处理信号的加工信号的执行图7.1.1电子信息系统示意图7.1.2理想运放的两个工作区一、理想运放的性能指标开环差模电压增益Aod=∞；输出电阻ro=0；共模抑制比KCMR=∞；差模输入电阻rid=∞；UIO=0、IIO=0、UIO=IIO=0；输入偏置电流IIB=0；-3dB带宽fH=∞，等等。理想运放工作区：线性区和非线性区二、理想运放在线性工作区输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放　　大关系，即+Aod理想运放工作在线性区特点：1.理想运放的差模输入电压等于零即——“虚短”—“虚地”如(动画avi8-2.avi)2.理想

2、运放的输入电流等于零由于rid=∞，两个输入端均没有电流，即——“虚断”三、理想运放的非线性工作区+UOMuOu+-u-O-UOM理想特性图7.1.3集成运放的电压传输特性理想运放工作在非线性区特点：当uP>uN时，uO=+UOM当uP

3、围很小。7.2基本运算电路集成运放的应用首先表现在它能够构成各种运算电路上。在运算电路中，集成运放必须工作在线性区，在深度负反馈条件下，利用反馈网络能够实现各种数学运算。基本运算电路包括：比例、加减、积分、微分、对数、指数7.2.1　　比例运算电路*R2=R1//RF由于“虚断”，i+=0，u+=0；由于“虚短”，u-=u+=0——“虚地”由iI=iF，得反相输入端“虚地”，电路的输入电阻为Rif=R1图7.2.11.基本电路(电压并联负反馈)一、反相比例运算电路引入深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为R0f=0(动画avi8-1.avi)2.T型网络反相比例运算电路图7.2.2T型网络反

4、相比例运算电路电阻R2、R3和R4构成T形网络电路节点N的电流方程为i4=i2+i3输出电压u0=-i2R2–i4R4所以将各电流代入上式二、同相比例运算电路*R2=R1//RF根据“虚短”和“虚断”的特点，可知i+=i-=0；又u-=u+=uＩ得：由于该电路为电压串联负反馈，所以输入电阻很高。图7.2.3uＩRif=Ri(1+AodF)当图7.2.3RF=0或R1=时，如下图7.2.4所示三、电压跟随器Auf=1u0=uI集成电压跟随器性能优良，常用型号AD9620计算方法小结1.列出关键结点的电流方程，如N点和P点。2.根据虚短(地)、虚断的原则，进行整理。7.2.2加减运算电路一、求

5、和运算电路。1.　反相求和运算电路由于“虚断”，i-=0所以：i1+i2+i3=iF又因“虚地”，u-=0所以：当R1=R2=R3=R时，图7.2.72同相求和运算电路由于“虚断”，i+=0，所以：解得：其中：由于“虚短”，u+=u-图7.2.97.2.3积分运算电路和微分运算电路一、积分运算电路由于“虚地”，u-=0，故uO=-uC由于“虚断”，iI=iC，故uI=iIR=iCR得：τ=RC——积分时间常数图7.2.16(动画avi12-1.avi)积分电路的输入、输出波形(一)输入电压为阶跃信号图6.3.2t0t1tuIOtuOOUI当t≤t0时，uI=0，uO=0；当t0

6、，uI=UI=常数，当t>t1时，uI=0，uo保持t=t1时的输出电压值不变。即输出电压随时间而向负方向直线增长。问题：如输入波形为方波，输出波形为何波？(二)输入电压为正弦波tuOO可见，输出电压的相位比输入电压的相位领先90。因此，此时积分电路的作用是移相。tuIOUm图7.2.17注意：为防止低频信号增益过大，常在电容上并联电阻。如图7.2.16二、微分运算电路图7.2.18基本微分电路由于“虚断”，i-=0，故iC=iR又由于“虚地”，u+=u-=0可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。实现波形变换，如将方波变成双向尖顶波。1.基本微分运算电路微分电路的作用：微分电路的作

7、用有移相功能。2.实用微分运算电路基本微分运算电路在输入信号时，集成运放内部的放大管会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回到放大区，出现阻塞现象。图7.2.19实用微分运算电路图7.2.20微分电路输入、输出波形分析3.逆函数型微分运算电路若将积分电路作为反馈回路，则可得到微分运算电路。+-A1+-A2++-uIu0u02R1R2R3R4R5C图7.2.21逆函数型微分运算电路公式推