模电第五章信号的运算、测量与处理

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1、第五章信号的运算、测量与处理集成运算放大器在使用时，总是与外部反馈电路相配合，以实现各种不同的功能。在运放的输入与输出之间：（1）引入线性负反馈：（2）引入非线性负反馈：（3）引入线性或非线性正反馈：比例、加减、微分、积分等对数、指数、乘法、除法等信号发生等在模拟信号运算电路中，输入与输出之间实现一定的数学运算关系，因此集成运放工作在线性区，使输出随输入的变化而变化。为保证运放工作在线性区，一般要引入深度负反馈。第五章信号的运算、测量与处理§1基本运算电路§2对数、指数与乘法运算电路§3信号变换电路§4有源滤波器§1基本运算电路比例运算电路的输入电压与输出电压之间存在比例关系，是最基

2、本的运算电路，是其他各种运算电路的基础。反相比例运算电路同相比例运算电路比例运算电路反相输入加法运算电路同相输入加法运算电路加法运算电路减法运算电路积分运算电路微分运算电路一、反相比例运算电路（电压并联）R2=R1//RF同相端与反相端是运放输入级两个差分对管的基极，为使差分放大电路的参数保持对称，应使两个差分对管基极对地电阻尽量一致，以免静态基极电流流过时在运放输入端产生附加的偏差电压。虚断：i＋=i－=0得：u＋=0又由虚短：u＋=u－得：u＋=u－=0“虚地”由iI=iF，得：1、工作原理：一、反相比例运算电路（电压并联）2、结论：（1）反馈组态为深度电压并联负反馈，故输入电阻

3、不高（由u－=0知Rif=R1），输出电阻很低（知RO≈0）。（2）由“虚地”知加在运放输入端的共模输入电压很小。（3）比例系数仅与电阻R1和RF有关，与集成运放的内部参数无关。（4）理想情况下集成运放输入电阻无穷大，但实际为兆欧级的大电阻，故电阻R1、R2和RF也不能过大，一般应控制在千欧级，这样才可以忽略输入电阻。二、同相比例运算电路（电压串联）R2=R1//RFi+=i-=0；u-=u+=uＩ由i1=iF，得：1、工作原理：为使同相端和反相端的对地电阻一致，有二、同相比例运算电路（电压串联）2、电压跟随器：当RF=0或R1=时，Auf=1uO=uI电压跟随器一是可以用来快速检

4、验运放有无故障，二是可以稳定输出电压，信号源尽可能多地取的输入信号，故电压跟随器可以接到放大电路的输入端或输出端。二、同相比例运算电路（电压串联）3、结论（1）反馈组态为深度电压串联负反馈，故输入电阻很高（Rif=∞），输出电阻很低（知RO≈0）。（2）不再满足“虚地”，故运放输入端可能承受较高的共模输入电压。（3）比例系数仅与电阻R1和RF有关，与集成运放的内部参数无关。三、反相输入加法运算电路i1+i2+i3=iFi＋=i－=0u＋=u－=0（1）当改变某一回路的电阻时，仅改变输出电压与该路输入电压之间的比例关系，对其他支路没有影响，调节灵活方便。（2）由“虚地”知加在运放输入端

5、的共模输入电压很小。四、同相输入加法运算电路i'1+i'2+i'3=iR'i1=iFi＋=i－=0u＋=u－（1）R+与各输入回路电阻均有关系。（2）不存在“虚地”则运放输入端的共模输入电压较高。（3）若实现加法和减法运算，可使用两级反相求和电路。五、减法运算电路1、方法一：“虚断”和“虚短”R1//RF=R2//R'为使同相端和反相端的对地电阻一致，有五、减法运算电路R1//RF=R2//R'为使同相端和反相端的对地电阻一致，有2、方法二：叠加原理uI1单独作用时，uI2单独作用时，（1）虚短和虚断；电路分析法求解步骤：（2）对集成运放两个输入端运用KCL定律列写电流方程；（3）用

6、各点电位和电阻表示电流，并整理成关于uI和uO的表达式。同相端输入信号系数为正，反相端输入信号系数为负。例电路如图所示，求解uO的表达式。解：500kΩ解：例求所示电路输出电压与输入电压的运算关系式。例用集成运放实现uO=0.2uI1－10uI2+1.3uI3解：比较得：选RF1=20k，得：R1=100k，R3=15.4k；选RF2=100k，得：R4=100k，R2=10k。六、积分运算电路C引入深度电压并联负反馈i＋=i－=0u＋=u－=0uI=iIR=iCRRFRF:防止低频信号增益过大。τ=RC1、工作原理设电容两端的初始电压为uC(0)：六、积分运算电路2、积

7、分电路的应用（1）波形变换输入电压为矩形波t0t1tuIOtuOOUI当t≤t0时，uI=0，uO=0；当t0t1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。（2）移相输入电压为正弦波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六、积分运算电路2、积分电路的应用例设基本积分电路的输入电压是幅度为±10V，重复周期为40