章节集成电路运算放大器的线性运用
63页1、集成电路运算放大器的线性应用,第 六章,小结,6.1 一般问题,6.2 基本运算电路,6.3 对数和指数运算电路,6.4 集成模拟乘法器,6.5 有源滤波电路,运算放大器的两个工作区域(状态),1. 运放的电压传输特性:,设:电源电压VCC=10V。 运放的AVO=104,Ui1mV时,运放处于线性区。,AVO越大,线性区越小, 当AVO时,线性区0,6.1一般问题,2.理想运算放大器:,开环电压放大倍数 AV0= 差摸输入电阻 Rid= 输出电阻 R0=0,为了扩大运放的线性区,给运放电路引入负反馈:,理想运放工作在线性区的条件: 电路中有负反馈!,运放工作在线性区的分析方法: 虚短(U+=U-) 虚断(ii+=ii-=0),3. 线性应用,4. 非线性应用,运放工作在非线性区的特点: 正、负饱和输出状态 电路中开环工作或引入正反馈!,运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论,6.2 基本运算电路,6.2.1 比例运算,6.2.2 加法与减法运算,6.2.3 微分与积分运算,6.2.4 基本运算电路应用举例,6.2.1 比例运算,一、反相比例运算,运算放大器在线性应用 时同时存在虚短
2、和虚断,虚断,虚地,为使两输入端对地直流电阻相等:,R2 = R1 / R f,平衡电阻,特点:,1.为深度电压并联负反馈,,Auf = Rf / R 1,2. 输入电阻较小,Rif = R1,3. uIC = 0,对 KCMR 的要求低,u+ = u- = 0,虚地,二、同相比例运算,Auf = 1,跟随器,当 R1 = ,Rf = 0 时,,特点:,1. 为深度电压串联负反馈,,Auf = 1 + Rf /R1,2. 输入电阻大,Rif = ,6.2.2 加法与减法运算,一、加法运算,1. 反相加法运算,R3 = R1 / R2 / Rf,iF i1 + i2,若 Rf = R1= R2,则 uO = (uI1+ uI2),R2 / R3 / R4 = R1/ Rf,若 R2 = R3 = R4 ,,则 uO = uI1+ uI2,Rf = 2R1,2. 同相加法运算,法 1:利用叠加定理,uI2 = 0,uI1 使:,uI1 = 0,uI2 使:,一般,R1 = R1; Rf = Rf,uO = uO1 + uO2,= Rf / R1( uI2 uI1 ),法 2:利用虚短、虚断
3、,uo = Rf /R1( uI2 uI1 ),减法运算实际是差分电路,二、减法运算,6.2.3 反相输入运算电路的组成规律,1.正函数型的反相运算电路,输入回路采用函数元件1,使 反馈回路采用电阻元件2,2.反函数型的反相运算电路,输入回路采用电阻元件1 反馈回路采用函数元件2,使得,6.2.4 微分与积分运算,R2 = Rf,虚地,虚断,RfC1 = , 时间常数,微分电路输出电压:,一、微分运算,二、积分运算,=,当 uI = UI 时,,设 uC(0) = 0,时间常数 = R1Cf,积分电路输出电压:,6.2.5 基本运算电路应用举例,例 6.2.1 测量放大器(仪用放大器),同相输入,同相输入,差分输入,uo1,uo2,对共模信号:,uO1 = uO2 则 uO = 0,对差模信号:,R1 中点为交流地,为保证测量精度 需元件对称性好,u+ = u- = us,io = i1 = us / R1,1. 输出电流与负载大小无关,2. 恒压源转换成为恒流源,特点:,例 6.2.2 电压电流转换器,例 6.2.3 利用积分电路将方波变成三角波,10 k,10 nF,时间常数 =
4、R1Cf,= 0.1 ms,设 uC(0) = 0,= 5 V,= 5 V,例 6.2.4 差分运算电路的设计,条件:,Rf = 10 k,要求:,uo = uI1 2uI2,R1 = 5 k,R2 = 2R3,= 5/10,R2= 10 k,R3= 5 k,例 6.2.5 开关延迟电路,当 uO 6 V 时 S 闭合,, 3 V, 3 V,课堂练习,6.3 对数和指数运算电路,6.3.1 对数电路,6.3.2 指数电路,6. 3.1 对数电路,利用PN结的指数特性实现对数运算,BJT的发射结有,也可利用半导体三极管实现 对数运算,其中,IES 是发射结反向饱和电流,uO是ui的对数运算。,注意:ui必须大于零,电路的输出电压小于0.7伏,利用虚短和虚断,电路有,6.3.2 反对数(指数)电路,输入与输出的关系式为:,uO是ui的反对数运算(指数运算),用半导体三极管实现 反对数运算电路,利用虚短和虚断,电路有,要求,以上两个电路温漂很严重,实际电路都有温度补偿电路,6.4 集成模拟乘法器,6.4.2 单片集成模拟乘法器,6.4.1 集成模拟乘法器的 基本工作原理,6.2 集成模拟乘法
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