模拟电子技术5信号运算电路.

模拟电子技术基础电子教案V2013陈大钦主编华中科技大学电信系邹韬平2013年4月10日2课程内容与学时安排第1章绪论(2h)第2章半导体二极管及其应用电路(4h)第3章半导体三极管及其放大电路基础(15h)第4章多级放大电路及模拟集成电路基础(4h)第5章信号运算电路(5h)第6章负反馈放大电路(6h)第7章信号处理与产生电路(4h)第8章场效应管及其放大电路(4h)48学时第9章功率放大电路第10章集成运算放大器第11章直流电源2个器件BJTFET关键词核心内容1个电路—放大电路三极管集成运放完美的放大电路模拟电子技术重点章介绍放大的基本概念分立元件分立元件电路(放大)构成规律和分析方法核心、基础线索-不断完善放大性能(读图-741)集成运放实现放大的条件集成运放的应用模电的常用功能电路复习、机动(2h)清明、五一(2h)5信号运算电路5.2集成运算放大器的主要参数5.4加减运算电路5.7集成运放性能指标对运算误差的影响5.1运算放大器的工作原理5.3运算电路的三种输入方式5.5积分电路和微分电路5.8变跨导模拟乘法器及其在运算电路中的应用5.6对数和反对数(指数)运算电路重点不做要求一般了解45信号运算电路0.1集成电路运算放大器0.2理想运算放大器1.集成电路运算放大器的内部组成单元2.运算放大器的电路模型5.4加减运算电路5.3运算电路的三种输入方式5.5积分电路和微分电路5.2集成运算放大器的主要参数5.1运算放大器的工作原理5.7集成运放性能指标对运算误差的影响理想放大放大外特性集成运放基本应用-线性部分问题2：什么是理想运放？问题3：运放常用放大电路有什么结构规律?运放电路的分析方法？问题1：集成运放具有什么放大特性?放大的线性边界条件?50.1集成电路运算放大器元件符号2.运算放大器的电路模型1.集成电路运算放大器的内部组成单元差分的基本概念晶体管偏置在放大区两个电源端(一般隐含)供电直流电源更多的端子：集成运放A741ua741-ti.pdf6晶体管偏置在放大区两个电源端(一般隐含)电子系统电子电路信号输入信号输出电子电路vI信号输入VDC直流电源输入vO信号输出电子电路+–vO+–iOvIiIVDCVDCVDC差分放大+-vi1+-vi2+-vo)(=i2i1VovvAviVo=vAv元件符号2.运算放大器的电路模型1.集成电路运算放大器的内部组成单元差分的基本概念供电直流电源0.1集成电路运算放大器)(=NPvdovvAv7差分的基本概念差分放大-++-vi1+-vi2+-vo集成运放符号)(=i2i1VovvAv差分功能：实现2个信号相减o2o1i2Vi1VvvvAvAvP(vi1)－同相输入端；vN(vi2)－反相输入端输入端命名应用背景：电桥测量线性电路、叠加原理0VAC3850T100aT1RR/.)(=0TV10VR-RR+RR-RR+Rvi1vi2例如铂电阻测温C19mV/5V222i1RRVVVRRRvC19mV/5V222i2RRVVVRRRv)(i2i1VovvAv但实际输出为8差分放大-++-vi1+-vi2+-vo)(=i2i1VovvAv差分功能：实现2个信号相减o2o1i2Vi1VvvvAvAvP(vi1)－同相输入端；vN(vi2)－反相输入端输入端命名应用背景：电桥测量线性电路、叠加原理0VAC3850T100aT1RR/.)(=0TV10VR-RR+RR-RR+Rvi1vi2例如铂电阻测温C19mV/5V222i1RRVVVRRRvC19mV/5V222i2RRVVVRRRv)(i2i1VovvAv但实际输出为差模信号与共模信号NPid=vvv差模)(21=NPicvvv共模icVCidVDooo=vAvAvvv2=idicPvvv2=idicNvvv差模电压增益共模电压增益误差共模抑制比VCVDCMR=AAK差分的基本概念90.1集成电路运算放大器元件符号2.运算放大器的电路模型1.集成电路运算放大器的内部组成单元差分的基本概念晶体管偏置在放大区两个电源端(一般隐含)供电直流电源更多的端子：集成运放A741ua741-ti.pdf101.集成电路运算放大器的内部组成单元图2.1.1集成运放内部结构框图问题1：集成运放具有什么特性？问题1b：多级放大器的总增益是?问题1a：差分放大是什么功能？idovdvvA减法功能)(idvd1NPv1o1vAvvAv结论：高增益的多级电压放大电路(带差分功能)组成：3个放大器串联多级放大器。差模电压增益差模信号o2oo1o2ido1vvvvvvv3v2vd1AAA0.1集成电路运算放大器112.运算放大器的电路模型0.1集成电路运算放大器差分电压放大电路(高增益))(=NPvdovvAv)(=idodvA电子电路+–vO+–iOvIiIVDCVDCVDC电压放大电路–Vi+Ro–Vo+–+RiViAVOiVo=vAv122.运算放大器的电路模型0.1集成电路运算放大器差分电压放大电路(高增益))(=NPvdovvAv)(=idodvA电子电路+–vO+–iOvIiIVDCVDCVDC电压放大电路iVo=vAvOIV-V+=15V1~2VVom=14V斜率=Av线性区OP-NV-V+=15V1~2V70VVom=14V斜率=Aod=2×105电压传输特性132.运算放大器的电路模型0.1集成电路运算放大器差分电压放大电路(高增益))(=NPvdovvAv)(=idodvAOP-NV-V+=15V1~2V70VVom=14V斜率=Aod=2×105电压传输特性问题1：集成运放具有什么放大特性?放大的线性边界条件?具有比较理想的放大特性实际运放通常有：开环差模电压增益Aod105(很高)输入电阻ri106Ω（很大）输出电阻ro100Ω（很小）线性工作区(放大区)放大的线性边界条件:-Vom＜vo＜Vom当Aod(vid)V-时vo＝－VomV-非线性工作区当Aod(vid)V＋时vo＝VomV＋14V14k10OMLRVV13k2OMLRVmV10Vrail-to-railV2~1OMCCVVVOP-NV-V+=15V1~2V70VVom=14V斜率=Aod155信号运算电路0.1集成电路运算放大器0.2理想运算放大器1.集成电路运算放大器的内部组成单元2.运算放大器的电路模型5.4加减运算电路5.3运算电路的三种输入方式5.5积分电路和微分电路5.2集成运算放大器的主要参数5.1运算放大器的工作原理5.7集成运放性能指标对运算误差的影响理想放大放大外特性集成运放基本应用-线性部分问题2：什么是理想运放？问题3：运放常用放大电路有什么结构规律?运放电路的分析方法？问题1：集成运放具有什么放大特性?放大的线性边界条件?差分电压放大器(性能比较理想)高增益—多级放大电路线性边界供电直流电源(Vom)理想运放运放电路的近似分析方法理想运放=虚短、虚断成立条件：运放工作在线性区160.2理想运算放大器问题2：集成运放电路的近似分析方法?OP-NV-V+=15V1~2V70VVom=14V斜率=Aod工作在线性区放大(由负反馈保证)工作在非线性区比较器(9.8.1节)v1vO-+vNvP+-+-+-v2Aod(v2-v1)近似分析方法＝参数理想化(理想运放))0(ocCMRAKHf0失调od5od102AAiiM2rr075oorr)6(dB90ocCMRAK(1)输出电阻(2)输入电阻(3)线性范围(5)电压增益vo饱和极限值=电源电压可不考虑负载效应)0,0(0NPiNPIiirvvi虚断(6)其他若vpvn，则vo=+Vom=V＋若vpvn，则vo=–Vom=V－NPodONP0vvAvvv，即虚短17IdealParametersTheOperationalAmplifierPracticalSpecificationsodAir0or)0(ocCMRAKHf0失调AnalysisMethod5od102AM2ir75or)6(dB90ocCMRAKMHz)1Hz(3THff0失调odAir0or0odONPidAvvvv0iiirvi可不考虑负载效应0μV75102V155odOidAvv0μA5.0M2V1iiirviVirtualshortVirtualopenvO+–Aod(vP-vN)vPvN+–工程近似方法181.应用分类按功能分类按工作区域分类放大—信号传递,第6章AV、AI、AR(V/I)、AG(I/V)运算—、、、、、、、lndtdxxex处理—滤波、峰值、有效值、绝对值、限幅比较—判断电压大小（第7章）信号产生—正弦、方波、三角波（第7章）线性应用非线性应用——电压比较器2.线性应用的条件3.分析任务及方法集成运放应用概述OP-NV-V+=15V1~2V70VVom=14V192.线性应用的条件+V+V-vPvNBvOOP-NV-V+=15V1~2V70VVom=14V必须引入负反馈，用Xf抵消Xi，使VidVim，运放工作在线性区。由于AVO,为深度负反馈，可用虚短和虚断。理想运放VOAir0orCMRKBW0失调0VOOIDAvv0iIDIrvi虚断–+–+–+riro+–iIvIAvovIvO(vP=vN)虚短增益与负载无关集成运放应用概述203.分析任务及方法任务：（1）求vO或iO表达式电路功能（2）考虑Ri、RO等其他指标的要求方法：（1）按理想运放（虚短、虚断）进行分析或设计（2）考虑非理想参数计算误差集成运放应用概述小信号低频等效电路215信号运算电路0.1集成电路运算放大器0.2理想运算放大器1.集成电路运算放大器的内部组成单元2.运算放大器的电路模型5.4加减运算电路5.3运算电路的三种输入方式5.5积分电路和微分电路5.2集成运算放大器的主要参数5.1运算放大器的工作原理5.7集成运放性能指标对运算误差的影响理想放大放大外特性集成运放基本应用-线性部分问题2：什么是理想运放？问题3：运放常用放大电路有什么结构规律?运放电路的分析方法？问题1：集成运放具有什么放大特性?放大的线性边界条件?差分电压放大器(性能比较理想)高增益—多级放大电路线性边界供电直流电源(Vom)理想运放运放电路的近似分析方法理想运放=虚短、虚断成立条件：运放工作在线性区225.3运算电路的三种输入方式5.3.1同相输入放大电路及虚断概念的引出5.3.2反相输入放大电路5.3.3差分输入放大电路23OP-NV-V+=15V1~2V70VVom=14VR1vFvIvO+–ARf+–+–+–vPvNvPvIvO+–A+–+–vN线性应用的条件vO=Aod(vPvN)=AodvI0f11NRRRvv必须引入负反馈，用Xf抵消Xi，使VidVim，运放工作在线性区。无负反馈：引入反馈：输出电压vo通过R1和Rf分压，将输出电压vo在R1上的压降加到运放的反相输入端N，这种信号的反相传输就称为反馈。+++vd=vPvN净输入减小相互抵消作用（负反馈）5.3.1同相输入放大电路及虚断概念的引出vd=vP24vPvIvO+–A+–+–vNR1vFvIvO+–ARf+–+–+–vPvN+++R1vFvIvO+–ARf+–+–+–vPvN+--vNvIvO+