西安交通大学-赵进全-模拟电子技术基础-第6-7章

上页下页返回模拟电子技术基础6.1基本运算电路6.1.1加法运算1．反相输入加法电路运放工作于线性状态电压并联负反馈由两个分析依据“虚短”“虚断”b2A+b1–6集成运放组成的运算电路上页下页返回模拟电子技术基础其中故有b2A+b1–得上页下页返回模拟电子技术基础2．同相输入加法电路运放工作于线性状态电压串联负反馈根据两个分析依据“虚短”“虚断”由图可知其中故A+b1b2上页下页返回模拟电子技术基础同相端电压式中A+b1b2上页下页返回模拟电子技术基础6.1.2减法运算运放工作于线性状态电压负反馈根据叠加原理减法运算器反相比例器同相比例器分解A+b1b2上页下页返回模拟电子技术基础+同相比例A+b1b2等效反相比例A+b1b2A+b1b2上页下页返回模拟电子技术基础A+b1b2A+b1b2上页下页返回模拟电子技术基础如果如果则则上页下页返回模拟电子技术基础由图可知其中故6.1.3积分运算CA+iR+–上页下页返回模拟电子技术基础输入阶跃电压tO输出电压随时间线性下降运放的最大输出电压输出饱和tO上页下页返回模拟电子技术基础tO输入电压tO输出电压上页下页返回模拟电子技术基础故6.1.4微分运算由图可知其中CA+iFR+–上页下页返回模拟电子技术基础微分电路的阶跃响应UtOtO输入信号输出信号上页下页返回模拟电子技术基础输入电压输出电压tOtOT上页下页返回模拟电子技术基础6.2.1对数运算6.2对数和反对数运算电路由图可知故R+AT+––T选用PNP型当uI0时上页下页返回模拟电子技术基础故6.2.2反对数运算由图可知RT+Ab1b2上页下页返回模拟电子技术基础6.3模拟乘法器及其应用乘法器符号实现的功能K上页下页返回模拟电子技术基础1．对数乘法器由此可知，可利用对数电路、加法电路和反对数电路实现的乘法运算功能。式中6.3.1乘法器的工作原理由上页下页返回模拟电子技术基础原理框图对数运算对数运算加法运算反对数运算上页下页返回模拟电子技术基础对数乘法运算电路R1+A1T1–R2+A2T2–R4+A3–R3R6+A4T4–R5上页下页返回模拟电子技术基础2.变跨导式乘法器RT1T2T3T4+++_+A_上页下页返回模拟电子技术基础在图示电路中因为RT1T2T3T4+++__上页下页返回模拟电子技术基础则因T3、T4构成电流镜当时RT1T2T3T4+++__上页下页返回模拟电子技术基础由以上各式得式中RT1T2T3T4+++__上页下页返回模拟电子技术基础接入差分比例电路RT1T2T3T4+++_+A_上页下页返回模拟电子技术基础1.平方运算电路6.3.2乘法器应用电路K上页下页返回模拟电子技术基础2．开平方运算电路由图可知故K+A上页下页返回模拟电子技术基础3.除法运算电路由图可知故K+A上页下页返回模拟电子技术基础4.调制与解调音频信号载波信号幅度调制原理框图滤波器带通K上页下页返回模拟电子技术基础输出信号滤除单边带信号滤波器带通K上页下页返回模拟电子技术基础幅度解调原理框图载波信号调幅信号载波信号调幅信号音频信号滤波器低通K上页下页返回模拟电子技术基础输出信号信号滤除高频信号载波信号调幅信号音频信号滤波器低通K上页下页返回模拟电子技术基础6.4.1选型专用型类型特点应用场合通用型种类多，价格便宜一般测量、运算电路低功耗型功耗低遥感、遥测电路高精度型型测量精度高、零漂小毫伏级或更低微弱信号测量高输入阻抗型Rid对被测信号影响小生物医电信号提取、放大高速宽带型带宽高、转换速率高视频放大或高频振荡电路高压型电源电压48～300V高输出电压和大输出功率集成运放及其特性简表6.4集成运算放大器使用中的几个问题上页下页返回模拟电子技术基础6.4.2调零常用的调零电路带调零引出端2315476无调零端LM324上页下页返回模拟电子技术基础6.4.4保护1．输入保护6.4.3消振自激振荡的原因运放的增益高存在寄生电容加入消振电容消振的措施：保护电路R+Ab1b2上页下页返回模拟电子技术基础2.输出保护保护电路+A上页下页返回模拟电子技术基础6.4.5运算电路的误差分析运放低频等效电路－＋－＋（+）rid（）上页下页返回模拟电子技术基础1.共模抑制比KCMR为有限值的影响图示电路中等效共模输入电压等效差模输入电压Ab1b2上页下页返回模拟电子技术基础而理想运放的输出电压为输出电压代入uIc、uId得Ab1b2上页下页返回模拟电子技术基础故输出电压的相对误差上页下页返回模拟电子技术基础2．及为有限值的影响在图示电路中，由于另一方面，由叠加原理得Ab1b2上页下页返回模拟电子技术基础由此得实际的输出电压而理想运放的输出电压为Ab1b2上页下页返回模拟电子技术基础故输出电压的相对误差上页下页返回模拟电子技术基础3．运放的偏置和失调的影响偏置和失调对运放的影响图+A上页下页返回模拟电子技术基础(1)仅考虑反相输入端的影响+A上页下页返回模拟电子技术基础(2)仅考虑同相输入端和的影响+A上页下页返回模拟电子技术基础(3)仅考虑失调电压的影响+A上页下页返回模拟电子技术基础根据叠加原理，以上三种情况的共同影响为+A上页下页返回模拟电子技术基础[例1]用理想集成运算放大器实现下列运算关系，并画出电路图。要求所用的运算放大器为三个，元件的取值范围为：练习题[解]根据题意，将要求实现下列运算关系变形为那么式可以用积分器来实现。1kW≤R≤1MW上页下页返回模拟电子技术基础式可以用反相输入的加法器来实现。最后，在用一级反相器，即可实现运算上页下页返回模拟电子技术基础图中实现电路+–1mFA360kW1MW60kW20kW60kW100kW100kWA2A1––++上页下页返回模拟电子技术基础[例2]图示电路是一个由理想运算放大器组成的可调稳压电源，稳压管DZ的稳压值为UZ。+A(2)若要改变UO的符号（极性），而不改变UO的大小，问电路必须做哪些改动？(1)试求用UZ表示的UO表达式；上页下页返回模拟电子技术基础[解](1)设流过R1、R2的电流为I1、I2如图所示。I1I2+A那么，R3上的电压即UZ，于是因U+=U–上页下页返回模拟电子技术基础I1I2+A故输出电压上页下页返回模拟电子技术基础(2)为了改变UO极性，须将原+VCC端接地，原接地端改接–VCC，同时将稳压管DZ的正负极性调换。+A改变后的电路上页下页返回模拟电子技术基础[例3]利用运算放大器求解微分方程，并画出电路图。[解]将上式写成那么上页下页返回模拟电子技术基础用运放实现的电路图R11+A3+++++R11R11R12RF2R13R14RF4RF5R15R16RF6CF1CF3A4A5A6A2A1上页下页返回模拟电子技术基础7.1电子系统概述7信号检测与处理电路传感器放大器滤波器增益调整采样保持A/D转换器计算机系统总线控制电路信号检测系统基本框图上页下页返回模拟电子技术基础传感器放大器滤波器增益调整采样保持A/D转换器计算机系统总线控制电路提取测量信号放大测量信号抑制干扰信号去除无用信号信号加工处理系统上页下页返回模拟电子技术基础7.2.1测量放大器常用于热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量以及其它具有较大共模干扰的直流缓变微弱信号的检测。7.2信号检测系统中的放大电路b.共模抑制比高a.输入抗阻高主要特点上页下页返回模拟电子技术基础1.三运放测量放大器b.电阻R3、R4、R5、R6要精密配合（R3=R5、R4=R6）。a.运放A1、A2的特性一致性。对电路要求(1)原理图A1A2A3+_b1b2+_i––+++–上页下页返回模拟电子技术基础由图可知(2)电路分析A1A2A3+_b1b2+_i––+++–上页下页返回模拟电子技术基础A1A2A3+_b1b2+_i––+++–上页下页返回模拟电子技术基础放大器具有很高的抑制共模信号的能力令输出uO与共模信号uIc无关上页下页返回模拟电子技术基础2.单片集成测量放大器AD521工作原理与三运放测量放大器类似性能指标(2)输入阻抗3109W。(3)增益带宽大于2MHz。(4)电压放大倍数0.1~10,000。(5)电源电压±(5~18)V。(6)过载能力较强，动态特性好。(1)共模抑制比120dB。上页下页返回模拟电子技术基础(1)引脚说明1234567891011131214OUTOFFSETV––INRG+INSENSEREFRSCOMPOFFSETRSV+RG上页下页返回模拟电子技术基础(2)基本连接方式图123456781011121314AD521+–上页下页返回模拟电子技术基础7.2.2隔离放大器特点信号传递的主要方式1.电磁耦合2.光电耦合输入回路与输出回路之间是电绝缘的上页下页返回模拟电子技术基础二极管——二极管型二极管——三极管型1.光电耦合隔离放大器光敏二极管IoIiIiIo发光二极管发光二极管光敏三极管上页下页返回模拟电子技术基础b.采用负反馈技术。光电耦合器的特点a.耦合器中的发光和光敏元件都是非线性器件b.非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真克服非线性失真通常采取的措施a.给非线性器件施加合适的直流偏置，在小范围内线性传输信息。上页下页返回模拟电子技术基础一种典型的光电耦合隔离放大器CA1O1A2+15V+5V–15V–15V+15V+5VRWR2O2GND2GND1T2T1上页下页返回模拟电子技术基础CA1O1A2+15V+5V–15V–15V+15V+5VRWR2O2GND2GND1T2T1电压并联负反馈上页下页返回模拟电子技术基础CA1O1A2+15V+5V–15V–15V+15V+5VRWR2O2GND2GND1T2T1电压串联负反馈电压并联负反馈上页下页返回模拟电子技术基础CA1O1A2+15V+5V–15V–15V+15V+5VRWR2O2GND2GND1T2T1串联负反馈的判断电压串联负反馈电压并联负反馈上页下页返回模拟电子技术基础工作原理O1、O2特性相同R1=R4+RWR1=R4+RWCA1O1A2+15V+5V–15V–15V+15V+5VRWR2O2GND2GND1T2T1上页下页返回模拟电子技术基础uCE2uCE1=uCE2uCE1O1、O2特性相同R1=R4+RWR1=R4+RWCA1O1A2+15V+5V–15V–15V+15V+5VRWR2O2GND2GND1T2T1上页下页返回模拟电子技术基础uO=uCE1uI=uCE2uO=uIuCE2uCE1=uCE2uCE1CA1O1A2+15V+5V–15V–15V+15V+5VRWR2O2GND2GND1T2T1上页下页返回模拟电子技术基础实现信号隔离实现信号传输两地独立两地独立输入、输出级之间是电气绝缘的uO=uICA1O1A2+15V+5V–15V–15V+15V+5VRWR2O2GND2GND1T2T1上页下页返回模拟电子技术基础放大器原理图2.变压器隔离放大器+-1A调制器隔离电源解调器振荡器+-2A输入屏蔽输出屏蔽uOuIWk100CCV上页下页返回模拟电子技术基础+-1A调制器隔离电源解调器振荡器+-2A输入屏蔽输出屏蔽uOuIWk100CCV调制给输入侧提供能量两侧电源独立解制输入、输出侧间电气绝缘上页下页返回模拟电子技术基础变压器隔离放大器AD277原理图和引脚-1A调制器隔离电源解调器振荡器-2A输入屏蔽输出屏蔽Wk100Wk100WM116151114101213(+VCC)126873495(+15V)(-15V)(–VEE)上页下页返回模拟电子技术基础7.3.1滤波器的基础知识功能:允许信号中某一部分频率的分量通过。通带:能够通过信号的频率范围。阻带:不能够通过信号的频率范围。截止频率:通带和阻带之间的分界频率。7.3有源滤波器上页下页返回模拟电子技术基础滤波器的分类a.根据处理的信号不同分为b.根据使用的滤波元件不同分为数字滤波器模拟滤波器RC型LC型RLC型上页下页返回模拟电子技术基础c.根据工作频率不同分为低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器全通滤波器上页下页返回模拟电子技术基础f