第六章集成运算放大器组成的运算电路

上页下页后退模拟电子技术基础6.1基本运算电路6.1.1加法运算1．反相输入加法电路6集成运算放大器组成的运算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–上页下页后退模拟电子技术基础其中故有b2A+b1–上页下页后退模拟电子技术基础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上页下页后退模拟电子技术基础同相端电压式中A+b1b2上页下页后退模拟电子技术基础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上页下页后退模拟电子技术基础+同相比例A+b1b2等效反相比例A+b1b2A+b1b2上页下页后退模拟电子技术基础A+b1b2A+b1b2上页下页后退模拟电子技术基础如果如果则则上页下页后退模拟电子技术基础由图可知其中故6.1.3积分运算CA+iR+–上页下页后退模拟电子技术基础输入阶跃电压t0输出电压随时间线性下降运放的最大输出电压输出饱和t0上页下页后退模拟电子技术基础t0输入电压t0输出电压上页下页后退模拟电子技术基础故6.1.4微分运算由图可知其中CA+iFR+–上页下页后退模拟电子技术基础微分电路的阶跃响应Ut0t0输入信号输出信号上页下页后退模拟电子技术基础t0输入电压输出电压t0上页下页后退模拟电子技术基础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时上页下页后退模拟电子技术基础故6.2.2反对数运算由图可知RT+Ab1b2上页下页后退模拟电子技术基础6.3模拟乘法器及其应用乘法器符号实现的功能K上页下页后退模拟电子技术基础1．对数乘法器知可利用对数电路、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后退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后退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上页下页后退模拟电子技术基础2.变跨导式乘法器RT1T2T3T4+++_+A_上页下页后退模拟电子技术基础在图示电路中因为RT1T2T3T4+++__上页下页后退模拟电子技术基础则因T3、T4构成镜象电流源当时RT1T2T3T4+++__上页下页后退模拟电子技术基础由以上各式得式中RT1T2T3T4+++__上页下页后退模拟电子技术基础接入差分比例电路RT1T2T3T4+++_+A_上页下页后退模拟电子技术基础1.平方运算电路6.3.2乘法器应用电路K上页下页后退模拟电子技术基础2．开平方运算电路由图可知故K+A上页下页后退模拟电子技术基础3.除法运算电路由图可知故K+A上页下页后退模拟电子技术基础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上页下页后退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上页下页后退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上页下页后退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上页下页后退模拟电子技术基础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48V～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后退模拟电子技术基础6.4.2调零常用的调零电路带调零引出端2315476无调零端LM324上页下页后退模拟电子技术基础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上页下页后退模拟电子技术基础2.输出保护保护电路+A上页下页后退模拟电子技术基础6.4.5运算电路的误差分析运放低频等效电路－＋－＋（+）rid（）上页下页后退模拟电子技术基础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上页下页后退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上页下页后退模拟电子技术基础故输出电压的相对误差上页下页后退模拟电子技术基础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上页下页后退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上页下页后退模拟电子技术基础故输出电压的相对误差上页下页后退模拟电子技术基础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上页下页后退模拟电子技术基础（1）仅考虑反相输入端的影响+A上页下页后退模拟电子技术基础（2）仅考虑同相输入端和的影响+A上页下页后退模拟电子技术基础（3）仅考虑失调电压的影响+A上页下页后退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上页下页后退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。上页下页后退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，在来一级反相器，即可实现运算上页下页后退模拟电子技术基础+–1mFA360kW1MW••60kW20kW60kW100kW100kWA2A1––++图中运算电路上页下页后退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。上页下页后退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-上页下页后退模拟电子技术基础I1I2+A故输出电压上页下页后退模拟电子技术基础（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后退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后退模拟电子技术基础用运放实现的电路图R11+A3+++++R11R11R12RF2R13R14RF4RF5R15R16RF6CF1CF3A4A5A6A2A1