模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程(第三版)楊素行 PPT課件 第六章PPT課件

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1、6.1比例運算電路6.1.1R2 = R1 / RF由于“虛斷”，i+= 0，u+ = 0；由于“虛短”， u- = u+ = 0“虛地”由 iI = iF ，得Fo1IRuuRuu- - - - - -IFIofRRuuAu- - 反相比例運算電路由于反相輸入端“虛地”，電路的輸入電阻為Rif = R1當 R1 RF 時，Auf = -1單位增益倒相器圖 6.1.1第1頁/共26頁6.1.2同相比例運算電路R2 = R1 / RF根據(jù)“虛短”和“虛斷”的特點，可知i+ = i- = 0；又 u- = u+ = uOF11uRRRu - -所以所以IOF11uuRRR 所所以以IFIOf1RR

2、uuAu 得：由于該電路為電壓串聯(lián)負反饋，所以輸入電阻很高；輸出電阻很高。當 RF = 0 或 R1 = 時，Auf = 1電壓跟隨器圖 6.1.2第2頁/共26頁6.1.3差動比例運算電路11RR FFRR 圖 6.1.4差動比例運算電路在理想條件下，由于“虛斷”，i+ = i- = 0IF1FuRRRu OF11IF1FuRRRuRRRu - -由于“虛短”， u+ = u- ，所以：IF1FOF11IF1FuRRRuRRRuRRR 1FIIOfRRuuuAu- - - - 電壓放大倍數(shù)差 模 輸 入電阻Rif = 2R1第3頁/共26頁三種比例運算電路之比較反相輸入反相輸入同相輸入同相輸

3、入差分輸入差分輸入電電路路組組成成要求要求 R2 = R1 / RF要求要求 R2 = R1 / RF要求要求 R1 = R1 RF = RF電壓電壓放大放大倍數(shù)倍數(shù)uO與與 uI 反相，反相， 可大于、小于或等可大于、小于或等于于 1uO 與與 uI 同相，放大倍同相，放大倍數(shù)可大于或等于數(shù)可大于或等于 1RifRif = R1不高不高Rif = (1 + Aod) Rid 高高Rif = 2R1 不高不高Ro低低低低低低性能性能特點特點實現(xiàn)反相比例運算；實現(xiàn)反相比例運算；電壓并聯(lián)負反饋；電壓并聯(lián)負反饋； “虛地虛地”實現(xiàn)同相比例運算；實現(xiàn)同相比例運算；電壓串聯(lián)負反饋；電壓串聯(lián)負反饋； “虛

4、短虛短”但不但不“虛地虛地”實現(xiàn)差分比例運算實現(xiàn)差分比例運算( (減法減法) ) “虛短虛短”但不但不“虛地虛地”IFIOfRRuuAu- - IFIOf1RRuuAu 1FIIOfRRuuuAu- - - - ) )時時當當( ( , FF11RRRR fuA第4頁/共26頁6.1.4比例電路應用實例兩個放大級。結(jié)構(gòu)對稱的 A1、A2 組成第一級，互相抵消漂移和失調(diào)。A3 組成差分放大級，將差分輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出。當加入差模信號 uI 時，若 R2 = R3 ，則 R1 的中點為交流地電位，A1、A2 的工作情況將如下頁圖中所示。圖 6.1.6三運放數(shù)據(jù)放大器原理圖第5頁/共26頁圖 6.1

5、.7由同相比例運放的電壓放大倍數(shù)公式，得1212I1O1212/1RRRRuu I112O1)21(uRRu 則同理I212I213O2)21()21(uRRuRRu 所以I12I2I112O2O1)21()(21(uRRuuRRuu - - - -則第一級電壓放大倍數(shù)為：12Io2o121RRuuu - -改變 R1，即可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。R1 開路時，得到單位增益。第6頁/共26頁A3 為差分比例放大電路。當 R4 = R5 ，R6 = R7 時，得第二級的電壓放大倍數(shù)為46O2O1ORRuuu- - - -所以總的電壓放大倍數(shù)為)21(1246Io2o1o2o1oIoRRRRuuuuuuuu

6、Au - - - - - - 在電路參數(shù)對稱的條件下，差模輸入電阻等于兩個同相比例電路的輸入電阻之和idod211i)21(2RARRRR 第7頁/共26頁例：在數(shù)據(jù)放大器中， R1 = 2 k， R2 = R3 = 1 k， R4 = R5 = 2 k， R6 = R7 = 100 k，求電壓放大倍數(shù)； 已知集成運放 A1、A2 的開環(huán)放大倍數(shù) Aod = 105，差模輸入電阻 Rid = 2 M，求放大電路的輸入電阻。100)2121(2100)21( 1246IO- - - - - - RRRRuuAu解：解： M102M 2)1012221(2)21(2 55idod211iRARRR

7、R第8頁/共26頁6.2求和電路求和電路的輸出量反映多個模擬輸入量相加的結(jié)果。6.2.1反相輸入求和電路F321/RRRRR 由于“虛斷”，i- = 0所以：i1 + i2 + i3 = iF又因“虛地”，u- = 0所以：FO3I32I21I1RuRuRuRu- - )(I33FI22FI11FOuRRuRRuRRu - - 當 R1 = R2 = R3 = R 時，)(I3I2I11FOuuuRRu - - 圖 6.2.1第9頁/共26頁6.2.2同相輸入求和電路由于“虛斷”，i = 0，所以：RuRuuRuuRuu - - - - - - 3I32I21I1解得：I33I22I11uRR

8、uRRuRRu 其中：RRRRR /321由于“虛短”，u+ = u-)(1()1()1(I33I22I111F1F1FOuRRuRRuRRRRuRRuRRu - -圖 6.2.2第10頁/共26頁圖 6.2.3例 6.2.2 電路例：用集成運放實現(xiàn)以下運算關(guān)系I3I2I1O3 . 1102 . 0uuuu - - 解：)3 . 12 . 0()(I3I1I33F1I11F1O1uuuRRuRRu - - - - )10()(I2O1I24F2O12F2OuuuRRuRRu - - - - 第11頁/共26頁)3 . 12 . 0()(I3I1I33F1I11F1O1uuuRRuRRu - -

9、 - - )10()(I2O1I24F2O12F2OuuuRRuRRu - - - - 比較得：10, 1,3 . 1,2 . 02F24F23F11F1 RRRRRRRR選 RF1 = 20 k，得： R1 = 100 k， R3 = 15.4 k；選 RF2 = 100 k，得： R4 = 100 k， R2 = 10 k。 k8/F1311RRRR k3 . 8/F2422RRRR第12頁/共26頁6.3積分和微分電路6.3.1積分電路RR 由于“虛地”，u- = 0，故uO = -uC又由于“虛斷”，iI = iC ，故uI = iIR = iCR得： - - - - - - tuRC

10、tiCuuCCd1d1IO = RC積分時間常數(shù)圖 6.3.1第13頁/共26頁積分電路的輸入、輸出波形(1)輸入電壓為矩形波圖 6.3.2t0t1tuIOtuOOUI)(d10IIOttRCUtuRCu- - - - - 當 t t0 時，uI = 0，uO = 0；當 t0 t1 時， uI = 0，uo 保持 t = t1 時的輸出電壓值不變。即輸出電壓隨時間而向負方向直線增長。 第14頁/共26頁(二)輸入電壓為正弦波tUu sinmI tRCUttURCu cosdsin1mmO - - tuOORCU m可見，輸出電壓的相位比輸入電壓的相位領(lǐng)先 90 。因此，此時積分電路的作用是移

11、相。tuIOUm 2 3圖 6.3.2第15頁/共26頁6.3.2微分電路圖 6.3.5基本微分電路由于“虛斷”，i- = 0，故iC = iR又由于“虛地”， u+ = u- = 0 ，故tuRCRiRiuCRddCO- - - - - - 可見，輸出電壓正比于輸入電壓對時間的微分。微分電路的作用：實現(xiàn)波形變換。第16頁/共26頁6.4對數(shù)和指數(shù)電路6.4.1對數(shù)電路由二極管方程知)1e (DSD- - TUuIi當 uD UT 時，TUuIiDeSD 或：SDDlnIiUuT 利用“虛地”原理，可得：RIuUIiUIiUuuTRTTSISSDDOlnlnln- - - - - - - -

12、用三極管代替二極管可獲得較大的工作范圍。圖 6.4.2第17頁/共26頁6.4.2指數(shù)電路當 uI 0 時，根據(jù)集成運放反相輸入端“虛地”及“虛斷”的特點，可得：TTUuUuIIiIBEeeSSI 所以：TUuRRIRiRiuIeSIO- - - - - - 可見，輸出電壓正比于輸入電壓的指數(shù)。圖 6.4.3第18頁/共26頁6.5乘法和除法電路6.5.1由對數(shù)及指數(shù)電路組成的乘除電路乘法電路的輸出電壓正比于其兩個輸入電壓的乘積，即uo = uI1uI2求對數(shù)，得：I2I1I2I1Olnln)ln(lnuuuuu 再求指數(shù)，得：I2I1lnlnOeuuu 所以利用對數(shù)電路、求和電路和指數(shù)電路，

13、可得乘法電路的方塊圖：對數(shù)電路對數(shù)電路uI1uI2lnuI1lnuI2求和電路lnuI1+ lnuI2指數(shù)電路uO = uI1uI2圖 6.5.1第19頁/共26頁同理：除法電路的輸出電壓正比于其兩個輸入電壓相除所得的商，即：I2I1Ouuu 求對數(shù)，得：I2I1I2I1Olnlnlnlnuuuuu- - 再求指數(shù)，得：I2I1lnlnOeuuu- - 所以只需將乘法電路中的求和電路改為減法電路即可得到除法電路的方塊圖：對數(shù)電路對數(shù)電路uI1uI2lnuI1lnuI2減法電路lnuI1- lnuI2指數(shù)電路I2I1Ouuu 圖 6.5.2第20頁/共26頁6.5.2模擬乘法器uI1uI2uO圖

14、 6.5.3模擬乘法器符號輸出電壓正比于兩個輸入電壓之積uo = KuI1uI2比例系數(shù) K 為正值同相乘法器；比例系數(shù) K 為負值反相乘法器。變跨導式模擬乘法器：是以恒流源式差動放大電路為基礎(chǔ)，采用變跨導的原理而形成。第21頁/共26頁圖 6.5.5變跨導式模擬乘法器的原理：恒流源式差動放大電路的輸出電壓為：I1becOurRu - - EQbbbe)1(IUrrT 當 IEQ 較小、電路參數(shù)對稱時，II21EQ 所以：IUrT)1(2be IuURIuURuTTI1cI1cO2)1(2- - - - 結(jié)論：輸出電壓正比于輸入電壓 uI1 與恒流源電流 I 的乘積。第22頁/共26頁設(shè)想：使

15、恒流源電流 I 與另一個輸入電壓 uI2 成正比，則 uO 正比于 uI1 與 uI2 的乘積。當 uI2 uBE3 時，eI2eBE3I2RuRuuI - - 即：I2I1I2I1ecO2uKuuuURRuT - - 圖 6.5.6變跨導式乘法器原理電路第23頁/共26頁乘法模擬器的應用：uIuO圖 6.5.71. 平方運算2OIKuu 圖 6.5.82. 除法運算OI2O1uKuu 因為 i1 = i2 ，所以：OI222O11I1uuRKRuRu- - - - 則：2I1I12OuuKRRu- - 第24頁/共26頁3. 倍頻tUuu sinmI2I1 若乘法器的兩輸入端均接正弦波電壓，即：則乘法器輸出電壓為：)2cos1(21)sin(2m2mI2I1OtUtUKuKuu - - 4. 功率測量將被測電路的電壓信號和電流信號分別接到乘法器的兩個輸入端，則輸出電壓即為被測電路的功率。第25頁/共26頁感謝您的觀看。第26頁/共26頁