注册电气工程师考试学习资料信号运算电路.ppt

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1、,7 信号的运算电路,3.4 掌握理想运放的虚短、虚地、虚断概念及其分析方法；反相、同相、差动输入比例器及电压跟随器的工作原理，传输特性；积分微分电路的工作原理3.5 掌握实际运放电路的分析；了解对数和指数运算电路工作原理，输入输出关系；乘法器的应用（平方、均方根、除法）,考试大纲要求：,预备知识：集成运放的两种工作状态,1. 运放的电压传输特性：,设：电源电压VCC=10V。 运放的Aod=104,Ui1mV时，运放处于线性区。,Aod越大，线性区越小，当Aod 时，线性区0,7.1 比例运算电路,2.理想运算放大器：,开环电压放大倍数 Aod=差摸输入电阻 Rid=输出电阻 Ro=0,为了

2、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. 线性区,4. 非线性区（正、负饱和状态）,运放工作在非线性区的条件：电路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,一. 反相比例运算,虚地点,i1=if （虚断）,因为有负反馈，利用虚短和虚断,u+ =0,u=u+=0（虚地）,反馈方式：,电压并联负反馈,电压放大倍数:,例 R1=10k , Rf=20k , ui =-1V。求:uo 、Ri。说明R0的作用， R0应为多大？,优点：共模输入电压=0（u

3、=u+=0）缺点：输入电阻小（ Ri=R1）,R0为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R0=R1/Rf,电压放大倍数:,可见：在高比例系数时，R1阻值小，输入电阻小。,输入电阻：,采用T型反馈网络的反相比例电路,目的：在高比例系数时，避免R1阻值太小，使输入电阻太小。,分析：u+=u-=0（虚短） i1=i2 （虚断）,二. 同相比例运算电路,u-= u+= ui,i1=if （虚断）,平衡电阻R=Rf /R1,因为有负反馈，利用虚短和虚断,反馈方式：,电压串联负反馈,优点：输入电阻高缺点：共模输入电压0（u=u+=ui）,电压放大倍数:,Au=1,三.电压跟随器,此电路是同相比例运算的

4、特殊情况，输入电阻大，输出电阻小。在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能更好。,ui=u+= u-= uo,因为有负反馈，利用虚短和虚断：,1. 反相加法器：,若R1 =R2 =R,平衡电阻R0= R1/ R2/Rf,i1 + i2= if,7.2 基本运算电路,一. 加法运算电路,虚地,2. 同相求和运算：,当R1 = R2 = Rf = R时,同相比例运算:,叠加定理,二. 减法运算电路,1、利用加法器和反相比例器,反相比例器,反相加法器,由叠加原理,2、差动减法器,ui1单独作用,反相比例器,ui2单独作用,差动减法器,同相比例器,差动减法器,ui1单独作用,ui2单独

5、作用,叠加,则有：,1. 积分电路,三. 积分和微分电路,反相积分器：如果u i=直流电压,输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。,积分时间,设Uom=15V,ui=+3V, R=10k ,C=1F,求积到饱和值的时间：,练习: 画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形。,应用举例：输入方波，输出是三角波。,EWB仿真,在实用电路中，为了防止低频信号增益过大，常在电容两端并联一电阻来加以限制。,实用积分运算电路,2. 微分电路：,u-= u+= 0,微分电路可把输入方波转化为尖顶波（尖脉冲）输出,EWB仿真,实用微分运算电路,输入端串联一个小电阻来限制输入电流，从而限制了电阻R中的电流。,

6、在反馈电阻R两端并联双向稳压管，以限制输出电压不超过稳压管的稳压值。,相位补偿电容，以防电路产生自激，提高电路稳定性。,保证集成运放中的放大管都始终工作在防大区，避免出现阻塞现象,利用虚短和虚断,逆函数型微分运算电路,积分运算电路,逆函数型微分运算电路,积分运算电路作反馈通路,构成逆函数型微分运算电路即：构成与反馈通路的运算互为逆运算的运算电路,这种思路具有普遍意义：,微分运算电路作反馈通路,逆函数型积分运算电路,乘法运算电路作反馈通路,指数运算电路作反馈通路,逆函数型除法运算电路,逆函数型对数运算电路,PID调节器,比例,微分,积分,一. 对数运算电路,7.3 对数和指数运算电路,利用PN结的指数特性实现对数运算,利用虚短和虚断,BJT的发射结有,注意：ui必须大于零，电路的输出电压小于0.7V,利用虚短和虚断，有,用三极管实现对数运算,注意：ui必须大于零，保证二极管能导通或三极管能正常放大。电路的输出电压小于0.7V。,用三极管实现对数运算,用二极管实现对数运算,可实现任意底对数运算,用三极管实现对数运算,用二极管实现对数运算,受温度影响，运算精度差。,二. 指数运算电路,uO是ui的指数运算,用三极管实现指数运算电路,利用虚短和虚断，电路有,要求,以上两个电路温漂很严重，实际电路也常采用两只对管进行温度补偿。,