工学模电第七章学习教案.pptx

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1、会计学1工学模电第七章工学模电第七章第一页，共32页。7.1理想(lxing)运算放大器7.1.1理想(lxing)运放的技术指标开环差模电压(diny)增益 Aod = ；输出电阻 ro = 0；共模抑制比 KCMR = ；差模输入电阻 rid = ；UIO = 0、IIO = 0、 UIO = IIO = 0；输入偏置电流 IIB = 0；- 3 dB 带宽 fH = ，等等。第1页/共32页第二页，共32页。7.1.2理想运放(yn fn)工作在线性区时的特点输出(shch)电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即)(odO- - - - uuAu- -u uOu- -i i+A

2、od理想(lxing)运放工作在线性区特点：1. 理想运放的差模输入电压等于零0)(odO - - - Auuu即- - uu“虚短”图 7.1.1集成运放的电压和电流第2页/共32页第三页，共32页。2. 理想运放(yn fn)的输入电流等于零由于 rid = ，两个输入(shr)端均没有电流，即0 - - ii“虚断”7.1.3理想(lxing)运放工作在非线性区时的特点传输特性+UOPPuOu+-u-O-UOPP理想特性图 7.1.2集成运放的传输特性第3页/共32页第四页，共32页。理想运放(yn fn)工作在非线性区特点：当 u+ u- 时，uO = + UOPP当 u+ u- 时,

3、 uO = - UOPP1. uO 的值只有(zhyu)两种可能在非线性区内，(u+ - u-)可能(knng)很大，即 u+ u-。 “虚短”不存在2. 理想运放的输入电流等于零0 - - ii（由于 rid = ）第4页/共32页第五页，共32页。实际运放(yn fn) Aod ，当 u+ 与 u- 差值比较小时，满足 Aod (u+ - u- )UOPP，认为运放(yn fn)工作在线性区。例如：F007 的 Uopp = 14 V，Aod 2 105 ， 线 性 区 内 输 入 电 压(diny)范围V70102V 145odOPP - - - AUuuuOu+-u-O实际特性非线性区

4、非线性区线性区但线性区范围(fnwi)很小。图 7.1.2集成运放的传输特性第5页/共32页第六页，共32页。7.2比例(bl)运算电路7.2.1R2 = R1 / RF由于(yuy)“虚断”，i+= 0，u+ = 0；由于(yuy)“虚短”， u- = u+ = 0“虚地”由 iI = iF ，得oI1FuuRR-oFfI1uuRAuR -反相比例运算电路由于反相输入端“虚地”，电路的输入电阻为Rif = R1图 7.2.1第6页/共32页第七页，共32页。7.2.2同相比例运算(yn sun)电路R2 = R1 / RF根据(gnj)“虚短”和“虚断”的特点，可知i+ = i- = 0；所

5、以1IFO1FRu = u =uR + ROFfI11uuRAuR得：由于(yuy)该电路为电压串联负反馈，所以输入电阻很高；输出电阻很低。当 RF = 0 或 R1 = 时，Auf = 1电压跟随器图 7.2.2OIuu第7页/共32页第八页，共32页。7.2.3差分比例运算(yn sun)电路11RR FFRR 图 7.2.4差分比例运算电路在理想(lxing)条件下，由于“虚断”，i+ = i- = 0IF1FuRRRu OF11IF1FuRRRuRRRu - -由于(yuy)“虚短”， u+ = u- ，所以：IF1FOF11IF1FuRRRuRRRuRRR 1FIIOfRRuuuAu

6、- - - - 电压放大倍数差模输入电阻Rif = 2R1第8页/共32页第九页，共32页。三种比例运算(yn sun)电路之比较反相比例反相比例同相比例同相比例差分比例差分比例电电路路组组成成 R2 = R1 / RF R2 = R1 / RF R1 = R1 RF = RF电压电压放大放大倍数倍数uO与与 uI 反相，反相， 大于、小于或等于大于、小于或等于 1uO 与与 uI 同相，放大倍同相，放大倍数大于或等于数大于或等于 1RifRif = R1 不高不高Rif 高高Rif = 2R1 不高不高Ro低低低低低低性能性能特点特点实现反相比例运算实现反相比例运算电压并联负反馈电压并联负反

7、馈 “虚地虚地”实现同相比例运算实现同相比例运算电压串联负反馈电压串联负反馈 “虚短虚短”但不但不“虚地虚地”实现差分比例运算实现差分比例运算“虚短虚短”但不但不“虚地虚地”IFIOfRRuuAu- - IFIOf1RRuuAu 1FIIOfRRuuuAu- - - - ) )时时当当( ( , FF11RRRR fuA第9页/共32页第十页，共32页。7.2.4比例电路(dinl)应用实例两个放大级。结构对称的 A1、A2 组成第一级，互相抵消(dxio)漂移和失调。A3 组成差分放大级，将差分输入转换(zhunhun)为单端输出。当加入差模信号 uI 时，若 R2 = R3 ，则 R1 的

8、中点为交流地电位，A1、A2 的工作情况将如下页图中所示。图 7.2.6三运放数据放大器原理图求电压放大倍数：第10页/共32页第十一页，共32页。由同相比例运放的电压放大倍数(bish)公式，得1212I1O1212/1RRRRuu I112O1)21(uRRu 则同理I212I213O2)21()21(uRRuRRu 所以(suy)I12I2I112O2O1)21()(21(uRRuuRRuu - - - -则第一级电压(diny)放大倍数为：12Io2o121RRuuu - -改变 R1，即可调节放大倍数。R1 开路时，得到单位增益。图 7.2.71R第11页/共32页第十二页，共32页

9、。A3 为差分比例放大(fngd)电路。当 R4 = R5 ，R6 = R7 时，得第二级的电压(diny)放大倍数为46O2O1ORRuuu- - - -所以总的电压放大(fngd)倍数为)21(1246Io2o1o2o1oIoRRRRuuuuuuuuAu - - - - - - 第12页/共32页第十三页，共32页。第13页/共32页第十四页，共32页。7.3求和(qi h)电路求和电路(dinl)的输出量反映多个模拟输入量相加的结果。7.3.1反相输入求和(qi h)电路F321/RRRRR 由于“虚断”，i- = 0所以：i1 + i2 + i3 = iF又因“虚地”，u- = 0所以

10、：FO3I32I21I1RuRuRuRu- - )(I33FI22FI11FOuRRuRRuRRu - - 当 R1 = R2 = R3 = R 时，)(I3I2I11FOuuuRRu - - 图 7.3.1第14页/共32页第十五页，共32页。7.3.2同相输入求和(qi h)电路由于(yuy)“虚断”，i+ = 0，所以：RuRuuRuuRuu - - - - - - 3I32I21I1解得：I33I22I11uRRuRRuRRu 其中(qzhng)：RRRRR /321由于“虚短”，u+ = u-)(1()1()1(I33I22I111F1F1FOuRRuRRuRRRRuRRuRRu -

11、 -图 7.3.2第15页/共32页第十六页，共32页。图 7.3.3例 7.3.2 电路例：用集成运放实现以下运算(yn sun)关系I3I2I1O3 . 1102 . 0uuuu - - 解：)3 . 12 . 0()(I3I1I33F1I11F1O1uuuRRuRRu - - - - F2F2OO1I2O1I242()(10)RRuuuuuRR= -+= -+第16页/共32页第十七页，共32页。)3 . 12 . 0()(I3I1I33F1I11F1O1uuuRRuRRu - - - - F2F2OO1I2O1I242()(10)RRuuuuuRR= -+= -+比较(bjio)得：1

12、0, 1,3 . 1,2 . 02F24F23F11F1 RRRRRRRR选 RF1 = 20 k，得： R1 = 100 k， R3 = 15.4 k；选 RF2 = 100 k，得： R4 = 100 k， R2 = 10 k。 k8/F1311RRRR k3 . 8/F2422RRRR第17页/共32页第十八页，共32页。7.4积分(jfn)和微分电路7.4.1积分电路RR 由于(yuy)“虚地”，u- = 0，故uO = -uC又由于(yuy)“虚断”，iI = iC ，故uI = iIR = iCR得： - - - - - - tuRCtiCuuCCd1d1IO = RC积分时间常数

13、图 7.4.1 若在开始积分之前，电容两端已经存在一个初始电压，则积分电路将有一个初始的输出电压OI1d(0)OuutURC -第18页/共32页第十九页，共32页。积分电路的应用(yngyng)：(1)波形(b xn)变换图 7.4.2t0t1tuIOUI)(d10IIOttRCUtuRCu- - - - - 当 t t0 时，uI = 0，uO = 0；当 t0 t1 时， uI = 0，uo 保持 t = t1 时的输出电压值不变。即输出电压随时间而向负方向直线增长。 OI1d(0)OuutURC -设电容初始电压为0tuOOI10()UttRC-第19页/共32页第二十页，共32页。(

14、2)移相tUu sinmI tRCUttURCu cosdsin1mmO - - tuOORCU m可见，输出(shch)电压的相位比输入电压的相位领先 90 。因此，此时积分电路的作用是移相。tuIOUm 2 3图 7.4.2例7.4.1、例7.4.2（P296）第20页/共32页第二十一页，共32页。7.4.2微分电路图 7.4.5基本微分电路由于(yuy)“虚断”，i- = 0，故iC = iR又由于(yuy)“虚地”， u+ = u- = 0 ，故CIOddddRCuuui Ri RRCRCtt - - - -可见，输出电压正比于输入(shr)电压对时间的微分。微分电路的作用：实现波形

15、变换和移相作用。第21页/共32页第二十二页，共32页。7.5对数(du sh)和指数电路7.5.1对数(du sh)电路由二极管方程(fngchng)知)1e (DSD- - TUuIi当 uD UT 时，TUuIiDeSD 或：SDDlnIiUuT 利用“虚地”原理，可得：RIuUIiUIiUuuTRTTSISSDDOlnlnln- - - - - - - - 用三极管代替二极管可获得较大的工作范围。图 7.5.2第22页/共32页第二十三页，共32页。7.5.2指数(zhsh)电路当 uI 0 时，根据集成(j chn)运放反相输入端“虚地”及“虚断”的特点，可得：TTUuUuIIiIB

16、EeeSSI 所以(suy)：TUuRRIRiRiuIeSIO- - - - - - 可见，输出电压正比于输入电压的指数。图 7.5.3第23页/共32页第二十四页，共32页。7.6乘法(chngf)和除法电路7.6.1由对数及指数(zhsh)电路组成的乘除电路乘法电路的输出电压(diny)正比于其两个输入电压(diny)的乘积，即uo = uI1uI2求对数，得：I2I1I2I1Olnln)ln(lnuuuuu 再求指数，得：I2I1lnlnOeuuu 所以利用对数电路、求和电路和指数电路，可得乘法电路的方块图：对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2求和电路lnuI1+ lnuI2

17、指数电路uO = uI1uI2图 7.6.1第24页/共32页第二十五页，共32页。同理：除法电路的输出电压正比(zhngb)于其两个输入电压相除所得的商，即：I2I1Ouuu 求对数(du sh)，得：I2I1I2I1Olnlnlnlnuuuuu- - 再求指数(zhsh)，得：I2I1lnlnOeuuu- - 所以只需将乘法电路中的求和电路改为减法电路即可得到除法电路的方块图：对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2减法电路lnuI1- lnuI2指数电路I2I1Ouuu 图 7.6.2第25页/共32页第二十六页，共32页。7.6.2模拟(mn)乘法器uI1uI2uO图 7.6.

18、3模拟乘法器符号输出电压正比(zhngb)于两个输入电压之积uo = KuI1uI2比例系数(xsh) K 为正值同相乘法器；比例系数(xsh) K 为负值反相乘法器。变跨导式模拟乘法器：是以恒流源式差动放大电路为基础，采用变跨导的原理而形成。实现方式第26页/共32页第二十七页，共32页。图 7.6.5变跨导式模拟(mn)乘法器的原理：恒流源式差动放大电路(dinl)的输出电压为：I1becOurRu - - EQbbbe)1(IUrrT 当 IEQ 较小、电路参数(cnsh)对称时，II21EQ 所以：IUrT)1(2be IuURIuURuTTI1cI1cO2)1(2- - - - 结论

19、：输出电压正比于输入电压 uI1 与恒流源电流 I 的乘积。第27页/共32页第二十八页，共32页。设想：使恒流源电流 I 与另一个输入电压 uI2 成正比(zhngb)，则 uO 正比(zhngb)于 uI1 与 uI2 的乘积。当 uI2 uBE3 时，eI2eBE3I2RuRuuI - - 即：I2I1I2I1ecO2uKuuuURRuT - - 图 7.6.6变跨导式乘法器原理电路第28页/共32页第二十九页，共32页。模拟(mn)乘法器的应用：uIuO图 7.6.71. 平方(pngfng)运算2OIKuu 图 7.6.82. 除法(chf)运算OI2O1uKuu 因为 i1 = i2 ，所以：OI222O11I1uuRKRuRu- - - - 则：2I1I12OuuKRRu- - 第29页/共32页第三十页，共32页。3. 倍频(bi pn)tUuu sinmI2I1 若乘法器的两输入(shr)端均接正弦波电压，即：则乘法器输出(shch)电压为：)2cos1(21)sin(2m2mI2I1OtUtUKuKuu - - 4. 功率测量将被测电路的电压信号和电流信号分别接到乘法器的两个输入端，则输出电压即为被测电路的功率。第30页/共32页第三十一页，共32页。第31页/共32页第三十二页，共32页。