模拟电子电路模拟集成电路系统2.

二、指数（反对数）运算器BETofffCuUfSuRiRiRIe反对数（指数）运算器－＋uiuoifRfiCRpBEiuueiTuUoSfuIR等效框图：三、乘法器(Multiplier)和除法器(Divider)基本原理：xyuuuuu对数运算X对数运算Y加法运算反对数运算lnuXuYlnuXlnYlnu+=ln（XuYu）XouY=ulnxyuue(lnln)xyuue－＋A1uo＝Kui1·ui2ui1“对数”“对数”“相加器”“反对数”(a)ui2－＋A2－＋A3－＋A4－＋A1uo＝Kui1“对数”“对数”“相减器”“反对数”(b)ui2－＋A2－＋A3－＋A4ui1ui2RR′RRRRRRR图7—17(a)乘法器；(b)除法器u02u01u0321)(ln022103202101221)(lnlnlniiRIuuSSiiTSiTSiTuKueRIuRIuuUuRIuUuRIuUuSii比例运算电路微积分运算电路反相比例运算电路同相比例运算电路电压跟随器微分运算电路积分运算电路加减运算电路反相求和电路同相求和电路差分电路其他运算电路指数运算电路对数运算电路乘法运算电路除法运算电路小结7-1-6V/I变换和I/V变换一、电压源—电流源变换电路(V/I变换)uiR1R2uoR4R3负载－＋AILZL图7-18V/I变换电路oiLouRRRuRRRURIRUuU411414_23)(设R1R3=R2R4，则2RuIiL2RuIiL(7—24)可见，负载电流IL与ui成正比，且与负载ZL无关。)())())()()(][1221)(41323134413224343142413231420234341141432411414411414_23RRRRIRRRRuRRRRIRRRRuRRRRRRRRIRRRRuRRRuIRuRRRuRRRRuRuRRRuRRRuRRRuRRRURIRUuULiLiLiLoiooioiLo（（则若））代入（（）（）（二、电流源—电压源变换电路(I/V变换)uo1M1M(a)(b)－＋A＋15V1Muo－＋A图7-19将光电流变换为电压输出的电路•图7—20所示电路，是用来测量大电流的实际电路。图中R3(=0.01Ω)为电流采样电阻。由于运放输入电流极小，负载电流IL全部流经R3，产生的采样电压U3=R3·IL。运放输出加到场效应管栅极，构成深度负反馈，故利用“虚短路”特性，有U+=U-,即LDIRIR31而场效应管漏极电流ID等于源极电流IS，输出电压Uo为1322RIRRRIULDo(7—25)－＋5G240.01R3R11k3DJ6R25kUoIL负载ID图7-20测量大电流IL的电路LDIRIR311322RIRRRIULDo精密整流电路是由于硅二极管的起始导通电压约为0.7V，用它来进行整流，会产生很大的误差的缘故而提出对小信号电压进行整流，若采用由集成运放组件和二极管组成的如图所示整流电路就可完成对微弱信号进行半波精密整流。半波精密整流电路2+-32612112R1RfD1D2Rpuiu0Au’07-3-1精密整流电路ttuo0ui0(b)Vui＋－uo＋－RL(a)0.7V精密半波整流电路ui=0时uO=0D1、D2uO=0ui0时uO0D1、D2uO=0ui0时uO0D1、D2uO=-(Rf/R1)ui工作原理：uOui-Rf/R1传输特性uituOtuiRfR1-输入正弦波输出半波半波精密整流电路2+-32612112R1RfD1D2Rpuiu0Au’0如果需要对小信号进行绝对值运算，可采用下图所示电路。精密全波整流电路－＋A1－V1RV2RRRui－＋A2uoR(b)2uo1iouu精密全波整流电路(1)当ui0时，uo1=-ui,uo=-ui-2uo1=-ui+2ui=ui(2)当ui＜0时，uo1=0,uo=-ui=-(-|ui|)=|ui|。所以－＋A1－V1RV2RRRui－＋A2uoR(b)2uo1图整流电路波形精密全波整流电路仪器放大器是用来放大微弱差值信号的高精度放大器。特点：KCMR很高、Ri很大，Av在很大范围内可调。三运放仪器放大器uu由G2i1iGRuui得0i由)(G21G2o1oRRRiuu得由减法器A3得：2o656341o34o)1(uRRRRRuRRu若R1=R2=R、R3=R5、R4=R6整理得)21(G342i1iofRRRRuuuAuui1+-A1R1-+A2RGuo1uOui2-+A3R2R3R4R5R6iGuo2(1)当ui＞uo时，uo1＞0，二极管开关V导通，C充电，且整个电路(A1、A2)构成跟随器，uo=uC≈ui，输出跟随ui增大；(2)当ui＜uo时，uo1＜0，V截止，A2输入阻抗很大，C无放电回路，故uo=uC，处于保持状态。这样，即可以实现峰值检波。峰值检波电路0ui，tuo(a)uoui,(b)－＋A1uiuo1－＋A2CuoV图7—46(a)波形；(b)电路•在计算机实时控制和非电量的测量系统中，通常要将模拟量转换为数字量。由于模拟量为时间的连续函数，用数字方法表示模拟量时不可能将模拟量每一瞬时的数值都表示出来，而只能按控制信号的周期对模拟量进行定期采集，使输出准确地跟随输入信号的变化，并将采集的信号保存一段时间（以便在这段时间内转换为数字信号），直至下一个采集命令到达再重新进行采集。取样保持电路2.工作原理1.电路采样阶段：uG为高电平，S闭合(场效应管导通)，ui对存储电容C充电，uo=uC=ui。保持阶段：uG为0，S断开(场效应管截止)，输出保持该阶段开始瞬间的值不变。采样脉冲采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。取样保持电路(a)电路－＋uiuouc控制信号CRS＋－＋－＋－Auiuou0t(b)输入输出信号波形当控制信号u为高电平时，开关闭合，电路处于采样周期。这时ui对存储电容元件C充电，u0=uc=ui，即输出电压跟随输入电压的变化（运算放大器接成跟随器）。当控制电压变为低电平时，开关断开，电路处于保持周期。因为电容元件无放电回路，故uo=uc。输入、输出波形如图uiuou0t(b)输入输出信号波形控制信号(a)电路－＋uiuouc控制信号CRS＋－＋－＋－A取样保持电路uC=ui(ui＞uC,C充电，ui＜uC,C放电)。取样保持电路(b)－＋A1ui－＋A2CuouS双向开关(保持电容)uStuiuoSC0tui，uCuCuiuSt0(a)样品点uStuiuoSC0tui，uCuCuiuSt0(a)样品点图7—47(a)模型；(b)电路电压比较器的功能：电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的大小和极性。用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合。运放工作在开环状态或引入正反馈。7-4非线性电路应用--电压比较器uiur－＋CUCC－UEEuo0uiuourUoHUoL鉴别不灵敏区(a)(b)图7—48电压比较器的符号及传输特性电路中的运放处于非线性状态。uo运放电路中没有负反馈，运放处于非线性状态。vO-+A+VCC-VEE一.单限电压比较器uoui0+Uom-UomUR传输特性特点：运放处于开环状态。当uiUR时,uo=+Uom当uiUR时,uo=-Uom1、ui从同相端输入UR：参考电压ui：被比较信号+uouiUR–Auoui0+Uom-UomUR当uiUR时,uo=+Uom当uiUR时,uo=-Uom2、ui从反相端输入UR：参考电压ui：被比较信号+uoURui–Auoui0+UOM-UOM3、过零比较器:(UR=0时)uoui0+UOM-UOM+uouiUR–AUR：参考电压ui：被比较信号+uoURui–AuoRVZ1UCCC-UEEVZ2)(,)(2121VZVDOLVDVZOHUUUUUUa图7—49输出限幅电路)(VDVZOUUUuoRVD1UCCC-UEEVZVD3VD2VD4,)(21VDVZVDOHUUUUb)(34VDVZVDOLUUUU图7—49输出限幅电路)2(VDVZOUUUtui例：利用电压比较器将正弦波变为方波。uot+Uom-Uom+uouiUR–Auoui0+UZ-UZ电路改进：用稳压管稳定输出电压。电压比较器的另一种形式——将双向稳压管接在负反馈回路上uoUZ+uiUR–A++uiuoUZR´R_脉宽调制器•若参考信号ur为三角波，而输入信号ui为缓变信号，如经传感器变换的温度、压力等信号，则随着ui的变化，输出矩形波的脉宽也随之变化。所以，开环比较器还可实现脉宽调制uoUZ-uiUR+A图7—50(a)过零比较器整形波形；(b)脉宽调制器输出波形uoUZ-uiur+A二.滞回比较器（迟滞比较器）单限比较器电路简单，灵敏度高，但其抗干扰能力差。如果输入电压受到干扰或噪声的影响，在门限电平上下波动，则输出电压将在高、低两个电平之间反复跳变，如下图。若用此输出电压控制电机等设备，将出现误操作。为解决这一问题，常采用滞回电压比较器。uoUZ-uiUR+A存在干扰时，单限比较器的输出、输入波形上门限电压下门限电压RF3、当uo负饱和时(uo=-Uo(sat))：门限电压受输出电压的控制R2uoui+–R1+–+–－－)(o(sat)F22URRRUu)(o(sat)F22URRRUuA(1)反相滞回比较器1、因为有正反馈，所以输出饱和。2、当uo正饱和时(uo=+UO(sat))：－++uoRR2R1uiU+uoui0+Uo(sat)-UomU+’U-’设ui,当ui=U-’uo从-UO(sat)+UO(sat)这时,uo=-UO(sat),U+=U-’设初始值:uo=+UO(sat),U+=U+’设ui,当ui=U+’,uo从+UO(sat)-UO(sat)(U+’-U-’)为回差上门限电压U'+：ui逐渐增加时的门限电压下门限电压U-’ui逐渐减小时的门限电压uiuoO–Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性uitOuoOt+Uo(sat)–Uo(sat)UU两次跳变之间具有迟滞特性——滞回比较器RFR2uoui+–R1+–+–AtuiUom-UomtuiUHUL例：迟滞比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形。－+uoRR2R1uiA2019/12/2440(a)电路uoRR1uiR2(b)传输特性uiuoC_+R1VZ2VZUf图7—52迟滞比较器电路及传输特性鉴别不灵敏区UTLUTHΔU电路改进：用稳压管稳定输出电压。2019/12/2441图7—53迟滞比较器输出波形UTLUTHΔUuiuo)(o(sat)F22RF2FRURRRURRRu改变参考电压UR，可使传输特性沿横轴移动。可见：传输特性不再对称于纵轴，UU+UR–RFR2uoui++–R1+–+–uiuoO–Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性当参考电压UR不等于零时•滞回电压比较器通过引入上、下两个门限电压，以获得正确、稳定的输出电压。•电压比较器有两个门限电平，故传输特性呈滞回形状。(a)电路uoRR1uiR2(b)传输特性uiuoC_+R1VZ2VZUf图7—52迟滞比较器电路及传输特性鉴别不灵敏区引入正反馈，边沿变陡。UTLUTHΔU(a)电路uoRR1uiR2±(UVZ＋UVD)(b)传输特性uiuoUoHUTLUoLUTH－＋C图7—54同相输入迟滞比较器及其传输特性)(VDVZ2