【电子教案--模拟电子技术】第六章集成电路运算放大器的线性

模拟电子技术集成电路运算放大器的线性应用第六章小结6.1一般问题6.2基本运算电路6.3对数和指数运算电路6.4集成模拟乘法器6.5有源滤波电路模拟电子技术运算放大器的两个工作区域（状态）1.运放的电压传输特性：设：电源电压±VCC=±10V。运放的AVO=104│Ui│≤1mV时，运放处于线性区。AVO越大，线性区越小，当AVO→∞时，线性区→06.1一般问题模拟电子技术2.理想运算放大器：开环电压放大倍数AV0=∞差摸输入电阻Rid=∞输出电阻R0=0为了扩大运放的线性区，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.线性区模拟电子技术4.非线性区（正、负饱和输出状态）运放工作在非线性区的条件：电路中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模拟电子技术6.2基本运算电路6.2.1比例运算6.2.2加法与减法运算6.2.3微分与积分运算6.2.4基本运算电路应用举例模拟电子技术6.2.1比例运算一、反相比例运算运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断0ii虚断F1ii-0uu虚地fFORiu1f11fFiofRRRiRiuuAu为使两输入端对地直流电阻相等：R2=R1//Rf平衡电阻特点：1.为深度电压并联负反馈，Auf=Rf/R12.输入电阻较小RifRifRif=R13.uIC=0，对KCMR的要求低u+=u=0虚地模拟电子技术二、同相比例运算IuuuF1ii，fIO1IRuuRuI1fO)1(uRRu1ff1RRAuAuf=1跟随器当R1=，Rf=0时，特点：1.为深度电压串联负反馈，Auf=1+Rf/R12.输入电阻大Rif=3.，对KCMR的要求高uIC=uiu+=u=uI模拟电子技术6.2.2加法与减法运算一、加法运算1.反相加法运算R3=R1//R2//RfiFi1+i22I21I1fORuRuRu)(2I21I1fORuRuRu若Rf=R1=R2则uO=(uI1+uI2)模拟电子技术R2//R3//R4=R1//RfuRRu)1(1fO)////////)(1(I242342I1432431fOuRRRRRuRRRRRRRuI242342I143243////////uRRRRRuRRRRRu若R2=R3=R4，则uO=uI1+uI2Rf=2R12.同相加法运算模拟电子技术法1：利用叠加定理uI2=0uI1使：I11fO1uRRuuI1=0uI2使：uRRu)1(1fO22If1f1f2O)1(uRRRRRu一般R1=R1；Rf=RfuO=uO1+uO2=Rf/R1(uI2uI1)法2：利用虚短、虚断f1fI1f11ORRRuRRRuuf1fI2RRRuuuuo=Rf/R1(uI2uI1)减法运算实际是差分电路二、减法运算模拟电子技术6.2.3微分与积分运算tuCiddI11R2=Rf0u虚地foFRuiF1ii虚断tuCRRiuddI1ffFORfC1=—时间常数微分电路输出电压:一、微分运算uItOuOtO模拟电子技术二、积分运算1I1RuituCiddoF=)0(d1oIf1CutuCRu当uI=UI时，f1IoCRtUu设uC(0)=0时间常数=R1Cf积分电路输出电压：tuIOtuOO模拟电子技术6.2.4基本运算电路应用举例例6.2.1测量放大器(仪用放大器)同相输入同相输入差分输入uo1uo2对共模信号：uO1=uO2则uO=0对差模信号：R1中点为交流地模拟电子技术)2/1(1I12O1，uRRu)2/1(2I12O2，uRRu)(o1o234OuuRRu))(21(I2I11234uuRRRR)21(1234I2I1oRRRRuuuAu为保证测量精度需元件对称性好模拟电子技术u+=u=usio=i1=us/R11.输出电流与负载大小无关2.恒压源转换成为恒流源特点：例6.2.2电压—电流转换器例6.2.3利用积分电路将方波变成三角波模拟电子技术10k10nF时间常数=R1Cf=0.1ms)(d1o1If121tutuCRuCtt设uC(0)=0tutd51.01o1.00ms1.0=5VuI/Vt/ms0.10.30.555uO/Vt/ms5d)5(1.01o3.01.0ms3.0tut=5V55模拟电子技术例6.2.4差分运算电路的设计条件：Rf=10k要求：uo=uI12uI2I21fOuRRu1I3231f)1(uRRRRR21fRRR1=5k31323RRRR2=2R3R2//R3=R1//Rf=5//10R2=10kR3=5k模拟电子技术例6.2.5开关延迟电路电子开关当uO6V时S闭合，V6f1IOtCRUu610510384tms1ttuOO6V1msuItO3VtusO3V模拟电子技术V1O1UV320302O2UV2.1)20//30301(30//203030//201.2O3UV35.3)20//30301(30//302030//305.3O4UV35.35.252.131OU课堂练习模拟电子技术I112)/1(uRRI221211I12o)1()1(uRRRRuRRu)I1I221)(1(uuRR模拟电子技术6.3对数和指数运算电路6.3.1对数电路6.3.2指数电路模拟电子技术DOvvRviiiRDTD/SDeVvIiSDTDIilnVv6.3.1对数电路SITSDTRIvlnVIilnV利用PN结的指数特性实现对数运算模拟电子技术TBETBEeI1)(eIiiESESECuuuuBJT的发射结有也可利用半导体三极管实现对数运算模拟电子技术其中，IES是发射结反向饱和电流，uO是ui的对数运算。BEOuu注意：ui必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏利用虚短和虚断，电路有RuiiiCTBEeESECuuIiiESTiTOlnlnIuRuuu模拟电子技术6.3.2反对数（指数）电路uo=–RFISeui/UT输入与输出的关系式为:模拟电子技术uO是ui的反对数运算（指数运算）用半导体三极管实现反对数运算电路BEiuu利用虚短和虚断，电路有要求V7.0BEiuuTieESOuuIuRiuFOTBEeESEFuuIii以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路模拟电子技术6.4集成模拟乘法器6.4.2单片集成模拟乘法器6.4.1集成模拟乘法器的基本工作原理6.2集成模拟乘法器的应用电路6.4.3集成模拟乘法器的应用电路模拟电子技术6.4.1模拟乘法器的基本工作原理一、模拟乘法器的基本特性符号KXYXYuxuyuouO=KuxuyK—增益系数类型单象限乘法器ux、uy皆为固定极性二象限乘法器一个为固定极性，另一个为可正可负四象限乘法器ux、uy皆为可正可负模拟电子技术理想乘法器：对输入电压没有限制，ux=0或uy=0时，uO=0实际乘法器：ux=0,uy=0时，uO0—输出失调电压ux=0，uy0时，或uy=0，ux0时，—输出馈通电压uO0模拟电子技术二、可变跨导乘法器的工作原理XbeOurRβuCC3TE1Tbbbe2)1()1(IUβIUβrrXTC3O)1(2uUβIRβuCXTC3C2uUIR当uYuBE3时，IC3≈uY/RE模拟电子技术YXYXTEO2uKuuuURRuCTE2URRKC要求uY0故为二象限乘法器因IC3随uY而变，其比值为电导量，称变跨导乘法器当uY较小时，相乘结果误差较大模拟电子技术6.4.2单片集成模拟乘法器MC1496—双差分对模拟乘法器V1、V2、V5—模拟乘法器V3、V4、V6—模拟乘法器V7~V9、R5—电流源电路R5、V7、R1—电流源基准V8、V9—提供0.5I0模拟电子技术RY—引入负反馈，扩大uY的线性动态范围YXTYOuuURRuCYXuKuTYURRKC其中，uXUT(26mV)Y0YY022RIuRI增益系数模拟电子技术MC1595+VCCuYR1RCMC1595129478512R3RCuX1461011313R13RXRYuO–VEEI0/2I0/2YX0YxO4uuIRRRuCYXuKu0Yx4IRRRKCX0xX022RIuRIY0YY022RIuRI负反馈电阻，用以扩大uX、uY范围模拟电子技术6.4.3.1基本运算电路一、平方运算KXYXYuIuo2IO)(uKu6.4.3集成模拟乘法器的应用电路二、除法运算模拟电子技术8u1R1uOR2XYKXYu3u21123uRRu2112OuuKRRu2OuKu当u10时，uO0，为使u30，则u20当u10时，uO0，为使u30，则u20条件：u3与u1必须反相(保证负反馈)u20模拟电子技术三、平方根运算2OOKuuIuKuuIO(uI0)四、压控增益uO=KuXuY设uX=UXQ则uO=(KUXQ)uY调节直流电压UXQ，则调节电路增益8uIRuORXYKXYu'O模拟电子技术6.5有源滤波电路6.5.2有源高通滤波电路6.5.3有源带通滤波电路6.5.1有源低通滤波电路模拟电子技术滤波电路—有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。分类：按处理方法分硬件滤波软件滤波按所处理信号分模拟滤波器数字滤波器按构成器件分无源滤波器有源滤波器引言模拟电子技术按频率特性分低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器理想滤波器的频率特性fuAlg20·fuAlg20·fuAlg20·fuAlg20·通通通阻通阻通阻阻阻低通高通带通带阻按传递函数分一阶滤波器二阶滤波器N阶滤波器:模拟电子技术6.5.1有源低通滤波电路(LPF—LowPassFilter)—通带放大倍数)1(j1j11fioRRCRCUUAu···一、一阶LPFRf8CR1RoU·iU·Hfj1ffAu其中，Auf=1+Rf/R1fH=1/2RC—上限截止频率Hfj11f/fAAuu·2Hf)/(11lg20lg20ffAAuu·)/(arctanHfffH归一化幅频特性fdB/lg20fuuAA·0320dB/十倍频模拟电子技术二、二阶LPF1.简单二阶LPF8CR1RCRRfoU·iU·PU·通带增益：Auf=1+Rf/R1问题：在f=fH附近，输出幅度衰减大。–40dB/十倍频40f/fH0102010301dB/lg20fuuAA·改进思路：在提升fH附近的输出幅度。模拟电子技术2.实用二阶LPF8CR1RfRCRoU·iU·RCf212nnQ=1/(3Auf)Q—等效品质因数40f/fn0310201030Q=0.707Q=1Q=2Q=51dB/lg20fuuAA·n2nfioj)(1QAUUAuu···正反馈提升了fn附近的Au。Good!Auf=3时Q电路产生自激振荡uA·–40dB/十倍频特征频率：当Q=0.707时，fn=fH模拟电子技术例6.5.1已知R=160k，C=0.01F，R1=170k，Rf=100k，求该滤波器的截止频率、通带增益及Q值。8CR1RfRCRoU·iU·[解]:RCf21nz(5.991001.0106012163nf特征频率模拟电子技术588.1170100111ffRRAuQ=1/(3Auf)=