从模电到数电的电子技术课件-dz_chap05

(5-1)电子技术第五章线性处理器模拟电路部分(5-2)第五章线性处理器§5.1运放工作在线性区时的特点§5.2信号的运算电路§5.3有源滤波器§5.4电压源、电流源与电压、电流、电阻的测量(5-3)uiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。uiuo_++Ao§5.1运放工作在线性区时的特点CoOMEuUmax例：若UOM=12V，Ao=106，则|ui|12V时，运放处于线性区。线性放大区(5-4)由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。理想运放的条件oAir0or)uu(Auoo虚短路uu0iI放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。虚开路运放工作在线性区的特点一、在分析信号运算电路时对运放的处理(5-5)二、分析运放组成的线性电路的出发点•虚短路•虚开路•放大倍数与负载无关，可以分开分析。0iIuuu+uo_++u–Ii信号的放大、运算有源滤波电路运放线性应用(5-6)5.1.1比例运算电路§5.1信号的运算电路作用：将信号按比例放大。类型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。(5-7)0uui1=i221RuRuoi121RRuuAouuo_++R2R1RPuii1i21.放大倍数虚短路虚开路一、反相比例运算电路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。虚开路(5-8)2.电路的输入电阻ri=R1平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。RP=R1//R2uo_++R2R1RPuii1i2为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大R2，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。(5-9)4.共模电压02uu电位为0，虚地输入电阻小、共模电压为0以及“虚地”是反相输入的特点。_++R2R1RPuii1i23.反馈方式电压并联负反馈输出电阻很小！(5-10)反相比例电路的特点：1.共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。3.由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。4.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。(5-11)uo_++R2R1RPuiR4R3i1i2i4i3M例：求Au=?0uui1=i2虚短路虚开路4324111RRRRuvoM1122RuiRviiM虚开路(5-12))1()111()111(342412414322414322RRRRRRRRRRRRRRRRRRuuAiou4324111RRRRuvoM1122RuiRviiM该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但R3的存在，削弱了负反馈。(5-13)二、同相比例运算电路_++R2R1RPuiuou-=u+=ui12RuRuuiioiouRRu)1(12反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。1211RRuuAou虚短路虚开路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。虚开路(5-14)同相比例电路的特点：3.共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。1.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。(5-15)_++uiuoiouuuu此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。三、电压跟随器结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。(5-16)5.1.2加减运算电路作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。类型：同相求和和反相求和。方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。(5-17)一、反相求和运算R12_++R2R11ui2uoRPui1实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。FPR//R//RR1211(5-18)0uuFiii1211)(21221112iiouRRuRRui12iFi11R12_++R2R11ui2uoRPui1调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。(5-19)二、同相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。22211R//RR//RF-R1RF++ui1uoR21R22ui2(5-20)此电路如果以u+为输入，则输出为：uRRuFo)1(1-R1RF++ui1uoR21R22ui2u+与ui1和ui2的关系如何？))(1(212111111211121iiFouRRRuRRRRRu注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。流入运放输入端的电流为0（虚开路）22221211222122iiuRRRuRRRu(5-21)-R1RF++ui1uoR21R22ui2R´左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？提示：1.虚开路：流入同相端的电流为0。2.节点电位法求u+。(5-22)三、单运放的加减运算电路实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521R//R//RR//R//R(5-23)R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6))((4433643RuRuR//R//Ruiiuu52211RuuRuuRuuoii虚短路虚开路虚开路)(])111([44332211511122115RuRuRuRuRuRRRRuRuRuiiiiiio643521R//R//RR//R//R(5-24)_++R2R1R1ui2uoR2ui1uu112RuuRuuio212RuRuui)(1212iiouuRRu解出：单运放的加减运算电路的特例：差动放大器(5-25)_++R2R1R1ui2uoR2ui1差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（=2R1）,这是由于反相输入造成的。(5-26)例：设计一个加减运算电路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)画电路。系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。-R3RF++ui1uoR2R1ui2R4ui3(5-27)(2)求各电阻值。-R3RF++ui1uoR2R1ui2R4ui3FRRRRR//////3421)(332211RuRuRuRuiiiFok240FRuo=10ui1+8ui2-20ui3k241Rk302Rk123Rk804R(5-28)优点：元件少，成本低。)(443322115RuRuRuRuRuiiiio缺点：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的调整计算不方便。单运放的加减运算电路改进：采用双运放电路。(5-29)四、双运放的加减运算电路-RF1++ui1uo1R1ui2R2R3-RF2++uoR4ui3R5R625461213FFR//R//RR,R//R//RR)(221111RuRuRuiiFo53221141253412)()(RuRuRuRRRRuRuRuiiiFFioFo(5-30)例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0~+5V，现有信号变化范围为-5V~+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0~+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平抬高电路A/D计算机uiuouo=0.5ui+2.5V(5-31)uo=0.5ui+2.5V=0.5(ui+5)V_++10k20k+5V5kui20kuo1uo_++20k20k10k)5(5.0)5(20101iiouuu)5(5.020201ioouuu(5-32)五、三运放电路uo2++A–+ARRRWui1ui2uo1ab+R1R1–+AR2R2uo+(5-33)1iauu2ibuuWbaWooRuuRRuu221WiiRuu2112oouu)(212iiWWuuRRRuo2++A–+ARRRWui1ui2uo1ab+虚短路：虚开路：(5-34))(21212iiWWouuRRRRRu•三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。•由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。)(1212ooouuRRuuo2uo1R1R1–+AR2R2uo+(5-35)例：由三运放放大器组成的温度测量电路。uoR1R1++A3R2R2++A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtuiRt：热敏电阻集成化:仪表放大器(5-36)Rt=f(T°C)uoR1R1++A3R2R2++A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtuiERRRREERRRutttti)(22ERRRRRRRRRuRRRRRuttWWiWWo)(2221212(5-37)1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。2.关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。3.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。比例运算电路与加减运算电路小结(5-38)5.1.3微分运算电路与积分运算电路u–=u+=0RuioFdtduCii1Fii1dtduRCuiouit0t0uoui–++uoRR2i1iFCtuisin若输入：则：)90sin(costRCtRCuo一、微分运算(5-39)i1iFtui0Ruii1dtduCioFdtuRCuio1tuo0输入方波，输出是三角波。ui-++RR2Cuo二、积分运算应用举例1：(5-40)tui0tuo0toUdtRCu01U-UomMomUTRCU1URCUTomMTM积分时限应用举例2：如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请自己计算。运放实验中请自己验证。(5-41)其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。积分电路的主要用途：1.在电子开关中用于延迟。2.波形变换。例：将方波变为三角波。3.A/D转换中，将电压量变为时间量。4.移相。(5-42)运算电路要求1.熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。2.掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。3.会用“虚开路(ii=0)”和“虚短路(u+=u–)”分析给定运算电路的放大倍数。(5-43)滤波电路的分类1.按信号性质分类3.按电路功能分类:低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器2.按所用元件分类§5.3有源滤波器模拟滤波器和数字滤波器无源滤波器和有源滤波器4.按阶数分类:一阶，二阶…高阶(5-44)传递函数：ioioioUUjUjUjT)()()(ioUU)j(T幅频特性io)(相频特性)(jUi)(jUo滤波器传递函数的定义(5-45)ioUU低通高通带通带阻四种典型的频率特性ioUUioUUioUU(5-46)jRjUUio11RCj11oj11)1(RCo