模拟电子技术chapt07

模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院第七章信号运算与处理电路小结7.1概述7.2基本运算电路7.3模拟乘法器及其应用7.4有源滤波电路第七章信号运算与处理电路模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院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Au=104│Ui│≤1mV时，运放处于线性区。Au越大，线性区越小，当Au→∞时，线性区→07.1概述7.1概述（1）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院2.理想运算放大器：开环电压放大倍数Au=∞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（i+=i-=0）3.线性区7.1概述（2）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院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7.1概述（3）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院7.2基本运算电路7.2.1比例运算电路7.2.2加减运算电路7.2.3积分运算电路与微分运算电路7.2.4对数运算电路与指数运算电路7.2基本运算电路模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院7.2.1比例运算电路一、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7.2.1比例运算电路（1）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院二、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=uI7.2.1比例运算电路（2）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院7.2.2加减运算电路一、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)7.2.2加减运算电路（1）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院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7.2.2加减运算电路（2）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院法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7.2.2加减运算电路（3）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院7.2.3积分运算电路与微分运算电路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uItOuOtO7.2.3积分运算电路与微分运算电路（1）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院二、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：tuIOtuOO7.2.3积分运算电路与微分运算电路（2）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院基本运算电路应用举例例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7.2.3积分运算电路与微分运算电路（3）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院)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7.2.3积分运算电路与微分运算电路（4）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院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2:电压—电流转换器例3:利用积分电路将方波变成三角波7.2.3积分运算电路与微分运算电路（5）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院10k10uF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57.2.3积分运算电路与微分运算电路（6）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院例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7.2.3积分运算电路与微分运算电路（7）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院例5:开关延迟电路电子开关当uO6V时S闭合，V6f1IOtCRUu610510384tms1ttuOO6V1msuItO3VtusO3V7.2.3积分运算电路与微分运算电路（8）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院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7.2.3积分运算电路与微分运算电路（9）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院I112)/1(uRRI221211I12o)1()1(uRRRRuRRu)I1I221)(1(uuRR7.2.3积分运算电路与微分运算电路（10）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院7.2.4对数运算电路和指数运算电路1.对数电路2.指数电路7.2.3对数运算电路与指数运算电路（11）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院DOvvRiiVIRDTD/SDeVvIiSDTDIilnVv1.对数运算电路SITSDTRIvlnVIilnV利用PN结的指数特性实现对数运算7.2.3对数运算电路与指数运算电路（12）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院TBETBEeI1)(eIiiESESECuuuuBJT的发射结有也可利用半导体三极管实现对数运算7.2.3对数运算电路与指数运算电路（13）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院其中，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7.2.3对数运算电路与指数运算电路（14）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院2.指数（反对数）运算电路uo=–RFISeui/UT输入与输出的关系式为:7.2.3对数运算电路与指数运算电路（15）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院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7.2.3对数运算电路与指数运算电路（16）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院7.3模拟乘法器及其应用7.3.2模拟乘法器的工作原理7.3.1模拟乘法器简介6.2集成模拟乘法器的应用电路7.3.3模拟乘法器的应用7.3模拟乘法器及其应用模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院7.3.1模拟乘法器简介一、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7.3.1模拟乘法器简介（1）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院理想乘法器：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07.3.1模拟乘法器简介（2）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院7.3.2模拟乘法器的工作原理XbeOurRβuCC3TE1Tbbbe2)1()1(IUβIUβrrXTC3O)1(2uUβIRβuCXTC3C2uUIR当uYuBE3时，IC3≈uY/RE7.3.2模拟乘法器的工作原理（1）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院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7.3.2模拟乘法器的工作原理（2）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院单片集成模拟乘法器（补充）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0.5I07.3.2模拟乘法器的工作原理（3）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院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7.3.2模拟乘法器的工作原理（4）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院MC1595+VCCuYR1RCMC1595129478512R3RCuX1461011313R13RXRYuO–VEEI0/2I0/2YX0YxO4uuIRRRuCYXuKu0Yx4IRRRKCX0xX022RIuRIY0YY022RIuRI负反馈电阻，用以扩大uX、uY范围7.3.2模拟乘法器的工作原理（5）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院一.基本运算电路1.平方运算2IO)(uKu7.3.3模拟乘法器的应用2.除法运算7.3.3模拟乘法器的应用（1）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院1123uRRu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)u207.3.3模拟乘法器的应用（2）模拟电子技术中南大学信息科学与工程学院3.平方根运算2OOKuuIuKuuIO(uI0)4.压控增益uO=KuXuY设uX=UXQ则uO=(KUXQ)uY调节直流电压U