第六章集成运算放大器组成的运算电路

1mF 1MW
运算电路
60kW
– +
A3
20kW 60kW
•
60kW
100kW
图中
– A2 +
•
100kW
–A 1 +
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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模拟电子技术基础
例2 图示电路是一个由理想运算放大器组成的可调 稳压电源，稳压管DZ的稳压值为UZ。 （1） 试求用UZ表示的UO表达式。
+
A
（2） 若要改变UO的符号（极性），而不改变UO的大 小，问电路必须做哪些改动？
改变后的电路
+
A
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模拟电子技术基础
例3 利用运算放大器求解微分方程，并画出电路图。
解：将上式写成
那么
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模拟电子技术基础
用运放实现的电路图
CF
1
RF2 R13
CF
3
RF4 R14
R11 R11
+
A1
R12
+
A2
R15
+
RF5
A3
+
A4
RF6
R11
R16
+
A5
+
A6
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后退
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输出饱和
后退
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输入电压
0 t
输出电压
0
t
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模拟电子技术基础
6.1.4
微分运算
C + –
iF
R
由图可知
+
A
其中
故
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模拟电子技术基础
微分电路的阶跃响应
输入信号
U
0
t
0
t
输出信号
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模拟电子技术基础
输入电压
0 t
输出电压
0
t
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模拟电子技术基础
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模拟电子技术基础
2．
及
为有限值的影响
在图示电路中，由于
b1
b2
A
另一方面，由叠加原理得
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由此得实际的输出电压
b1
b2
A
而理想运放的输出电压为
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模拟电子技术基础
故 输出电压的相对误差
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模拟电子技术基础
3．运放的偏置和失调的影响
偏 置 和失 调 对 运放的影响图
反相比例
等效
b1 b2
A +
+
b1 b2
A +
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模拟电子技术基础
b1 b2
A +
b1 b2
A
+
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模拟电子技术基础
如果
则
如果 则
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6.1.3
积分运算
R i
+
C –
由图可知
+
其中
A
故
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模拟电子技术基础
输入阶跃电压
0 t
输出电压
0 t
随时间线 性下降 运放的最大输出电压
运放低频等效电路
（ ）
rid
（+）
－ ＋－ ＋
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模拟电子技术基础
1. 共模抑制比KCMR为有限值的影响
图示电路中
b1 b2
A
等效共模输入电压
等效差模输入电压
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模拟电子技术基础
输出电压
代入uIc、uId 得
b1 b2
A
而理想运放的输出电压为
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模拟电子技术基础
故 输出电压的相对误差
由图可知
K
+
A
故
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模拟电子技术基础
4. 调制与解调 幅度调制原理框图
K
带 通 滤波器
音频信号
载波信号
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K
带 通 滤波器
滤除单边带信号 输出信号
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模拟电子技术基础
幅度解调原理框图
K
载波信号 调幅信号
低 通 滤波器
音频信号
载波信号 调幅信号
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例1 用理想集成运算放大器实现下列运算关系，并画出 电路图。要求所用的运算放大器为三个，元件的取值 范围为：
解：根据题意，将要求实现下列运算关系变形为
那么式
可以用积分器来实现。
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式
可以用反相输入的加法器来实现。
最后，在来一级反相器，即可实现运算
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模拟电子技术基础
功耗低 测量精度高、零漂小 Rid对被测信号影响小 带宽高、转换速率高 电源电压48V～300V
一般测量、运算电路
遥感、遥测电路 毫伏级或更低微弱 信号测量 生物医电信号提取、 放大 视频放大或高频振 荡电路 高输出电压和大输 出功率
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模拟电子技术基础
6.4.2
调零
常用的调零电路
2 7 6 3 5 4
A4
A2
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2. 变跨导式乘法器
T1
+ T
2
+ _
+
A
+
R
T4
T3
_
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模拟电子技术基础
在图示电路中
T1
+ _ T
2
因为
+
+
R
T4
T3
_
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模拟电子技术基础
则
T1
+ T
2
+ _
因T3、T4构成镜象电流源
+
R
T4
当
时
T3
_
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模拟电子技术基础
由以上各式得
模拟电子技术基础
K 载波信号 调幅信号
低 通 滤波器
音频信号
滤除高频信号
输出信号信号
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6.4 6.4.1
类
集成运算放大器使用中的几个问题 选型
型 特
集成运放及其特性简表
点 应 用 场 合
通用型
低功耗型 高精度型 专 型 用 高输入阻 型 抗型 高速宽带 型 高压型
种类多，价格便宜
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解（1）设流过R1、 R2的 电流为I1、I2如图所示。
I1
+
A
因U+=U-
I2
那么，R3上的电压即UZ，于是
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I1
故 输出电压 +
A
I2
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模拟电子技术基础
（2）为了改变UO极性，须将原+VCC端接地，原接 地端改接-VCC，同时将稳压管DZ的正负极性调换。
电压串联负反馈
“虚断”
b1 b2
A +
其中 故
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同相端电压
b1 b2
A +
式中
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6.1.2
减法运算 电压负反馈
运放工作于线性状态
根据叠加原理
b1 b2
A
+
分解
反相比例器 同相比例器
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减法运算器
模拟电子技术基础
b1 b2
A
+ 同相比例
LM 324
1
带调零引出端
无调零端
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6.4.3
消振 自激振荡的原因
运放的增益高 存在寄生电容
消振的措施：
加入消振电容 保护电路
6.4.4
保护
R
b1
1．输入保护
A
b2
+ 上页 下页 后退
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2.
输出保护
保护电路
A
+
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6.4.5
运算电路的误差分析
模拟电子技术基础
6
6.1.1
集成运算放大器组成的运算电路 6.1 基本运算电路
加法运算
电压并联负反馈
1．反相输入加法电路 运放工作于线性状态
由两个分析依据
“虚短”
“虚断”
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b1
– A +
b2
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其中
b1 b2
–
A
+
故有
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2．同相输入加法电路 运放工作于线性状态 根据两个分析依据 由图可知 “虚短”
+ _ T
2
T1
+
式中
+
R
T4
T3
_
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T1
+ T
2
+ _
+
A
接入差分比 例电路
+
R
T4
T3
_
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6.3.2
乘法器应用电路
1. 平方运算电路 K
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2． 开平方运算电路
由图可知
K
A
+
故
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3. 除法运算电路
6.2
6.2.1 对数运算 由图可知
对数和反对数运算电路
T
–
+
–
R
A
+
当uI<0时
故
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T选用PNP型
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6.2.2
反对数运算
T
b1 b2
R
由图可知
A
+
故
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6.3
模拟乘法器及其应用
乘法器符号 K
实现的功能
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6.3.1 由
乘法器的工作原理
1．对数乘法器
式中 知 可利用对数电路、加法电路和反对数电路实现 的乘法运算功能。
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原理框图
对数运算 加法 运算 对数运算 反对数运算
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T1 R1
对数乘法运算电路
– +
A1
•
R3 R4
R5 R6
T2
– +
R2
A3
•
T4
–
+
– +
A
+
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模拟电子技术基础
A
+
（1） 仅考虑反相输入端
的影响
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模拟电子技术基础
A
+
（2）仅考虑同相输入端
和
的影响
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模拟电子技术基础
A
+
（3）仅考虑失调电压
的影响
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后退
模拟电子技术基础
A
+
根据叠加原理，以上三种情况的共同影响为：
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练习题