《集成电路应用》PPT课件

解：对于A2 ：vo1 = vo
对于A1 ：
故
v
10vo 10
100vi1 100
vo
10vi1 11
v
100v i2 10 100
10 11
v
i2
v+ = v–
vo = 10(vi2 –vi1)
v o 10 v i1 v i2
例7－4 由运放组成的晶体管测量电路如下图，假设运放具有理想特性，晶 体管的VBE=0.7V.
当vi1=vi2 =0时，用 叠加原理分别求出 vi3=0和vi4 =0时的输出 电压vop。当vi3 = vi4 =0时，分别求出vi1=0， 和vi2 =0时的von。
图12.03双端输入求和运算电路
v 先求 op
vop
(R4 R3
// R')vi3 (R4 // R')
(1
Rf R1 // R2
vO = pgm R'L vX KvXvY
由于图19.02的电路，对非 线性失真等因素没有考虑，相乘 的效果不好。实际的变跨导模拟 乘法器的主要电路环节如图19.03 所示。
图19.03 变跨导模拟乘法器
三、 对数反对数型模拟乘法器
根据两数相乘的对数等于两数的对数之和的原理，因此可以用 对数放大器、反对数放大器和加法器来实现模拟量的相乘。方框图 如图19.04所示。
(1) 指出A1、A2、A3各组成什么电路； (2) 写出v01、v02、v03的表达式。
R3
vi
+ A1
–
vo1 R2
10k
R1
10k
10k
–
A2 +
vo2
+ A3
–
vo3 R4 10k
R5 10k
解： (1) A1：电压跟随器； A2：反相求和电路； A3：同相比例放大器。
(2) vo1 = vi
v o2
( R3 R2
v o1
R3 R1
vi
) 2 v i
v o3
(1 R4 R5
) v o2
4 v i
例7－3 求下图所示电路的电压放大倍数 设A1、A2都是理想运算放大器。
vo vi1 vi2
100k
100k
10k
vi1
vi2 10k
100k
vo1
– A1
+
– A2
+
10k
10k
vo
if
v+ iI R1
Rf –
vs R2
v – = v+ = vs
vo + 图7－3
由于 if = i1
vo R1 Rf
vs R1
vo
(1 Rf R1
)vs
输入电阻为：Ri＝
输出电阻为：Ro＝0
但是电路有共模信号输入
三、电压跟随器
–
vs
+
vo= vs
vo
此为电压跟随器
图7－4
作用?
7.2.2 求和运算电路
7.1 求和运算电路 7.2 积分和微分运算电路 7.3 对数和指数运算电路 7.4 模拟乘法器及其应用 7.5 有源滤波器
[引言]：
运算电路是集成运算放大器的基本应用电路，它是集成运放的线性应用。讨论的是 模拟信号的加法、减法积分和微分、对数和反对数（指数）、以及乘法和除法运算。
为了分析方便，把运放均视为理想器件： （1）开环电压增益 Au = （2）Ri= ，R=0， （3）开环带宽 BW= （4）当UP=UN 时，Uo=0。没有温漂
图19.04 对数型模拟乘法器
7.4.2 模拟乘法器的应用
一、乘积和乘方运算电路 二、除法运算电路 三、开平方运算电路
vO
=
R'L
rbe
vX
积rbv成ey如。比果(v例1O能就。+用基于v)本y2去上6I控m与E制V两IE输，入即电实压现之IE 是如v实图O现19两.02模所拟示量。2相6Rm乘'L的V电I路E构v思X ，
R'L 26mV
I E vX
R'L 26mV
vYvX 2Re
vO KvXvY
图19.02模拟乘法器原理图
v+ iI
+
vo
v–
–
UOM uomax EC
例：若vOM=12V，Ao=106， 则|vi|<12V时，运放 处于线性区。
-vOM
vo +vOM vi
线性放大区
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。
理想运放工作在线性区的两个重要法则：
v+ = v– 虚短
v
v
vo AVO
v0为有限值，Av0=
v+ iI
+
v–
–
iI = 0 虚断
vo 图7－1
v
§7.2
v基 本0运算ri 电 路-求和iI 、v积 ri微v分 电0 路
7.2.1 比例运算电路 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。
对数运算电路见图12.08。由图可知
vO vD
iR iD
iD
I evD/VT S
图 12.08 对数运算电路
vO
VTln
iD IS
VTln
vI RI S
7.3.2 指数运算电路
指数运算电路如图12.09所示。
vO iR R iD R
RI
evI
S
/ VT
RI
S
ln
1
vI VT
图 12.09 指数运算电路
( R1 //R ')vi2 R2 (R1 //R')
而
v
Rf
R
R
vo
v v
由此可得出
vo
[
(R2 //R')vi1 R1 (R2 //R')
( R1 R2
//R ')vi2 (R1 //R')
]
Rf
R
R
[ R1 (R2 //R')vi1 R2 (R1 //R')vi2 ] Rf R R1 R1 (R2 //R') R2 R2 (R1 //R') R
8.2.1 积分运算电路
积分运算电路的分析方法与求和电路 差不多，反相积分运算电路如图12.05 所示。
图12.05 积分运算电路
根据虚地有i vi ，于是 R
vO
vC
1 C
iCdt
1 RC
vidt
图 12.05 积分运算放大电路
当输入信号是阶跃直流电压VI时，即
vO
vC
1 RC
vidt
VI RC
t
8.2.2 微分运算电路
微分运算电路如图12.07所示。
显然
图 12.07 微分电路
vO iR R iCR RC dvC dt RC dvI dt
例7－1 下图中A为理想 运放，求vi=0.3V时v0的值。
解： v+ = v– =0.2V
10K R1
R5
vi
0.3V
10k
R6
iR2
– +
)
(R3 R4
// R')vi4 (R3 // R')
(1
Rf R1 // R2
)
vop
R3 R3
(R4 R3
// R')vi3 (R4 // R')
(1
Rf R1 // R2
)
R4 R4
(R3 R4
// R')vi4 (R3 // R')
(1
Rf R1 // R2
)
Rp R3
vi3(1
Rf R1 // R2
一、 反相输入求和电路
在 反相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了反 相输入求和电路，见图12.01。此时两个输入信号电压产生的电流都流向 Rf 。所以输出是两输入信号的比例和。
当R1 R2 Rf时，输出等于两输入反相之和。
图12.01 反相求和运算电路
vvoo (((i(RiRv1Rvi1f1i11viii12vRv)iiR222RR))f Rf2 fvi2 )
)
Rp R4
vi4(1
Rf R1 // R2
)
[(R1 // R2 ) Rf R1 // R2
Rf Rf
](Rp R3
vi3
Rp R4
vi4)
RpRf (viLeabharlann Baidu vi4 ) Rn R3 R4
式中Rp=R3//R4//R , Rn=R1//R2//Rf
v 再求 on
von
Rf R1
vi1
Rf R2
一、反相放大器（反相比例放大器） 1、基本电路
vs i1 R1 R2
图7－2
if
Rf – iI
iI = 0 v+ = 0
v+ =v– v– = 0
vo
又 iI = 0 i1 = if
+
vs vo R1 Rf
vo
Rf R1
R2：平衡电阻。 R2 = R1 // Rf
若R1 = Rf vo = –vs 此为反相器。
20k
10k M 20k iR4
R2
R4
R3 10k
vo
vM
(1 R2 R1
)v
0.4 V
vo vM R3
i R2
i R4
0.4 0.2 0.4 0.02 0.02 0.04 10 20
vo= vM +0.04 R3 = 0.4+0.0410 = 0.8V
例7－2 下图所示电路中，假设各运放具有理想特性。
一、 模拟乘法器的基本原理 二、 变跨导型模拟乘法器
一、模拟乘法器电路的基本原理
模拟乘法器是一种能实现模拟量相乘的集 成电路，设vO和vX、vY分别为输出和两路输入
vO = Kv XvY
其中K为比例因子，具有 19.01所示。
的量纲。模拟V乘-1法器的电路符号如图
图19.01 模拟乘法器符号
对于差动放大电路，输出电压为
指数运算电路相当反对数运算电路。
7.4 模拟乘法器及其应用
7.4.1 模拟乘法器的基本原理 7.4.2 模拟乘法器的应用
7.4.1 模拟乘法器的基本原理
乘法器是又一种广泛使用的模拟集成电路，它可以实现乘、除、 开方、乘方、调幅等功能，广泛应用于模拟运算、通信、测控系统 、电气测量和医疗仪器等许多领域。
( Rf R1
vi1
Rf R2
vi2 )
二、 同相输入求和电路
在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求 和电路，如图12.02所示。
因运放具有虚断的特性，对运放同 相输入端的电位可用叠加原理求得:
图12.02 同相求和运算电路
v
( R2 //R ')vi1 R1 (R2 //R ')
vi2
vo vop von
Rp Rf Rn
( vi3 R3
vi4 R4
)
Rf
(
vi1 R1
vi2 ) R2
当 R1 R2 R3 R4 R ，Rf R'时，Rp Rn
于是
vo
Rf R
( vi3
vi4
vi1
vi2 )
7.2 积分和微分运算电路
7.2.1 积分运算电路 7.2.2 微分运算电路
(1) 求出晶体管c、b、e各极的电位； (2) 若电压表读数为200mV，求被测量晶体管的值。
6k
v1
(+12V)
R1
– A1
+
v2 (+6V)
R2
c
10k
b –
e
A2
+
R3 10k
电
V压
表
解：(1) vC = 6V vB = 0V vE = – 0.7V
(2)
IB
200mV R2
200 10
20μA
二、 变跨导型模拟乘法器
根据图19.02的原理可以制成所谓变跨导模拟乘法器。在推导高 频微变等效电路时，将放大电路的增益写成为
Av = - pgm R'L
只不过在式中的gm是固定的。而图19.02中如果gm是可变的，受一 个输入信号的控制，那该电路就是变跨导模拟乘法器。由于IEvY，而IE gm，所以vY gm。输出电压为
IC
v1 vC R1
12 6 6
1mA
故 IC 50
IB
例7－5 下图电路中， A1、A2 、A3均为理想运放
R 10 f
, R3C =1ms. vi1=0.1V, vi2=0.3V
R1
为直流输入电压，在 t = 0时加入。
(1) 求vo1，vo2，vo3；
(2) 若t=0时电容上C上的初始电压uC(o)=0，问需经多久时间使 uo4=5V？
vo
( Rp R1
vi1
Rp R2
vi2 )( R
Rf R
Rf Rf
)
Rp Rn
Rf
( vi1 R1
vi2 ) R2
式中当RRppRR1n/,/R2 //R'
RRn1 vo
RvRif12//RvRi2f
时，
三、 双端输入求和电路
双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电路如图12.03 所示。其输出电压表达式的推导方法与同相输入运算电路相似。
因此，对于工作在线性区的理想运放应满足： “虚短”：即U+=U- ； “虚断”：即I+=I-=0 本章讨论的即是上述“四字法则”灵活、大胆的应用。
7.1概述
7.1.1电子信息系统的组成
图7.1.1 电子信息系统的示意图
例、红外遥控系统
红外发射 红外接收 放大滤波 信号识别
信号执行
7.1.2理想运放在线性区
输出电阻：Ro=0; 输入电阻:Ri=R1 (从输入和地向里看)
2、T形网络反相比例运算电路
N点电流方程：
U i U M Ri R2
U
M
R2 R1
U
i
i3
um R3
R2 R1 R3
ui
i4 i2 i3 uo i2 R2 i4 R4
uo
R2 R4 R1
(1
R2 R4 R3
)
ui
二、同相放大器（同相比例放大器）
Rf
vi1 R1
–
R2
R2
+
vo1
C
R
Rf
R1
–
– R2
+ R
R3
vo3
–
+
R3
vo4
vi2
+
vo2
R1
Rf
解：(1)
vo1
Rf R1
10vi1
1V
vo2
Rf R1
vi2
3V
vo3
( R2 R2
vo1
R2 R2
vo2 )
2V
(2)
vo4
vo3 R3C
t
5V
2 1
t
5
t 2.5ms
7.3 对数和指数运算电路 7.3.1 对数运算电路