运算放大器信号运算与变换电路.
运算放大器电路ppt
详细内容见P233表12-1
例1：图示网络，求H参数矩阵。
解： u1 nu2
i1
1 n
i2
u2
1 g
i1
u1
1 g
i2
u1 nu2
u1 u1 u1 nu2 nu2
n(u2 u2) nu2
u1=nu2 i2=-ni1
例2：图示电路中，u1=2cos2000t, 求u2(t).
A ——— 开环电压放大系数 （非常大）
五、实际运放输入输出关系
线性工作，输出开路时：
Ri
Ro
+
现象： 1、线性工作范围很小； 2、要求前级驱动能力小； 3、具有一定的负载能力；
Ri ———输入电阻（非常大） Ro———输出电阻（非常小）
A ——— 开环电压放大系数 （非常大）
Ri ———输入电阻 Ro———输出电阻
L
解：L
C g2
10 6 (50 103 )2
2500
(H )
(2) 浮地电感:
证明以下两个二端口等效：
L C g2
下面网络A方程：
A方程为：
4、理想回转器与变压器比较 理想变压器
理想回转器
u1 nu2
n 0
i1
1 n
i
2
A 0
1 n
互易元件, 阻抗变换 非互易元件, 阻抗逆变换
12-1 运算放大器及其等效电路
一、运算放大器 （有源多端器件）
具有高放大倍数、高输入阻抗和低 输出阻抗的直接耦合（电压）放大器。
二、电路符号
通常运算放大器有5个引出端：正电源端，负电源端，同相
输入端，反相输入端，输出端。此外还有公共端通常称为“地”
集成运算放大器组成的波形变换与产生电路
Vi V Ref
Vo VOM Vi A V Ref Vo V Ref Vi
t
VO VOM t -VOM
- V OM
（b）传输特性 （c）波形变换 图 6—1 开环比较器及其传输特性 如果引入正反馈，可以构成具有回线形状传输特性的滞回比较器。图 6—2 (a) 所示为 一反相输入的滞回比较器，该电路 当 VO = VOM 时
R1 R ⋅C R2
R1 VZ R2
5．正弦波信号发生器 图 6—6 所示电路是由运放构成的 RC 桥式振荡电路，它是由选频网络（为 RC 串并联 网络，它兼作正反馈网络）和同相输入比例放大器组成。
R 10K C 0.01uF
Vf
A
VO Rf D1 R2 10K D2
R 10K
C 0.01uF R1 10K RP 47K
R1 V R2 Z
V VZ
VO1 VO2
A1
R2
R 10K R5 10K
2K
A2
VO2
R1 10K
20K VZ 6V
t
- R1 VZ R2 - VZ
DZ
（a）三角波发生器电路图 ( b) 波形图 图 6—5 三角波发生器
设电源接通时， VO1 = VZ ，则 VO 2 线性下降，当 VO 2 下降到 −
（a）滞回比较器
Vi + R47K Dz
Vo
±Vz ±6V
图 6—3
具有限幅的滞回比较器
3．方波发生器 方波发生器是一种能产生方波的信号发生电路， 由于方波包含各次谐波分量， 因此方波
发生器又称为多谐振荡电路。 方波发生器的基本电路如图 6—4 所示，它是由一个反相输入的滞回比较器（其传输特 性见图 6—2 (b)）和一个 RC 积分电路组成。
运算放大器详细的应用电路(很详细)
§8.1 比例运算电路8.1.1 反相比例电路1. 基本电路电压并联负反馈输入端虚短、虚断特点：反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低输出电阻小，带负载能力强要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。
如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M2. T型反馈网络（T型反馈网络的优点是什么？）虚短、虚断8.1.2 同相比例电路1. 基本电路：电压串联负反馈输入端虚短、虚断特点：输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模抑制比要求高2. 电压跟随器输入电阻大输出电阻小，能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小§8.2 加减运算电路8.2.1 求和电路1.反相求和电路2.虚短、虚断特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系3.同相求和电路4.虚短、虚断8.2.2 单运放和差电路8.2.3 双运放和差电路例1:设计一加减运算电路设计一加减运算电路，使 V o=2Vi1+5Vi2-10Vi3 解：用双运放实现如果选Rf1=Rf2=100K，且R4= 100K则：R1=50K R2=20K R5=10K平衡电阻 R3= R1// R2// Rf1=12.5K R6=R4//R5//Rf2= 8.3K例2:如图电路，求Avf，Ri解：§8.3 积分电路和微分电路8.3.1 积分电路电容两端电压与电流的关系：积分实验电路积分电路的用途将方波变为三角波（Vi：方波，频率500Hz，幅度1V）将三角波变为正弦波（Vi：三角波，频率500Hz，幅度1V）（Vi：正弦波，频率500Hz，幅度1V）思考：输入信号与输出信号间的相位关系？（Vi：正弦波，频率200Hz，幅度1V）思考：输入信号频率对输出信号幅度的影响？积分电路的其它用途：去除高频干扰将方波变为三角波移相在模数转换中将电压量变为时间量§8.3 积分电路和微分电路8.3.2 微分电路微分实验电路把三角波变为方波（Vi：三角波，频率1KHz，幅度0.2V）输入正弦波（Vi：正弦波，频率1KHz，幅度0.2V）思考：输入信号与输出信号间的相位关系？（Vi：正弦波，频率500Hz，幅度1V）思考：输入信号频率对输出信号幅度的影响？§8.4 对数和指数运算电路8.4.1 对数电路对数电路改进基本对数电路缺点：运算精度受温度影响大；小信号时exp(VD/VT)与1差不多大，所以误差很大；二极管在电流较大时伏安特性与PN结伏安特性差别较大，所以运算只在较小的电流范围内误差较小。
运放组成的加减乘除等运算电路
uI2
R2 i2
RF iF
uI1uI2uI3uO
uI3
R3 i3 N - ∞
+
uO
R1 R2 R3 RF
P+
uORF(uRI11uRI22uRI33)
RP
第十二页，共55页。
2. 同相加法运算
R2 // R3 // R4
= R1// Rf
uO
(1
Rf R1
)u
u R 2R 3R /3 R //4R /4u I1 R 3R 2R /2 R //4R /4u I2
值得注意的是，电压跟随器反馈系数F=1，
反馈深度深，输入电阻高，输出电阻低， 常用作阻抗变换或缓冲级。
uI
RF
-∞ +
uO
+
同相比例运算电路有输入电阻高的特点，但输入共模信号
电压高，对集成运放的共模抑制比要求也高。另一方面如果 共模电压超过允许的数值，电路也无法正常工作。
第八页，共55页。
三、差分比例运算电路
第三十页，共55页。
(1R2/R1)uI1
uo(1R R 1 2)uI1R R 1 2(1R R 1 2)uI2 (1R R12)(uI2uI1)
第二十六页，共55页。
例 7.2.3 利用积分电路将方波变成三角波
10 k
uI/V 5
10 nF
时间常数 = R1Cf = 0.1 ms
1 t2
uoR1Cf
uIdt uC(t1)
t1
设
uC(0) = 0
0.1
1
uo t0.1ms0.1 5dt
=
5
V
0
5 0.1 0.3 0.5 t/ms
【2024版】第6章-集成运算放大器
带通滤波电路的幅频特性
带阻滤波器的幅频特性
有源滤波器并联比较困难，电路元件也较多。因此，常用 无源的低通和高通滤波电路并联，组成无源带阻滤波电路， 再将它与集成运放组合成有源带阻滤波器。一般无源低通和 高通滤波电路由RC“T形”电路构成，如下图所示。
各种滤波器的理想幅频特性
a）低通 b）高通 c）带通 d）带阻
（一）低通滤波器 无源低通滤波器 有源低通滤波电路
（二）高通滤波电路 高通无源滤波电路 高通有源滤波电路
（三）带通、带阻滤波器
如果低通滤波器的上限截止频率fH高于高通滤波器的下限 截止频率fL，如下图，把这样的低通与高通滤波器“串接”， 就可组成带通滤波器。
UTH＝UTH 1
UTH 2
2U o(sat )
R2 R2 RF
迟滞电压比较器也可以采用同相输入端输入的形式，电路 如例6-3电路所示。
[例6-3] 图所示电路为迟滞电压比较器，输出端带有起限幅作用的两只 稳压二极管（可采用一只双向稳压管，其结构相当于两只稳压管反相串 联传，输可特性以曲双线向和稳输压出）电，压图波b为形输。入电压波形，求回传差输电特压性U曲T线H，并画出
RC“T形”电路
第五节 运放的非线性应用
运放处于开环状态或加入正反馈时将工作在非线性状态。处 在非线性状态的运放，同相输入端和反相输入端不再是“虚假 短路”，输出电压也不随输入电压连续线性变化，由于集成运 放的开环放大倍数很高，只要运放两输入端的电位略有差异， 输出电压不是最高值就是最低值。
当uN>uP时，输出反向饱和，输出电压为-UO(sat)； 当uP>uN时，输出正向饱和，输出电压为+UO(sat)。 工作在非线性区的运放只有两种输出状态，分别将这两种状 态称为输出高电平与输出低电平。
第3章集成运算放大器
ui1
ui2 R1
_ + +
R3
uo
uo u u ui1 RF R1
ui 2 u u R1 R3
R2
解出：
R3 RF RF uo (1 ) ui 2 ui1 R1 R2 R3 R1
用叠加原理求解：
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
R2 uo
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
21学时
2.5
i1 C
微分运算
iF R – + +
uo iF R
dui i1 C dt
u–= u+= 0
uo
ui
i1 iF
R2 若输入： ui sin t 则： uo ui
dui uo RC dt
RC cost
RC sin(t 90 )
R11
R2
i1
ui2
R12
_
+
uo
+
RP R11 // R12 // R2
RP
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
R11
ui1
iF
_
R2
u u 0
i11 i12 iF
21学时
i11
ui2
R12
+
uo
i12
+
RP
R2 R2 uo ( ui1 ui 2 ) R11 R12
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。
第5章
信号产生与变换电路的分析与制作
运算放大器详细的应用电路(很详细)
积分电路的其它用途：
去除高频干扰
将方波变为三角波
移相
在模数转换中将电压量变为时间量
§8.3?积分电路和微分电路
8.3.2?微分电路
微分实验电路
把三角波变为方波
（Vi：三角波，频率 1KHz，幅度 0.2V）
输入正弦波
（Vi：正弦波，频率 1KHz，幅度 0.2V）
思考：输入信号与输出信号间的相位关系？
根据与 R1?、Rf?的关系，集成运放两输入端外接电阻的对称条件。
计算出：R=3979Ω?取 R=3.9KΩ 2．根据Ｑ值求和，因为时，根据与、的关系，集成运放两输入端外接电阻的对称条件
例题 1 仿真结果 例题与习题 2 LPF 例题与习题 2 仿真结果 例题与习题 3 HPF 例题与习题 3 仿真结果 例题与习题 4 例题与习题 4 仿真结果 vo1:红色 vo?:蓝色
、
e.?全通滤波器(APF)?
4.?按频率特性在截止频率 fp 附近形状的不同可分为 Butterworth,?Chebyshev?和?Bessel 等。 理想有源滤波器的频响： 滤波器的用途 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的
干扰。滤波过程如图所示。 §8.6?有源滤波电路 8.6.2?低通滤波电路?(LPF) 低通滤波器的主要技术指标
组成：简单 RC 滤波器同相放大器特点：│Avp?│>0，带负载能力强缺点：阻带衰减太慢，选择性较差。 二.?性能分析
有源滤波电路的分析方法: 1.电路图→电路的传递函数 Av(s)→频率特性 Av(jω) 2.?根据定义求出主要参数 3.?画出电路的幅频特性 一阶 LPF 的幅频特性: 8.6.2.2?简单二阶?LPF
集成运放基本运算电路
( R 1 // R ' ) v i2 ] R f
R 2 ( R 1 // R R ' ) v i1 R 2 ( R 1 // R ' ) v i2 ] R f R
R 1 R 1 ( R 2 // R ' ) R 2 R 2 ( R 1 // R ' )
12.4 电压和电流转换电路
12.4.1 电流-电压变换器 12.4.2 电压-电流变换器
12.4.1 电流-电压变换器
图12.10是电流-电压变换器。
由图可知：vO = －iSRf
可见输出电压与输入 电流成比例，输出端的负 载电流：
图12.10电流-电压变换电路
iO
= vO RL
－iSRf RL
R
vo
( Rp R1
Rp Rn
v i1
Rp R2
v i2 )( R
Rf R
Rf
( v i1 R1
v i2 ) R2
Rf Rf
)
当 式中
RRpp RvRon1
vRRRRi1f21n//,// vRRRi22f
// R' 时，
12.1.3 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。
图12.04 数据放大器原理图
解：vs1和vs2为 差模输入信号，为此vo1和vo2也是 差模信号，R1的中点为交流零电位。对A3是双端 输入放大电路。
所以
vo1
(1
R2 R1 /
2
)vS1
vo 2
(1
R2 R1 /
2
)vS2
信号的运算与处理电路
2、电压放大倍数
Au
1
Rf R
当Rf 0或R 时,
Au 1 （电压跟随器）
3、由于引于了深度电压串联负反馈，故电路 的输入电阻很高，输出电阻很低。
电压跟随器
RF
uI
此电路是同相比 例运算的特殊情况， 输入电阻大，输出 电阻小。在电路中 作用与分立元件的 射极输出器相同， 但是电压跟随性能 好。
I1
uI2)
uo
Rf R
(uo2
uo1 )
Rf R
(uo1 uo2 )
Rf R
(1
2R1 R2
)(uI1
uI
2
)
设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf
i1 i2 i3 i4
必不可 少吗？
uI1 uP uI2 uP uI3 uP uP
R1
R2
R3
R4
uI1 R1
uI2 R2
uI3 R3
1 ( R1
1 R2
1 R3
1 R4 )uP
uP
RP
(
uI1 R1
uI2 R2
uI3 ) R3
(RP R1 ∥ R2 ∥ R3 ∥ R4 )
uO
(1
Rf R
) uP
R Rf R
RP
(
uI1 R1
uI2 R2
uI3 ) R3
(RN R ∥ R f )
R Rf R
RP
(
uI1 R1
uI2 R2
uI3 R3
)
Rf Rf
RP RN
Rf
( uI1 R1
uI2 R2
uI3 R3
)
若RN=RP，则
运算放大器11种经典电路
精心整理运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花了乱，是模拟电路中学习的重点。
在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。
特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。
????遍观所有模拟电子技术的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。
???今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。
???虚短和虚断的概念???由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。
而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。
因此运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。
开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。
????“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
???由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
???在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
运算放大器常用电路
运算放大器常用电路
运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）常用于电子电路中的各种应用，以下是一些常见的电路：
1. 反馈放大器：最为常见的Op-Amp电路之一，包括在反馈环路中使用的非反向和反向放大器电路。
这些电路可用于放大、求和、减法等操作。
2. 比较器：将输入信号与参考电压进行比较，输出高低电平表示输入信号与参考电压的大小关系。
常用于触发器等数字电路中。
3. 仪表放大器：用于精确测量和放大微弱信号，通常包含精密的增益调节和滤波功能。
4. 信号调理电路：用于对信号进行放大、滤波、积分或微分等处理，例如用于传感器信号处理。
5. 激励电路：用于驱动电荷、电压输出等场合，如用于激励振荡器或输出给驱动器的电路。
这些是Op-Amp的一些典型应用，Op-Amp还可以在许多其他电路中发挥作用，如振荡器、滤波器、模数转换器等。
Op-Amp的灵活性使得它成为电子工程中不可或缺的组成部分。
实验3.8 集成运算放大器基本运算电路
113实验3.8 集成运算放大器基本运算电路一、实验目的（1）掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等模拟运算电路功能。
（2）熟悉运算放大器在模拟运算中的应用。
二、实验设备及材料函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、数字万用表、直流稳压电源、实验电路板。
三、实验原理集成运算放大器在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。
1、反相比例运算电路反相比例运算电路如图3.8.1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1f o U R RU -= （3-8-1）为减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R ´=R 1||R f 。
实验中采用10 k Ω和100 k Ω两个电阻并联。
2、同相比例运算电路图3.8.2是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为i 1f o )1(U R RU += （3-8-2）当R 1→∞时，U o =U i ，即为电压跟随器。
3、反相加法电路反相加法电路电路如图3.8.3所示，输出电压与输入电压之间的关系为)+(=B 2f A 1f o U R RU R R U - （3-8-3）R ´ = R 1 || R 2 || R f4、同相加法电路同相加法电路电路如图3.8.4所示，输出电压与输入电压之间的关系为：)+++(+=B211A 2123f 3o U R R R U R R R R R R U（3-8-4）图3.8.3 反相加法运算电路图3.8.2 同相比例运算电路图3.8.1 反相比例运算电路1145、减法运算电路（差动放大器）减法运算电路如图3.8.5所示，输出电压与输入电压之间的关系为：f f o A B 1121 ()()R R R U U U R R R R '=+'+-+当R 1 = R 2，R ´ = R f 时，图3.8.5电路为差动放大器，输出电压为：)(=A B 1f o U U R RU - （3-8-5）6、积分运算电路反相积分电路如图3.8.6所示，其中R f是为限制低频增益、减小失调电压的影响而增加的。
chap2 模拟电路 运算放大器
v i2
Rf R2
Rp Rn
Rf R2
其中: Rn =R1 // Rf Rp =R2 // R3
v i2
则输出电压为 vo = vo1 +vo2 当 Rn = Rp 时,
vo Rf R2
v i2
Rf R1
v i1
v i2
Rf R1
v i1
9
例1: 写出下面电路的输出电压表达式
19
微 分 电 路
iC ( t ) i R ( t )
C dv i ( t ) dt v o (t ) R
v o ( t ) RC
dv i ( t ) dt
或: v ( s ) RC sv ( s ) o i 由拉氏反变换可求得其 时域表达式
(该电路存在的问题:抗高频干扰能力差,易自激,输入电压突 变运放堵塞等，一实用微分电路见习题2.4.12)
Rf R2
v i2
缺点：调节各支路信号的比例系数不如反相电路方便
8
求差电路 (减法电路)
差分式减法电路
可利用叠加原理求vo
- vi1单独作用时(vi2=0),
v o1 Rf R1 v i1
- vi2单独作用时(vi1=0),
v o2 R1 R f R1 v
R1 R f R1 R3 R2 R3
27
调幅波形 调制信号 vs
v s V s cos s t
载波 vc
v c V c cos c t
已调信号 vo1
v o 1 ( KV cV s cos s t ) cos c t
28
i3
R3
ui
运算放大器详细的应用电路(很详细)
§8.1 比例运算电路之吉白夕凡创作8.1.1 反相比例电路1. 基本电路电压并联负反应输入端虚短、虚断特点：反相端为虚地,所以共模输入可视为0,对运放共模抑制比要求低输出电阻小,带负载能力强要求缩小倍数较大时,反应电阻阻值高,稳定性差.如果要求缩小倍数100,R1=100K,Rf=10M2. T型反应网络虚短、虚断8.1.2 同相比例电路1. 基本电路：电压串联负反应输入端虚短、虚断特点：输入电阻高,输出电阻小,带负载能力强V-=V+=Vi,所以共模输入等于输入信号,对运放的共模抑制比要求高2. 电压跟从器输入电阻大输出电阻小,能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小§8.2加减运算电路8.2.1 求和电路1.反相求和电路虚短、虚断特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系2.同相求和电路虚短、虚断8.2.2 单运放和差电路8.2.3 双运放和差电路例1:设计一加减运算电路设计一加减运算电路,使Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3解：用双运放实现如果选Rf1=Rf2=100K,且R4= 100K则：R1=50K R2=20K R5=10K平衡电阻R3= R1// R2// Rf1=12.5K R6=R4//R5//Rf2= 8.3K例2:如图电路,求Avf,Ri解：§8.3积分电路和微分电路8.3.1 积分电路电容两端电压与电流的关系：积分实验电路积分电路的用途将方波变成三角波（Vi：方波,频率500Hz,幅度1V）将三角波变成正弦波（Vi：三角波,频率500Hz,幅度1V）（Vi：正弦波,频率500Hz,幅度1V）思考：输入信号与输出信号间的相位关系？（Vi：正弦波,频率200Hz,幅度1V）思考：输入信号频率对输出信号幅度的影响？积分电路的其它用途：去除高频搅扰将方波变成三角波移相在模数转换中将电压量变成时间量§8.3积分电路和微分电路8.3.2 微分电路微分实验电路把三角波变成方波（Vi：三角波,频率1KHz,幅度0.2V）输入正弦波（Vi：正弦波,频率1KHz,幅度0.2V）思考：输入信号与输出信号间的相位关系？（Vi：正弦波,频率500Hz,幅度1V）思考：输入信号频率对输出信号幅度的影响？§8.4对数和指数运算电路8.4.1 对数电路对数电路改良基本对数电路缺点：运算精度受温度影响大；小信号时exp(VD/VT)与1差未几大,所以误差很大；二极管在电流较大时伏安特性与PN结伏安特性不同较大,所以运算只在较小的电流规模内误差较小.改良电路1：用三极管代替二极管电路在理想情况下可完全消除温度的影响改良电路3：实用对数电路如果忽略T2基极电流, 则M点电位：8.4.2 指数电路1. 基本指数电路2. 反函数型指数电路电路必须是负反应才干正常任务,所以：§8.5乘除运算电路8.5.1 基本乘除运算电路1. 乘法电路乘法器符号同相乘法器反向乘法器2. 除法电路8.5.2. 乘法器应用1. 平方运算和正弦波倍频如果输入信号是正弦波：只要在电路输出端加一隔直电容,即可得到倍频输出信号.2. 除法运算电路注意：只有在VX2>0时电路才是负反应负反应时,按照虚短、虚断概念：3. 开方运算电路输入电压必须小于0,不然电路将变成正反应.两种可使输入信号大于0的计划：3. 调制（调幅）4. 压控增益乘法器的一个输入端接直流电压（控制信号）,另一个接输入信号,则输出信号与输入信号之比（电压增益）成正比.V0=KVXvY 电流-电压变换器由图可知可见输出电压与输入电流成比例.输出端的负载电流：电流-电压变换电路若Ｒl固定,则输出电流与输入电流成比例,此时该电路也可视为电流缩小电路.电压-电流变换器负载不接地负载接地由负载不接地电路图可知：所以输出电流与输入电压成比例.对负载接地电路图电路,R1和R2组成电流并联负反应；R3、R4和RL组成组成电压串联正反应.讨论：1. 当分母为零时, iO →∞,电路自激.2. 当R2 /R1 =R3 /R4时, 则：说明iO与VS成正比, 实现了线性变换.电压-电流和电流-电压变换器广泛应用于缩小电路和传感器的连接处,是很有用的电子电路.§8.6有源滤波电路8.6.1 滤波电路基础知识一. 无源滤波电路和有源滤波电路无源滤波电路: 由无源元件( R , C , L ) 组成有源滤波电路: 用任务在线性区的集成运放和RC网络组称,实际上是一种具有特定频率响应的缩小器.有源滤波电路的优点, 缺点: 请看书.二. 滤波电路的分类和主要参数1. 按所处理的信号可分为模拟的和数字的两种；2. 按所采取的元器件可分为有源和无源；3. 按通过信号的频段可分为以下五种:a. 低通滤波器( LPF )Avp: 通带电压缩小倍数fp: 通带截至频率过渡带: 越窄标明选频性能越好,理想滤波器没有过渡带b. 高通滤波器( HPF )c. 带通滤波器( BPF )d. 带阻滤波器( BEF )、e. 全通滤波器( APF )4. 按频率特性在截止频率fp邻近形状的不合可分为Butterworth , Chebyshev 和Bessel等.理想有源滤波器的频响：滤波器的用途滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分,例如,有一个较低频率的信号,其中包含一些较高频率成分的搅扰.滤波过程如图所示.§8.6有源滤波电路8.6.2 低通滤波电路( LPF )低通滤波器的主要技术指标（1）通带增益Avp通带增益是指滤波器在通频带内的电压缩小倍数,如图所示.性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的,阻带内的电压缩小倍数基本为零.（2）通带截止频率fp其定义与缩小电路的上限截止频率相同.通带与阻带之间称为过渡带,过渡带越窄,说明滤波器的选择性越好.8.6.2.1 一阶低通滤波电路( LPF )一. 电路组成组成：简单RC滤波器同相缩小器特点：│Avp│ >0,带负载能力强缺点：阻带衰减太慢,选择性较差.二. 性能阐发有源滤波电路的阐发办法:1.电路图→电路的传递函数Av(s)→频率特性Av(jω)2. 按照定义求出主要参数3. 画出电路的幅频特性一阶LPF的幅频特性:8.6.2.2 简单二阶LPF一. 电路组成组成: 二阶RC网络同相缩小器通带增益：二. 主要性能1. 传递函数:2.通带截止频率:3.幅频特性:特点：在f>f0 后幅频特性以-40dB/dec的速度下降；缺点：f=f0 时,缩小倍数的模只有通带缩小倍数模的三分之一.8.6.2.3 二阶压控电压源LPF二阶压控电压源一般形式二阶压控电压源LPF阐发：Avp同前对节点N , 可以列出下列方程：联立求解以上三式,可得LPF的传递函数：上式标明,该滤波器的通带增益应小于3,才干包管电路稳定任务.频率特性:当Avp≥3时,Q =∞,有源滤波器自激.由于将接到输出端,等于在高频端给LPF加了一点正反应,所以在高频端的缩小倍数有所抬高,甚至可能引起自激.二阶压控电压源LPF的幅频特性：巴特沃思（压控）LPF仿真结果Q=0.707 fp=f0=100Hz§8.6有源滤波电路8.6.2.4 无限增益多路反应滤波器无限增益多路反应有源滤波器一般形式,要求集成运放的开环增益远大于60DB无限增益多路反应LPF由图可知：对节点N , 列出下列方程：通带电压缩小倍数频率响应为：巴特沃思（无限增益）LPF仿真结果Q=0.707 fp=f0=1000Hz8.6.3 高通滤波电路( HPF )8.6.3.1 HPF与LPF的对偶关系1. 幅频特性对偶(相频特性不合错误偶)2. 传递函数对偶低通滤波器传递函数高通滤波器传递函数HPF与LPF的对偶关系3. 电路结构对偶将起滤波作用的电容换成电阻将起滤波作用的电阻换成电容低通滤波电路高通滤波电路8.6.3.2 二阶压控电压源HPF二阶压控电压源LPF 二阶压控电压源HPF电路形式相互对偶二阶压控电压源HPF传递函数: 低通:高通：二阶压控电压源HPF二阶压控电压源HPF幅频特性：8.6.3.3 无限增益多路反应HPF无限增益多路反应LPF无限增益多路反应HPF8.6.4 带通滤波器(BPF)BPF的一般组成办法：优点:通带较宽,通带截至频率容易调整缺点:电路元件较多一般带通滤波电路仿真结果二阶压控电压源BPF二阶压控电压源一般形式二阶压控电压源BPF传递函数:截止频率:RC选定后,改动R1和Rf即可改动频带宽度二阶压控电压源BPF仿真电路仿真结果8.6.5 带阻滤波器(BEF)BEF的一般形式缺点:电路元件较多且HPF与LPF相并比较困难.基本BEF电路同相比例无源带阻(双T网络)双T带阻网络双T带阻网络二阶压控电压源BEF电路正反应,只在f0邻近起作用传递函数二阶压控电压源BEF仿真电路仿真结果例题1：要求二阶压控型LPF的f0=400Hz , Q值为0.7,试求电路中的电阻、电容值.解：按照f0 ,选取C再求R.1. C的容量不容易超出 . 因大容量的电容器体积大,价格高,应尽量避免使用.取计算出：R=3979Ω取R=3.9KΩ2．按照Ｑ值求和,因为时,按照与、的关系,集成运放两输入端外接电阻的对称条件按照与R1 、Rf 的关系,集成运放两输入端外接电阻的对称条件.例题1仿真结果例题与习题2LPF例题与习题2仿真结果例题与习题3HPF例题与习题3仿真结果例题与习题4例题与习题4仿真结果vo1 :红色vo :蓝色。
运算放大电路的原理
运算放大电路的原理
运算放大电路是一种用于增大输入信号的放大器。
它通过将输入信号放大并提供增益，从而将较小的输入信号转换为更大的输出信号。
运算放大电路一般由三个主要部分组成：差分放大器、电压跟随器和电流源。
差分放大器是运算放大电路中最关键的部分之一。
它由两个输入端和一个输出端组成。
其中，一个输入端称为非反馈输入端，另一个输入端称为反馈输入端。
非反馈输入端接收输入信号，而反馈输入端接收输出信号进行比较。
该差分模式使得输出信号与输入信号之间产生差值，从而实现了放大。
电压跟随器也是运算放大电路的重要组成部分。
它能够将输出信号的电压跟随输入信号的电压变化。
这样可以保持输出信号与输入信号之间的稳定比例，从而实现信号的放大。
电流源是为了提供稳定的工作电流而存在的。
它能够保持电路的工作点稳定，确保输出信号的放大效果。
通过差分放大器、电压跟随器和电流源等部分的合理组合和协作，运算放大电路能够实现输入信号的放大。
同时，它还能够具备一些特殊的功能，如反相放大、非反相放大、求和等。
这使得运算放大电路成为现代电子设备中的重要组成部分。
由运放组成的VIIV变换电路
由运放组成的V/I、I/V变换电路1、0－5V/0－10mA的V/I变换电路图1是由运放和阻容等元件组成的V/I变换电路，能将0—5V的直流电压信号线性地转换成0－10mA的电流信号，A1是比较器．A3是电压跟随器，构成负反馈回路，输入电压Vi与反馈电压Vf比较，在比较器A1的输出端得到输出电压VL，V1控制运放A1的输出电压V2，从而改变晶体管T1的输出电流IL而输出电流IL又影响反馈电压Vf，达到跟踪输入电压Vi的目的。
输出电流IL的大小可通过下式计算：IL＝Vf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此IL＝Vi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500Ω时,可实现0－5V/0－10mA的V/I转换，如果所选用器件的性能参数比较稳定，运故A1、A2的放大倍数较大，那么这种电路的转换精度，一般能够达到较高的要求。
2、0－10V/0－10mA的V/I变换电路图2中Vf是输出电流IL流过电阻Rf产生的反馈电压，即V1与V2两点之间的电压差，此信号经电阻R3、R4加到运放A1的两个输入端Vp与Vn，反馈电压Vf=V1－V2，对于运放A1，有VN＝Vp；Vp＝V1/(R2+R3)×R2，VN＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，所以V1/(R2+R3)×R2＝V2＋(Vi-V2)×R4/(R1+R4)，依据Vf＝V1-V2及上式可推导出：若式中R1＝R2＝100kΩ，R1＝R4=20kΩ，则有：Vf×R1＝Vi×R4，得出：Vf＝R4/R1×Vi＝1/5Vi，如果忽略流过反馈回路R3、R4的电流，则有：IL＝Vf/Rf＝Vi/5Rf，由此可以看出．当运放的开环增益足够大时，输出电流IL与输入电压Vi 满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻Rf的阻值有关．显然，当Rf＝200Ω时，此电路能实现0－10v/0－10mA的V/I变换。
集成运算放大器的基本运算电路
集成运算放大器的基本运算电路《集成运算放大器的基本运算电路》一、简介集成运算放大器（Integrated Circuit Operational Amplifier，简称ICOpamp）是一种功能最为广泛最为重要的放大器，是用来实现幅度放大、均衡、限幅等功能的放大电路，是一种双端输入、单端输出、高增益（G >1000）、低压抗（≤20V）的电路，它可以高效地驱动大电流，提供高灵敏度，具有较低的噪声水平，是数字仪器仪表、信号发生器、电子脉冲变换器等的重要元件。
二、基本电路集成运算放大器的基本电路可以分为四部分：输入放大部分; 电压增益控制部分; 输出放大部分; 和信号跟踪部分。
1、输入放大部分输入放大部分由输入放大漏极，信号增益控制部分由电压增益控制漏极和电容组成，输出放大部分由输出放大源极和输出电容组成，信号跟踪部分由高速信号动态补偿电路组成。
2、电压增益控制部分电压增益控制部分的功能是控制增益，输出信号的幅值与此部分的输入电压成正比，因此所组成电路越复杂，其增益控制动态范围就越大。
3、输出放大部分输出放大部分的功能是把微弱的输入信号放大到较大的幅度，由输出放大源极和输出电容组成，它是集成运算放大器的主要部分，也是它的性能的关键。
4、信号跟踪部分信号跟踪部分的功能是保持输出电平的稳定，当由于外部因素影响把输入信号的幅度和相位变化时，信号跟踪部分使得输出电平与之保持平衡，以保证输出信号的稳定性和准确性。
三、优缺点1、优点集成运算放大器具有体积小、成本低、灵敏度高、动态范围大、高增益等优点，使它在半导体放大器中占据重要地位。
2、缺点集成运算放大器也有一定的缺点，如输入偏置电流较大，输入偏置电容较大，噪声较大，通带幅值较小等。
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第2章模拟电路制作实训
2.1 运算放大器基本运算电路
2.1.1 实训目的与器材
实训目的：制作一个基于MCP6021运算放大器的基本运算电路实验模板[16]。
实训器材：常用电子装配工具，万用表，示波器。
基本运算电路实验模板元器件清单如表2.1.1所列。
表2.1.1 基本运算电路实验模板元器件清单
2.1.2 MCP6021运算放大器的基本特性
MCP6021（MCP6022、MCP6023和MCP6024）是高性能的轨对轨输入/输出运算放大器，带宽为10 MHz，噪声为8.7（10 kHz），低失调电压为±500~
±250μV，总谐波失真为0.00053%，电源电压范围为2.5V ～5.5V ，采用PDIP 、SOIC 和TSSOP 封装，引脚端封装形式如图2.1.1所示。
图2.1.1 MCP6021引脚端封装形式
2.1.3 基本运算电路实验模板电路结构
基本运算电路实验模板电路如图2.1.2所示。
基本运算电路实验模板可以构成的一些运算放大器电路如图2.1.3所示。
图2.1.2 基本运算电路实验模板电路
（a ）反相放大器电路
（b ）同相放大器电路
（c ）电压跟随器电路
（d ）反相比较器电路
（e ）同相比较器电路
（f ）反相微分电路
（g ）同相微分电路
图2.1.3 基本运算电路实验电路结构
2.1.4 基本运算电路实验模板的制作步骤
1．印制电路板制作
按印制电路板设计要求，设计基本运算电路实验模板电路的印制电路板图，一个参考的基本运算电路实验模板电路PCB 图如图2.1.4所示。
印制电路板制作过程请参考“全国大学生电子设计竞赛技能训练”一书。
2．元件焊接
按图2.1.4（a ）所示，将元器件逐个焊接在印制电路板上，元件引脚要尽量的短。
元件焊接方法与要求请参考“全国大学生电子设计竞赛技能训练”一书有关章节。
注意：元器件布局图中所有元器件均未采用下标形式。
（a ）元器件布局图
（b ）顶层PCB 图
（c ）底层PCB 图
图2.1.4 基本运算电路实验模板电路PCB 图
2.1.5 实训思考与练习题：制作求和运算电路实验模板
试采用MCP6021制作一个求和运算电路实验模板，一个参考的设计电路和PCB 图[16]如图2.1.5所示。
实验的求和电路结构如图2.1.6所示。
求和运算电路实验模板元器件清单与表
2.1.1相同。
补充的实验求和电路元件清单如表2.1.2所列。
表2.1.2 实验求和电路元件清单
（b ）元器件布局图
（a ）电原理图
（c ）顶层PCB 图（d ）底层PCB 图
图2.1.5 求和运算电路实验模板电路和PCB 图
（a ）反相求和放大器电路
（b ）同相求和放大器电路
图2.1.6 实验的求和电路结构
2.1.6 实训思考与练习题：制作差分放大器电路实验模板
试采用MCP6021制作一个差分放大器电路实验模板，一个参考的设计电路和PCB 图[16]如图2.1.7所示。
差分放大器电路实验模板元器件清单如表2.1.3所列。
实验的差分放大器电路结构如图2.1.8所示，图中C S1 为0.1μF, RS1 , RS2 为 20.0 kΩ，R S3 为0.0 kΩ，R 1~R4、R L 为1.98
（a ）电原理图
（b ）元器件布局图
（d ）顶层PCB 图
（e ）底层PCB 图
图2.1.7 差分放大器电路实验模板电路和PCB 图
表2.1.1 符号 CP1 CR1, CR2, CU1,CU2,CS1 DP1 JP1, JP2 RR1, RR2,RS1, RS2 RS3 U1 U2 U1插座 R1~R4, RISO, RL CL 差分放大器实验模板元器件清单参数
1µF,10%,25V, X5R,0805，陶瓷电容器 0.1µF,10%,25V, X7R,0805，陶瓷电容器稳压
二极管，6.2V, 350mW ,SOT-23 插头20.0kΩ ,1/8W ,1% 0805,SMD,电阻
10.0kΩ ,1/8W ,1% 0805,SMD,电阻 MCP6021,SOT-23-5, 运算放大器 MCP6021 SOIC-8, 运算放大器 8-DIP,镀锡根据实验电路要求配置根据实验电路要求配置数量 1 4 1 2 4 1 1 1 1 6 1 （a）差分放大器电路结构（b）源配置电路结构图2.1.8 实验的差分放大器电路结构。