模拟信号与处理电路

双运放的加减运算电路
ui1 R1
RF1
uo1


RF
1
(
ui1 R1

ui 2 R2
)
-
ui2

R2
+ +
uo1
R4
RF2
R3
ui3

R5
+ +
uo
R3 R1 // R2 // RF1, R6 R4 // R5 // RF2 R6
uo

RF
2
(
uo1 R4

ui3 R5
)

RF
2

例题：利用电压比
ui
较器将正弦波变为 方波。
t
ui

+
uo
+Uom
+ uo
t
-Uom
二、 单门限比较器（与参考电压比较）
运放处于 开环状态
当ui > UREF时 , uo = +Uom 当ui < UREF时 , uo = -Uom
uo
ui

+
UREF
+ uo
UREF为参考电压
+Uom
0
-Uom
R2：平衡电阻。 R2 = R1 // Rf 若R1 = Rf vo = –vs 此为反相器。
输出电阻：Ro=0; 输入电阻:Ri=R1 (从输入和地向里看)
Auf

vo vi
Байду номын сангаас Rf R1
由上式可知：电路实现了比例运算，其运算精度取 决于电阻阻值的精度。
由于“虚地”的特点，反相比例运算电路中集成运 放的同相输入端和反相输入端电压均基本上等于零。也 就是说，集成运放承受的共模输入电压很低，因此反相 比例运算电路选择运放时对共模抑制比和最大共模输入 信号不必提出很高的要求。
RF1 R4
( ui1 R1

ui 2 R2
)
ui3 R5

6.5 电压比较器
功能： 将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输
出一定的高低电平。
特性： 运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入
的关系uo=f(ui)是非线性函数。
运放工作在非线性状态基本分析方法
1. 运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。
1 Rf R1
由上面分析可知：输出电压与输入电压成比例，且相 位相同。R1=∞,或者Rf=0，则电压放大倍数等于1，这时 电路称为电压跟随器。
同相比例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和最大共模输入信号 要求也高。选用芯片时要注意。
三、电压跟随器

_
+
ui
ui
UREF
若ui从反相端输入
2. 运放工作在非线性状态的分析方法： 若U+＞U- 则UO=+UOM； 若U+＜U- 则UO=-UOM。 虚断（运放输入端电流=0） 注意：此时不能用虚短！
2.1单门限电压比较器
一、 过零比较器: （门限电平=0）
uo
ui

+
+ uo
+UOM 0
ui
-UOM

+
+ uo ui
uo
+UOM
0
ui
-UOM
一、反相放大器（反相比例放大器） 1、基本电路
if
v+ = 0
i1 vs
R1
Rf – iI
vo
v+ =v– 又 iI = 0
v– = 0（虚短） i1 = if（虚断）
R2
+
vs vo vo Rf
R1 Rf
vi
R1
平衡电阻的作用：静态时，使 输入级偏流平衡，并让输入级 的偏置电流在运放两个输入端 的外接电阻上产生相等的压降
ui2 R1

R2
_ +
+
R2
u u
uo u u ui1
uo
R2
R1
ui2 u u
R1
R2
解出：
uo

R2 R1
(ui 2
ui1)
6.1.2 求和运算电路（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：可用虚短、虚断的概念来分析，也可 用叠加定理
ui1

R2 R12
ui2 )
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。
二、同相加法器
R1
RF
ui1
-

R21
+
+
uo
ui2
R22
R1 // RF R21 // R22
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。
R1 RF
此电路如果以 u+ 为输入 ，
R1 RF
-

ui1
R21
+ +
ui2 R22
R´
左图也是同相求和运算 电路，如何求同相输入 uo 端的电位？
提示： 1. 虚断路：流入同相端的
电流为0。 2. 节点电位法求u+。
例：设计一个加减运算电路， RF=240k，使 uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3
解: (1) 画电路。
一、反相加法器
R11 ui1
ui2
R12
R2
_
uo
+
+
RP R11 // R12 // RF RP
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。
R11 ui1
i11
ui2
R12
i12
iF
R2
_ +
+
RP
u u 0
i11 i12 iF
uo
uo

( R2 R11
集成运放的基本应用
模拟信号运算电路
比例运算 求和运算 积分、微分运算 对数和指数运算
信号检测处理电路
有源滤波器 电压比较器 测量放大器器
比例运算电路
比例运算电路有3种形式：反相输入、同相输入和差动输入
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。
-

ui1
R21
+ +
ui2 R22
uo
则输出为：
uo

(1
RF R1
)u
流入运放输入端的电流为0（虚开路）
u

R22 R21 R22
ui1

R21 R21 R22
ui 2
uo

(1
RF R1
)( R12 R11 R12
ui1

R11 R11 R12
ui2 )
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。
二、同相放大器（同相比例放大器）
if
iI R1
Rf
– v-
vs
R2 v+ +
利用虚短和虚断的结论：
v – = v+ = vs
由于 if = i1
vo
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
Auf

vo vi
+
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 uo 放大器的特例。
uo u u ui
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。
四、差动比例运算电路（减法电路）
ui1 R1