（優(yōu)選）測(cè)控電路第五章信號(hào)運(yùn)算電路當(dāng)前第1頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)同相比例運(yùn)算電路R2=R1//RF根據(jù)“虛斷”和“虛短”的特點(diǎn)，可知i+=i-=0；u-=u+=uＩ又u-

=u+=uＩ得：該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻很高；輸出電阻很低。當(dāng)RF=0或R1=時(shí)，Auf=1——電壓跟隨器圖

uＩ當(dāng)前第2頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)差動(dòng)比例運(yùn)算電路圖5.1.4差動(dòng)比例運(yùn)算電路在理想條件下，由于“虛斷”，i+=i-=0由于“虛短”，u+=u-，所以：電壓放大倍數(shù)當(dāng)前第3頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)三種比例運(yùn)算電路之比較反相輸入同相輸入差分輸入電路組成要求R2=R1//RF要求R2=R1//RF要求R1=R1′RF=RF′電壓放大倍數(shù)uO與uI反相，可大于、小于或等于1uO與uI同相，放大倍數(shù)可大于或等于1RifRif=R1不高Rif=(1+Aod)Rid高Rif=2R1不高Ro低低低性能特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)反相比例運(yùn)算；電壓并聯(lián)負(fù)反饋；“虛地”實(shí)現(xiàn)同相比例運(yùn)算；電壓串聯(lián)負(fù)反饋；“虛短”但不“虛地”實(shí)現(xiàn)差分比例運(yùn)算(減法)

“虛短”但不“虛地”當(dāng)前第4頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)比例電路應(yīng)用實(shí)例兩個(gè)放大級(jí)。結(jié)構(gòu)對(duì)稱的A1、A2組成第一級(jí)，互相抵消漂移和失調(diào)。A3組成差分放大級(jí)，將差分輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出。當(dāng)加入差模信號(hào)uI時(shí)，若R2=R3，則R1的中點(diǎn)為交流地電位，A1、A2的工作情況將如下頁(yè)圖中所示。圖三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器原理圖當(dāng)前第5頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)圖5.1.7由同相比例運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)公式，得則同理所以則第一級(jí)電壓放大倍數(shù)為：改變R1，即可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。R1開路時(shí)，得到單位增益。當(dāng)前第6頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)A3為差分比例放大電路。當(dāng)R4=R5，R6=R7時(shí)，得第二級(jí)的電壓放大倍數(shù)為所以總的電壓放大倍數(shù)為在電路參數(shù)對(duì)稱的條件下，差模輸入電阻等于兩個(gè)同相比例電路的輸入電阻之和當(dāng)前第7頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)例：在數(shù)據(jù)放大器中，①R1=2k，R2=R3=1k，R4=R5=2k，R6=R7=100k，求電壓放大倍數(shù)；②已知集成運(yùn)放A1、A2的開環(huán)放大倍數(shù)Aod=105，差模輸入電阻Rid=2M，求放大電路的輸入電阻。當(dāng)前第8頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)5.2求和電路求和電路的輸出量反映多個(gè)模擬輸入量相加的結(jié)果。反相輸入求和電路由于“虛斷”，i-=0所以：i1+i2+i3=iF又因“虛地”，u-

=0所以：當(dāng)R1=R2=R3=R時(shí)，圖

當(dāng)前第9頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)同相輸入求和電路由于“虛斷”，i+

=0，所以：解得：其中：由于“虛短”，u+=u-圖

當(dāng)前第10頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)圖5.2.3例5.2.2電路例：用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)算關(guān)系解：當(dāng)前第11頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)比較得：選RF1=20k，得：R1=100k，R3=15.4k；選RF2=100k，得：R4=100k，R2=10k。當(dāng)前第12頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)5.3積分和微分電路積分電路由于“虛地”，u-

=0，故uO=-uC由于“虛斷”，iI=iC，故uI

=iIR=iCR得：τ=RC——積分時(shí)間常數(shù)圖

當(dāng)前第13頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)積分電路的輸入、輸出波形(一)輸入電壓為矩形波圖

t0t1tuIOtuOOUI當(dāng)t≤

t0時(shí)，uI=0，uO=0；當(dāng)t0

<t≤t1時(shí)，uI=UI=常數(shù)，當(dāng)t>t1時(shí)，uI=0，uo保持t=t1時(shí)的輸出電壓值不變。即輸出電壓隨時(shí)間而向負(fù)方向直線增長(zhǎng)。當(dāng)前第14頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)(二)輸入電壓為正弦波tuOO可見，輸出電壓的相位比輸入電壓的相位領(lǐng)先90

。因此，此時(shí)積分電路的作用是移相。tuIOUm圖

當(dāng)前第15頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)微分電路圖5.3.5基本微分電路由于“虛斷”，i-

=0，故iC

=iR又由于“虛地”，u+

=u-=0，故可見，輸出電壓正比于輸入電壓對(duì)時(shí)間的微分。微分電路的作用：實(shí)現(xiàn)波形變換。當(dāng)前第16頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)5.4對(duì)數(shù)和指數(shù)電路對(duì)數(shù)電路由二極管方程知當(dāng)uD

UT時(shí)，或：利用“虛地”原理，可得：用三極管代替二極管可獲得較大的工作范圍。圖當(dāng)前第17頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)Is—PN結(jié)反向飽和電流；UT—熱電壓，UT=kT/q；T為熱力學(xué)溫度，k為玻爾茲曼常數(shù)，q為電子的電荷量，在室溫293K時(shí)，UT=293×1.38×10-23/1.6×10-19=26mV當(dāng)前第18頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)簡(jiǎn)單對(duì)數(shù)放大器的傳輸特性是：

輸入電壓每增加10倍,其輸出電壓約下降60mV。電路主要存在的問題：UT和Is都是溫度的函數(shù)，運(yùn)算精度受溫度形象小信號(hào)時(shí)，誤差較大。因?yàn)檫@時(shí)eU/UT和1相差不是很多。二極管在小電流時(shí)載流子的復(fù)合不能忽略,二極管有內(nèi)阻，電流較大時(shí)，壓降也比較大，其伏安特性與對(duì)數(shù)關(guān)系有較大的偏差。電流的變化對(duì)校正系數(shù)m有一定影響。實(shí)際的二極管電流不全滿足指數(shù)特性，這種電路只有在電流變化不是很大時(shí)，有較好的精度。范圍：1---2個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)前第19頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)指數(shù)電路當(dāng)uI

>0時(shí)，根據(jù)集成運(yùn)放反相輸入端“虛地”及“虛斷”的特點(diǎn)，可得：所以：可見，輸出電壓正比于輸入電壓的指數(shù)。圖

當(dāng)前第20頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)5.5乘法和除法電路由對(duì)數(shù)及指數(shù)電路組成的乘除電路乘法電路的輸出電壓正比于其兩個(gè)輸入電壓的乘積，即uo=uI1uI2求對(duì)數(shù)，得：再求指數(shù)，得：所以利用對(duì)數(shù)電路、求和電路和指數(shù)電路，可得乘法電路的方塊圖：對(duì)數(shù)電路對(duì)數(shù)電路uI1uI2lnuI1lnuI2求和電路lnuI1+lnuI2指數(shù)電路uO=uI1uI2圖

當(dāng)前第21頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)同理：除法電路的輸出電壓正比于其兩個(gè)輸入電壓相除所得的商，即：求對(duì)數(shù)，得：再求指數(shù)，得：所以只需將乘法電路中的求和電路改為減法電路即可得到除法電路的方塊圖：對(duì)數(shù)電路對(duì)數(shù)電路uI1uI2lnuI1lnuI2減法電路lnuI1-lnuI2指數(shù)電路圖

當(dāng)前第22頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)模擬乘法器uI1uI2uO圖5.5.3模擬乘法器符號(hào)輸出電壓正比于兩個(gè)輸入電壓之積uo=KuI1uI2比例系數(shù)K為正值——同相乘法器；比例系數(shù)K為負(fù)值——反相乘法器。變跨導(dǎo)式模擬乘法器：是以恒流源式差動(dòng)放大電路為基礎(chǔ)，采用變跨導(dǎo)的原理而形成。分類：四象限、二象限、單象限乘法器當(dāng)前第23頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)圖5.5.5變跨導(dǎo)式模擬乘法器的原理：恒流源式差動(dòng)放大電路的輸出電壓為：當(dāng)IEQ較小、電路參數(shù)對(duì)稱時(shí)，所以：結(jié)論：輸出電壓正比于輸入電壓uI1與恒流源電流I的乘積。當(dāng)前第24頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)

設(shè)想：使恒流源電流I與另一個(gè)輸入電壓uI2成正比，則uO正比于uI1與uI2的乘積。當(dāng)uI2>>uBE3時(shí)，即：圖5.5.6變跨導(dǎo)式乘法器原理電路當(dāng)前第25頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)乘法模擬器的應(yīng)用：uIuO圖5.5.71.平方運(yùn)算圖5.5.82.除法運(yùn)算因?yàn)閕1=i2，所以：則：當(dāng)前第26頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)3.倍頻若乘法器的