信号与电路基础-运算放大器基本电路-信号处理电路
信号与电路基础-运算放大器基本电路-信号8tTt8电路A. 基本运算电路
比例运算电路是一种 基本、 简单的运算电路,如图8.1所示ssBbww。后面 几种运算电路都可在比例电路的基础上发展起来演变得到。vo∝vi:vo=k vi (比例系数k即反馈电路增益
AvF,vo=AvF vi)
输入信号的接法有三种:
反相输入(电压并联负反馈)见图8.2
同相输入(电压串联负反馈)见图8.3
差动输入(前两种方式的组合)
电路特点:
1)各种比例电路的共同之处是:无一例外地引入了电压负反馈。
2)分析时都可利用 "虚短"和"虚断"的结论:iI=0、vN=vp 。见图8.4
3)AvF的正负号决定于输入vi接至何处:
接反相端:AvF<0
接同相端:AvF>0,见图8.5
dddtt一个特例,当R1→∞时AVF=1,电路成为一个电压跟随器如图8.6所示ssBbww。
4) 在同 例电路中引入串联反馈,8ttt8Ri很大,而反 例电路引入并联负反馈,8ttt8Ri不高。
5)www.ddd tt. com反 例电路中,N点是"虚地"点,vN≈0。8ttt8加在集成运放上的共模输入电压下降至0;而同 例电路中,vN≈vi,8ttt8集成运放将承受较高的共模输入电压。
6)比例电路的同相端均接有R′, 这是8 Tt t 8. com集成运放输入级是由差放电路组成,它 两边的输入回路参数对称。 即,从集成运放反相端和地两点向外看的等效电阻等于反相端和 地两点向外看的等效电阻。
这一对称条件, 对于 各种晶体管集成运放构成的运算和放大电路是普遍 适用的。有时(例高阻型运放) 不严格。
例:试用集成运放实现以下比例运算:AvF=vo/vi=0.5,画出电路原理图,并估算电阻元件的参数值。
解:(1)AvF=0.5>0,即vo与vi同相。∴可采用同 例电路。 但由前面分析可知,在典型的同 例电路中,AvF≥1,无法实现AvF=0.5的 。
(2)选用两级反相电路串联,则反反得正如图8.7所示ssBbww。使AvF1=-0.5,AvF2=-1。即可满足题目 。
电阻元件参数见图8.8。
一、基本运算电路_加法电路
求和电路的输出电压决定于若干个输入电压之和,SsbbwW.com表达式为:vo=k1vs1+k2vs2+......+knvsn
8ttt8以图8.9为例推导输出/输入之间
的函数关系。 该电路的实质是多端输入的电压并联负反馈电路。 比例运算电路是一种 基本、 简单的运算电路,如图8.1所示ssBbww。后面
AvF,vo=AvF vi)
输入信号的接法有三种:
反相输入(电压并联负反馈)见图8.2
同相输入(电压串联负反馈)见图8.3
差动输入(前两种方式的组合)
电路特点:
1)各种比例电路的共同之处是:无一例外地引入了电压负反馈。
2)分析时都可利用 "虚短"和"虚断"的结论:iI=0、vN=vp 。见图8.4
3)AvF的正负号决定于输入vi接至何处:
接反相端:AvF<0
接同相端:AvF>0,见图8.5
dddtt一个特例,当R1→∞时AVF=1,电路成为一个电压跟随器如图8.6所示ssBbww。
4) 在同 例电路中引入串联反馈,8ttt8Ri很大,而反 例电路引入并联负反馈,8ttt8Ri不高。
5)www.ddd tt. com反 例电路中,N点是"虚地"点,vN≈0。8ttt8加在集成运放上的共模输入电压下降至0;而同 例电路中,vN≈vi,8ttt8集成运放将承受较高的共模输入电压。
6)比例电路的同相端均接有R′, 这是8 Tt t 8. com集成运放输入级是由差放电路组成,它 两边的输入回路参数对称。 即,从集成运放反相端和地两点向外看的等效电阻等于反相端和 地两点向外看的等效电阻。
这一对称条件, 对于 各种晶体管集成运放构成的运算和放大电路是普遍
例:试用集成运放实现以下比例运算:AvF=vo/vi=0.5,画出电路原理图,并估算电阻元件的参数值。
解:(1)AvF=0.5>0,即vo与vi同相。∴可采用同 例电路。 但由前面分析可知,在典型的同 例电路中,AvF≥1,无法实现AvF=0.5的 。
(2)选用两级反相电路串联,则反反得正如图8.7所示ssBbww。使AvF1=-0.5,AvF2=-1。即可满足题目 。
电阻元件参数见图8.8。
一、基本运算电路_加法电路
求和电路的输出电压决定于若干个输入电压之和,SsbbwW.com表达式为:vo=k1vs1+k2vs2+......+knvsn
8ttt8以图8.9为例推导输出/输入之间
根据虚地的概念,即:vI=0→vN-vP=0, iI=0
电路特点:
在进行电压相加时,能保证各vs 及 vo间有公共的接地端。输出vo分别与各个
vs间的比例系数仅仅取决于Rf与各输入回路的电阻之比,而与8ttt8各路的电阻无关。因此www.8 t tt8. com,参数值的ssbbwW.com比较方便。
1) 求和电路实际8ttt8上是利用 "虚地"以及iI=0的原理,通过电流相加(if=i1+i2+…)来实现电压相加。此加法器还可扩展到多个输入电压相加。也可利用 同相放大器组成。
2) 输出端再接一级反相器,则可消去负号,实现符合常规的算术加法。同相放大器可直接得出
无负号的求和。但仅在Rn=Rp的严格条件下正确。
3) www.hnygpx.com电路的优点是:
a.在进行电压相加的ssbbww. com, 仍能保证各输入电压及输出电压间有公共的接地端。使用方便。
b.www.ddd tt. com"虚地"点的"隔离"作用,输出vo分别与各个vs1间的比例系数仅仅取决于Rf与各相应输入回路的电阻之比,而与8ttt8各路的电阻无关。因此www.8 t tt8. com,参数值的ssbbwW.com比较方便。
二、基本运算电路_减法电路
电路如图8.10所示ssBbww,由反 例电路得:
利用 差动输入也www.ssbbww.com实现减法运算,电路如图8.11所示ssBbww
电路特点:
a、只需一只运放,元件少,成本低.
b、www.ddd tt. com其实际是差动式放大器,电路存在共模电压,应选用KCMR较高的集成运放,才能保证www.hnygpx.com的运算精度.
c、阻值计算和ssbbwW.com不方便。
例1. 试用集成运放实现求和运算。
1)vo=-(vs1+10vs2+2vs3)
2)vo=1.5vs1-5vs2+0.1vs3
解(1)用反相求和电路形式(如图12)
解(2)本题 的运算关系中既有加法又有减法。
使用双集成运放的电路如图8.13
① vs1、vs3加到A1-组成反相求和电路,使vo1=-(1.5vs1+0.1vs3)
② 将vo1和vs2加到A2的反相端使:
vo=-(vo1+5vs3)
=1.5vs1+0.1vs3-5vs2
Rf1/R1=1.5 Rf1/R3=0.1
选R1=2k,可得:Rf1=3k,R3=30k
例:请证明图8.14所示ssBbww电路的输出为
该电路称为仪用放大器.
三、信号8tTt8电路_积分电路
积分电路的应用很广,它是模拟电子计算机的基本组成单元。在控制和测量系统中也www.ssbbww.com用到积分电路。此外,积分电路还可用8ttt8于延时和定时。在各种波形(矩形波、锯齿波等)发生电路中,积分电路8tt t 8. comwww.hnygpx.com的组成部分。电路如图8.15所示ssBbww。
采用什么方法能使vo与vi间成为积分关系呢?首先想到的是利用 电容C。8 Tt t 8. com其中vc,ic分别为电容两端电压和流过的电流,C为电容容量。8ttt88 tt t8.com能设法使电路的vo∝vc,而使vi∝ic,则vo与vi间也将成为积分关系。以上 的 www.ssbbww.com利用 集成运放来实现,电路如图8.14所示ssBbww。
运放的反相端"虚地",vN=0, ∴vo=-vc实现了第一个 (vo∝vc);又ic=i1=vs/R实现了第二个 (vs∝ic)
于是
即
τ=RC —— 积分电路的时间常数
总结:
1)以上 关系是假设C两端vco=0,若vco≠0,则
2)将积分电路图8.16与反 例电路比较,www.ssbbww.com看出基本积分电路8tt t 8. com在反 例电路基础上演变而得.(将RF换成C即可)
3)8 tt t8.com在积分电路的输入端加上一个阶跃信号则可得到
即vo随时间而直线上升,但增长方向与vs极性相反。增长速度正比于vs(输入电压的幅值)和1/τ 。利用 积分电路的上述特性,若输入信号是方波,则输出将是三角波。可见积分电路能将方波转换成三角波。
当t增加www.8 t tt8. com时,|vo|是否增加www.8 t tt8. com并趋于无穷?显然不能。它受到集成运放的 大输出电压vomax的限制,当vo等于正向或负向的 大值后,便达到饱和,不再继续增大。
积分电路具有延迟作用。将vodddtt电子开关的输入电压,即输出端接一电子开关,当vo=6v时电子开关动作。设vs在t=0,由0变为-3v,则vo随t线性上升。已知:R=10kW,C=0.05mF,vco=0,请算出vo=6v时所对应的时间T
4)在积分电路输入端加上一个正弦信号,vs=Vmsinωt,
vo比vs领先90°,www.hnygpx.com相差与ω无关。但幅度与积分电路的RC、ω有关,RC、ω增大,幅度减小。
这www.hnygpx.com积分电路的移相作用。
以上 讨论的积分性能,均指理想8 tt t 8. com而言。 实际8ttt8的积分电路不可能www.ssBBww.cOm是理想的,www.ssbbww.com出现wWw.积分误差。 主要原因是实际8ttt8集成运放的输入失调电压、输入偏置电流和失调电流的影响。实际8ttt8的C存在漏电流等。8 tt t 8. com严重时甚至不能正常工作。实际8ttt8应用时要注意这些问题
四、信号8tTt8电路_微分电路
微分是积分的逆运算。只要将积分电路中R与C互换即可,如图8.20所示ssBbww。
分析: 若vs=k,则vo=0(理想8 tt t 8. com);若vs是一个直线上升的电压,则vo=-K。如图8.21所示ssBbww。
例题:用集成运放实现:vo=5∫(vs1-0.2vs2+3vs3)dt 各路输入电阻大于100k,选择电路结构形式并确定电路参数值。
解: 实现的运算关系中包含+、-、∫运算。 采用两个集成运放结构:如图8.22所示ssBbww:
使vo1=-(vs1+3vs3)
再将vo1和vs2加在A2的反相端,实现的是求和积分运算,使vo=-5∫(vo1+0.2vs2)dt 实现本题 。
参数的计算:
具体电路如图8.23所示ssBbww。
信号与电路基础-运算放大器基本电路-信号8tTt8电路B. 实际8ttt8运算放大器运算电路的误差分析
一、共模抑制比KCMR为有限值的8 tt t 8. com
电路如图8.24所示ssBbww
★★★★★ 湖南省阳光电子技术学校常年开设:手机维修培训、家电维修培训、电工培训、电脑维修培训、焊工培训--面向全国火爆招生!网址:http://www.hnygpx.com 报名电话:0731-85579057)。安置就业。颁发全国通用权威证书。采用我校多年来独创的“模块教学法”,理论与实践相结合、原理+图纸+机器三位一体的教学模式,半天理论,半天实践,通俗易懂,确保无任何基础者也能全面掌握维修技能、成为同行业中的佼佼者。包工作(一期不会,免费学会为止)。
3) www.hnygpx.com电路的优点是:
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二、基本运算电路_减法电路
电路如图8.10所示ssBbww,由反 例电路得:
利用 差动输入也www.ssbbww.com实现减法运算,电路如图8.11所示ssBbww
电路特点:
a、只需一只运放,元件少,成本低.
b、www.ddd tt. com其实际是差动式放大器,电路存在共模电压,应选用KCMR较高的集成运放,才能保证www.hnygpx.com的运算精度.
c、阻值计算和ssbbwW.com不方便。
例1. 试用集成运放实现求和运算。
1)vo=-(vs1+10vs2+2vs3)
2)vo=1.5vs1-5vs2+0.1vs3
解(1)用反相求和电路形式(如图12)
解(2)本题 的运算关系中既有加法又有减法。
使用双集成运放的电路如图8.13
① vs1、vs3加到A1-组成反相求和电路,使vo1=-(1.5vs1+0.1vs3)
② 将vo1和vs2加到A2的反相端使:
vo=-(vo1+5vs3)
=1.5vs1+0.1vs3-5vs2
Rf1/R1=1.5 Rf1/R3=0.1
选R1=2k,可得:Rf1=3k,R3=30k
例:请证明图8.14所示ssBbww电路的输出为
该电路称为仪用放大器.
三、信号8tTt8电路_积分电路
积分电路的应用很广,它是模拟电子计算机的基本组成单元。在控制和测量系统中也www.ssbbww.com用到积分电路。此外,积分电路还可用8ttt8于延时和定时。在各种波形(矩形波、锯齿波等)发生电路中,积分电路8tt t 8. comwww.hnygpx.com的组成部分。电路如图8.15所示ssBbww。
采用什么方法能使vo与vi间成为积分关系呢?首先想到的是利用 电容C。8 Tt t 8. com其中vc,ic分别为电容两端电压和流过的电流,C为电容容量。8ttt88 tt t8.com能设法使电路的vo∝vc,而使vi∝ic,则vo与vi间也将成为积分关系。以上 的 www.ssbbww.com利用 集成运放来实现,电路如图8.14所示ssBbww。
运放的反相端"虚地",vN=0, ∴vo=-vc实现了第一个 (vo∝vc);又ic=i1=vs/R实现了第二个 (vs∝ic)
于是
即
τ=RC —— 积分电路的时间常数
总结:
1)以上 关系是假设C两端vco=0,若vco≠0,则
2)将积分电路图8.16与反 例电路比较,www.ssbbww.com看出基本积分电路8tt t 8. com在反 例电路基础上演变而得.(将RF换成C即可)
3)8 tt t8.com在积分电路的输入端加上一个阶跃信号则可得到
即vo随时间而直线上升,但增长方向与vs极性相反。增长速度正比于vs(输入电压的幅值)和1/τ 。利用 积分电路的上述特性,若输入信号是方波,则输出将是三角波。可见积分电路能将方波转换成三角波。
当t增加www.8 t tt8. com时,|vo|是否增加www.8 t tt8. com并趋于无穷?显然不能。它受到集成运放的 大输出电压vomax的限制,当vo等于正向或负向的 大值后,便达到饱和,不再继续增大。
积分电路具有延迟作用。将vodddtt电子开关的输入电压,即输出端接一电子开关,当vo=6v时电子开关动作。设vs在t=0,由0变为-3v,则vo随t线性上升。已知:R=10kW,C=0.05mF,vco=0,请算出vo=6v时所对应的时间T
4)在积分电路输入端加上一个正弦信号,vs=Vmsinωt,
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以上 讨论的积分性能,均指理想8 tt t 8. com而言。 实际8ttt8的积分电路不可能www.ssBBww.cOm是理想的,www.ssbbww.com出现wWw.积分误差。 主要原因是实际8ttt8集成运放的输入失调电压、输入偏置电流和失调电流的影响。实际8ttt8的C存在漏电流等。8 tt t 8. com严重时甚至不能正常工作。实际8ttt8应用时要注意这些问题
四、信号8tTt8电路_微分电路
微分是积分的逆运算。只要将积分电路中R与C互换即可,如图8.20所示ssBbww。
分析: 若vs=k,则vo=0(理想8 tt t 8. com);若vs是一个直线上升的电压,则vo=-K。如图8.21所示ssBbww。
例题:用集成运放实现:vo=5∫(vs1-0.2vs2+3vs3)dt 各路输入电阻大于100k,选择电路结构形式并确定电路参数值。
解: 实现的运算关系中包含+、-、∫运算。 采用两个集成运放结构:如图8.22所示ssBbww:
使vo1=-(vs1+3vs3)
再将vo1和vs2加在A2的反相端,实现的是求和积分运算,使vo=-5∫(vo1+0.2vs2)dt 实现本题 。
参数的计算:
具体电路如图8.23所示ssBbww。
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一、共模抑制比KCMR为有限值的8 tt t 8. com
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