第七章信号的运算与处理 n教学时数:10学时 重点与难点: ■1、进一步理解与掌握运放“虚短”与“虚断” 的概念,并能熟练运用。 ■2、掌握基本运算电路。 3、模拟乘(除)法器、有源滤波电路
1 第七章 信号的运算与处理 ¡ 教学时数:10学时 ¡ 重点与难点: ¡ 1、进一步理解与掌握运放“虚短”与“虚断” 的概念,并能熟练运用。 ¡ 2、掌握基本运算电路。 ¡ 3、模拟乘(除)法器、有源滤波电路
7-1概述 本章所讨论的集成运放的基本应用电路, 主要包括加法、减法、微分、积分运算电路。 在分析各种运算和处理电路时,由运放构 成的电路通常工作在深度负反馈条件下,常用 到以下两个概念: 1集成运放两个输入端之间的电压通常接近于 零,即虚短。 2集成运放输入电阻很高,两输入电流几乎 为零,即虚断。 2
2 2.集成运放输入电阻很高,两输入电流几乎 为零,即虚断。 本章所讨论的集成运放的基本应用电路, 主要包括加法、减法、微分、积分运算电路。 在分析各种运算和处理电路时,由运放构 成的电路通常工作在深度负反馈条件下,常用 到以下两个概念: 1.集成运放两个输入端之间的电压通常接近于 零,即虚短。 7-1 概 述
理想运放的性能指标: 开环差模增益An=∞ 差模输入电阻Rn=∞ 十 A 输出电阻R=0 ■共模抑制比KCMR=∞ 上限截止频率Gn 失调电压Un、失调电流Ln、电压温漂"n 电流温漂"n,理想时均为0。 dT ■最大共模输入电压 U、最大差模输入电 压Uin、转换速率S等。 在分析时将一般运放看成理想运放 3
3 一 、理想运放的性能指标: ¡ 开环差模增益 Aod=∞ ¡ 差模输入电阻 Rid=∞ ¡ 输出电阻 Ro =0 ¡ 共模抑制比 KCMR =∞ ¡ 上限截止频率 fH≈∞ ¡ 失调电压Uoi、失调电流Ioi、电压温漂 、 电流温漂 ,理想时均为0。 ¡ 最大共模输入电压Uicmax、最大差模输入电 压Uidmax、转换速率SR等。 在分析时将一般运放看成理想运放。 A ∞ + - dT dUoi dT dIoi
二.理想运放的工作区 理想运放的工作区 VOH 正向饱和区 域一般分为两个: 线性工作区和非线性工 作区。 0 VP→ⅤN 1、线性工作区 负向饱和区 运放工作在线性 WoL 工作区时,其输出电 线性区 压u与差模电压成线 性关系。即 Auid An(u1+-u12) 4
4 二. 理想运放的工作区 理想运放的工作区 域一般分为两个: 线性工作区和非线性工 作区。 1、线性工作区 运放工作在线性 工作区时,其输出电 压uo与差模电压成线 性关系。即 u A ( u u ) o od i i A uo ui- ui+Δuid
由于理想运放A=∞,而un又为有限值,故 以上关系式中 I+ ≈ 这就是理想运放的一个重要特征,称 为“虚短路”。即两输入端电压无限接近。 由于理想运放的Rd≈,而AUi≈0,故 两输入端电流也为0。即 ,≈ 十 这一个特征称为“虚断路”。即两输入 端电流趋近于0 5
5 这就是理想运放的一个重要特征,称 为“虚短路” 。即两输入端电压无限接近。 由于理想运放的Rid≈∞,而ΔUid≈0,故 两输入端电流也为0。即 i i 0 这一个特征称为“虚断路” 。即两输入 端电流趋近于0。 由于理想运放Aod=∞,而uo又为有限值,故 以上关系式中 u u 0 i i 即 ui ui
虚短:U4≈U R N 虚断:I≈L=0 通常应使Rp=RN R为限流电阻; 虚地:U≈U+=0 Rp为平衡电阻。 6
6 + — ui uO I-I+ U- U+ 虚短: U+ ≈U- I+ ≈I 虚断: - =0 虚地: U- ≈U+ =0 RP RN 通常应使RP=RN, RN为限流电阻; RP为平衡电阻
对于工作在线性区的运放,“虚短”和 “虚断”特性是分析运放电路输出、输入 关系的重要基础。 对于理想运放,只要在运放的输入端 施加很小的差模电压,L就会有一个接近 电源电压的输出值。因此必须在运放的输 出端和输入端之间引入一个负反馈,从而 保证输出与输入成线性关系。 因此有无负反馈是判断运放电路工作 在线性区的重要特征。 所有工作在运算电路和放大电路中的 运放都是工作在线性区 7
7 对于工作在线性区的运放, “虚短”和 “虚断”特性是分析运放电路输出、输入 关系的重要基础。 对于理想运放,只要在运放的输入端 施加很小的差模电压,uo就会有一个接近 电源电压的输出值。因此必须在运放的输 出端和输入端之间引入一个负反馈,从而 保证输出与输入成线性关系。 因此有无负反馈是判断运放电路工作 在线性区的重要特征。 所有工作在运算电路和放大电路中的 运放都是工作在线性区
2、非线性工作区 0 Vom 如果运放工作时不接 反馈或接入正反馈时,其 输出将为±Vm,此时输 出与输入电压为非线性关 0 VP-ⅤN 系。称运放工作在非线性 区。其电压传输特性如图 om 当u+>2时,L=V on 当u+<u2时, on 尽管u为有限值,由于运放R=∞,故i=i=0, 仍然为“虚断” 8
8 v0 vom 0 vP-vN -vom 2、非线性工作区 如果运放工作时不接 反馈或接入正反馈时,其 输出将为±Vom,此时输 出与输入电压为非线性关 系。称运放工作在非线性 区。其电压传输特性如图 当ui+> ui-时,uo =Vom 当ui+< ui-时,uo =-Vom 尽管uo为有限值,由于运放Ri=∞,故i+ =i-=0, 仍然为“虚断”
7-2基本运算电路 由运放为放大电路组成的运算电路均 工作在线性工作区,并且输入、输出信号 均以“地”为参考点。 在运算电路中,以输入电压为自变量: 以输出电压为函数,通过对输入端子及反 馈电路的不同组合,实现各种数学运算功 能,通过输出电压反映运算结果。这就是 运算电路的基本思想。“运算放大器”也 因此得名。 9
9 7-2 基本运算电路 由运放为放大电路组成的运算电路均 工作在线性工作区,并且输入、输出信号 均以“地”为参考点。 在运算电路中,以输入电压为自变量, 以输出电压为函数,通过对输入端子及反 馈电路的不同组合,实现各种数学运算功 能,通过输出电压反映运算结果。这就是 运算电路的基本思想。 “运算放大器”也 因此得名