模电第四章课件PPT资料.ppt
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要求:
回到反相输入端。
各种比例运算电路的输入、输出关系表达各种比例运算电路的输入、输出关系表达式都是在理想运放条件下得到的,但实际集成式都是在理想运放条件下得到的,但实际集成运放的各项指标不可能完全理想,因此在上述运放的各项指标不可能完全理想,因此在上述运算公式中将产生一定误差。
运算公式中将产生一定误差。
例例4.1.1用用运运放放组组成成求求和和运运算算电电路路,可可分分别别采采用用反反相相输输入入方方式与同相输入方式。
式与同相输入方式。
为了保证集成运为了保证集成运放两个输入端对地的放两个输入端对地的电阻平衡,同相输入电阻平衡,同相输入端电阻的阻值应端电阻的阻值应其输出电压其输出电压4.1.2求和运算电路求和运算电路1.1.反相输入求和电路反相输入求和电路用用运运放放组组成成求求和和运运算算电电路路,可可分分别别采采用用反反相相输输入入方方式与同相输入方式。
为了保证集成运为了保证集成运放两个输入端对地的放两个输入端对地的电阻平衡,同相输入电阻平衡,同相输入端电阻的阻值应端电阻的阻值应其输出电压其输出电压4.1.2求和运算电路求和运算电路1.1.反相输入求和电路反相输入求和电路可见,电路的输出电压可见,电路的输出电压反映了输入电压反映了输入电压、相加所相加所得的结果得的结果(即电路实现了求和运算即电路实现了求和运算)。
当各电阻的阻值满足关。
当各电阻的阻值满足关系系时,则上式成为时,则上式成为反反相相输输入入求求和和电电路路的的实实质质是是利利用用虚虚地地和和虚虚短短的的特特点点,通通过过各各路输入电流相加的方法来实现输入电压信号的相加。
路输入电流相加的方法来实现输入电压信号的相加。
例例4.1.2电压放大倍数电压放大倍数实现同相求和运算。
实现同相求和运算。
由于不存在虚地现象,由于不存在虚地现象,集成运放将承受一定集成运放将承受一定的共模输入电压。
的共模输入电压。
2.2.同相输入求和电路同相输入求和电路由虚短概念,用叠加原理可得由虚短概念,用叠加原理可得多个输入信号之间可同时实现加法和减法运算,多个输入信号之间可同时实现加法和减法运算,实际上可以采用实际上可以采用两级反相求和电两级反相求和电路。
路。
(例例例例4.1.3)4.1.3)3.双端求和运算电路双端求和运算电路可见,电路的输出电压可见,电路的输出电压反映了输入电压反映了输入电压、相加所相加所得的结果得的结果(即电路实现了求和运算即电路实现了求和运算)。
(例例例例4.1.3)4.1.3)3.双端求和运算电路双端求和运算电路是组成模拟计算是组成模拟计算机的基本单元,用以机的基本单元,用以实现对微分方程的模实现对微分方程的模拟。
也是控制和测量拟。
也是控制和测量系统中常用的重要单系统中常用的重要单元,利用其充放电过元,利用其充放电过程可以实现延时、定程可以实现延时、定时以及各种波形的产时以及各种波形的产生。
生。
4.1.3积分和微分运算电路积分和微分运算电路1.1.积分电路积分电路
(1)电路组成电路组成输入电压输入电压通过电阻通过电阻加在集成运放的反相输入端,在输出加在集成运放的反相输入端,在输出端和运放的反相输入端之间接有电容端和运放的反相输入端之间接有电容C。
为使集成运放两个为使集成运放两个输入端对地的电阻平衡,使同相输入端的电阻为输入端对地的电阻平衡,使同相输入端的电阻为式中式中为电容两端为电容两端(i=0时时)的初始电压,电阻与电容的乘的初始电压,电阻与电容的乘积积RC称为积分时间常数称为积分时间常数(通常用符号通常用符号表示表示),即,即。
例例4.1.4
(2)积分电路的误差积分电路的误差产生积分误差的原因:
一方面由于集成运放不是理想特产生积分误差的原因:
一方面由于集成运放不是理想特性而引起的。
另一方面原因是积分电容引起的。
性而引起的。
微分是积分的逆运算,将积分电路中和的位置互换,即可微分是积分的逆运算,将积分电路中和的位置互换,即可组成基本微分电路组成基本微分电路.微分电路可以实现波微分电路可以实现波形变换,如将矩形形变换,如将矩形波变换为尖脉冲。
也波变换为尖脉冲。
也可以现移相作用。
可以现移相作用。
2.2.微分电路微分电路缺点:
当输入信号频率升高时,电容的容抗减小,信噪比缺点:
当输入信号频率升高时,电容的容抗减小,信噪比大大下降。
元件形成滞后环节,和原有的滞后环节共同作大大下降。
元件形成滞后环节,和原有的滞后环节共同作用,产生自激振荡,使电路的稳定性变差。
用,产生自激振荡,使电路的稳定性变差。
为此,常常采用右图实用电路。
在正常的工作频率范围内,使在正常的工作频率范围内,使、,此时对,此时对微分电路的影响很小。
但当信微分电路的影响很小。
但当信号频率高到一定程度时,号频率高到一定程度时,和和的作用使放大倍数降低,从的作用使放大倍数降低,从而抑制了高频噪声。
同时形成而抑制了高频噪声。
同时形成一个超前环节,对相位进行补一个超前环节,对相位进行补偿,提高了电路的稳定性。
偿,提高了电路的稳定性。
利利用用半半导导体体PN结结的的指指数数型型伏伏安安特特性性,可可以以实现对数运算。
实现对数运算。
输出电压的幅值不能超过输出电压的幅值不能超过输出电压的幅值不能超过输出电压的幅值不能超过0.70.7VV。
由于、对温度敏感,由于、对温度敏感,由于、对温度敏感,由于、对温度敏感,故输出电压温漂是严重的。
故输出电压温漂是严重的。
4.1.4对数和反对数运算电路对数和反对数运算电路1.1.对数运算电路对数运算电路温度补偿电路:
温度补偿电路:
2.2.反对数运算电路反对数运算电路为了克服温度变化对输出电压的影响,可采用下图所示电路为了克服温度变化对输出电压的影响,可采用下图所示电路4.1.5非理想集成运放运算电路的误差分析非理想集成运放运算电路的误差分析实际集成运放的低频等效电路:
实际集成运放的低频等效电路:
只只考考虑虑、为为有有限限值值所所造造成成的的影影响响(其其它它参参数数按按理理想想情情况况考虑考虑)1.和和的影响的影响,式中式中,上式对同相比例运算电路也适用。
上式对同相比例运算电路也适用。
和和F越大,比例运算电越大,比例运算电路的误差越小。
路的误差越小。
说明,如果其它因素可以忽略的话,输说明,如果其它因素可以忽略的话,输出电压的实际值一定小于理想值出电压的实际值一定小于理想值(指绝对值而言指绝对值而言)。
、的影响所造成的相对误差的影响所造成的相对误差,对反相比例运算电路对反相比例运算电路由于反相比例运算电路的共模输入电压几乎等于零,只由于反相比例运算电路的共模输入电压几乎等于零,只需讨论它对同相比例运算电路误差的影响。
由于共模抑制比需讨论它对同相比例运算电路误差的影响。
由于共模抑制比是是与与之比,因此同时考虑之比,因此同时考虑也是有限值,而其它参数也是有限值,而其它参数按理想情况考虑。
按理想情况考虑。
2.共模抑制比的影响共模抑制比的影响通常通常、则则为了减小同相比例运算电路的误差,应采用共模抑制比大的为了减小同相比例运算电路的误差,应采用共模抑制比大的集成运放。
集成运放。
相对误差相对误差只考虑输入偏置电流、失调电压、失调电流对误差的影响,只考虑输入偏置电流、失调电压、失调电流对误差的影响,其它参数按理想情况考虑。
其它参数按理想情况考虑。
3.、的影响的影响时,比例运算电路因失调温度漂移所产生的相时,比例运算电路因失调温度漂移所产生的相对误差对误差其中其中是反相或同相比例运算电路在理想情况下的电压放大是反相或同相比例运算电路在理想情况下的电压放大倍数,系数倍数,系数。
(1)应应当当取取,即即集集成成运运放放两两输输入入端端上上呈呈现现的的直直流流电阻相等。
前面讨论的各种运算电路都满足这个条件。
电阻相等。
(2)输入信号的幅值越大,相对误差的值越小。
输入信号的幅值越大,相对误差的值越小。
(3)为了提高运算电路的稳定度和精度,应选择为了提高运算电路的稳定度和精度,应选择、小的集成运放,且电阻小的集成运放,且电阻、和和的阻值应适当取小的阻值应适当取小些。
此外,应尽可能减小温度的变化量。
些。
4.2有源滤波器有源滤波器4.2.1.滤波电路的作用与分类滤波电路的作用与分类4.2.2.一阶有源滤波器一阶有源滤波器4.2.3.二阶有源滤波器二阶有源滤波器
(1)滤波电路的作用滤波电路的作用滤波器:
一种能使有用频率信号通过而同时抑制滤波器:
一种能使有用频率信号通过而同时抑制(或或衰减衰减)无用频率信号的电子电路或装置。
目前一般采用由无用频率信号的电子电路或装置。
目前一般采用由集成运放、集成运放、R、C组成组成(常称为有源滤波器常称为有源滤波器)。
有源滤波。
有源滤波器具有输出阻抗、电压放大倍数、低体积小与重量轻等器具有输出阻抗、电压放大倍数、低体积小与重量轻等优点。
优点。
(2)有源滤波器的分类有源滤波器的分类按照通带和阻带的位置分布,滤波器常分为以下几按照通带和阻带的位置分布,滤波器常分为以下几类:
类:
低通滤波器低通滤波器、高通滤波器高通滤波器、带通滤波器带通滤波器和和带阻滤波器带阻滤波器。
4.2.1.滤波电路的作用与分类滤波电路的作用与分类1.一阶无源低通滤波器(一阶无源低通滤波器(RC)RC低通电路如图所示。
低通电路如图所示。
幅频特性表达式为:
幅频特性表达式
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- 第四 课件