模电讲义8

1 1
8. 1. 3 积分电路
输入信号从反相端输入，称 ♦ 输入信号从反相端输入 称 积分电路。 为反相积分电路。 利用虚断和虚地概念
1 v o = −1 c = − 1 ∫ vss dt v v c = ∫ ic dt = ∫ dt RC
C C R
当输入电压为图8.1.6a所 ♦ 当输入电压为图 所 示的阶跃电压， 示的阶跃电压，输出电压与 时间成近似线性关系。 时间成近似线性关系。
电压不为零，故对运放的共模抑制比要求较高；电路的输入电阻大， 电压不为零，故对运放的共模抑制比要求较高；电路的输入电阻大，向信号 源吸取的电流较小；电路的输出电阻小，带负载能力强。 源吸取的电流较小；电路的输出电阻小，带负载能力强。
♦ 当 R1
= ∞, Rf =1
时，电压增益为1，输出电压与输入电压大小相等， 电压增益为 ，输出电压与输入电压大小相等，
8 信号运算与处理电路
随着集成电路技术的发展，各种各样的集成电路不断涌现。 随着集成电路技术的发展，各种各样的集成电路不断涌现。它们被工 程技术人员当作积木块构成各种电子系统。 程技术人员当作积木块构成各种电子系统。本章讨论运放和乘法器的一些 典型应用电路。 典型应用电路。 7章在讨论在深度负反馈条件下对负反馈电路进行近似计算时 章在讨论在深度负反馈条件下对负反馈电路进行近似计算时， 第7章在讨论在深度负反馈条件下对负反馈电路进行近似计算时，曾经 得出两个重要概念： 得出两个重要概念：
2. 同相比例 端接入， ♦ 输入信号从同相输入端接入 ♦ 引入了电压串联负反馈，
利用虚短和虚断的概念， 利用虚短和虚断的概念，有
Rf vo = 1+ vs R1
vo =1 vs
电路特点：在理想情况下, 该电路具有虚短、虚断概念。由于， ♦ 电路特点：在理想情况下 该电路具有虚短、虚断概念。由于，共模
正电压开平方电路如图8.4.5 所示， 分析可知， v1 为正 所示， 分析可知， 正电压开平方电路如图 电路为负反馈。 时，电路为负反馈。
3. 调制和解调 ♦ 调制 — 将音频信号“装载”于高频信号的过程。 将音频信号“装载”于高频信号的过程。
♦ 可用模拟乘法器实现，如图8.4.6所示 可用模拟乘法器实现，如图 所示
检波）：从调幅波中提取调制信号（音频信号）的过程。 ）：从调幅波中提取调制信号 解调（检波）：从调幅波中提取调制信号（音频信号）的过程。
乘法器的输出是一标准的调幅波。 乘法器的输出是一标准的调幅波。
♦
8. 5 有源滤波电路
滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（ ♦ 滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或大 为衰减）无用频率信号的电子装置。 为衰减）无用频率信号的电子装置。 常用作信号处理、数据传送和抑制干扰等。 ♦ 常用作信号处理、数据传送和抑制干扰等。 本节主要讨论的有源模拟滤波器是由电阻、 ♦ 本节主要讨论的有源模拟滤波器是由电阻、电容和集成 运放构成。 运放构成。 有源模拟滤波器具有输入阻抗大、 ♦ 有源模拟滤波器具有输入阻抗大、输出阻抗低的特点并 具有一定的电压放大和缓冲作用。 具有一定的电压放大和缓冲作用。 有源模拟滤波器存在工作频率难以作的很高。 ♦ 有源模拟滤波器存在工作频率难以作的很高。
利用这两个概念分析各种运算与处理电路的线性工作（ ♦ 利用这两个概念分析各种运算与处理电路的线性工作（运放 组成的电路是负反馈电路）情况将十分方便。 组成的电路是负反馈电路）情况将十分方便。
8.1 基本运算电路
运放构成的基本运算电路主要有：比例、加法、减法、 ♦ 运放构成的基本运算电路主要有：比例、加法、减法、
I ES为发射结反向饱和电流， VT 室温时等于 26mV。
电路的输出电压和输入电压成对数关系。 ♦ 电路的输出电压和输入电压成对数关系。
8. 3.2 反对数运算电路
电路的输出电压和输入电压成反对数关系。 ♦ 电路的输出电压和输入电压成反对数关系。
8 . 4 模拟乘法器
8.4.1 基本概念
实现两模拟输入信号相乘的电路称为模拟乘法器。 ♦ 实现两模拟输入信号相乘的电路称为模拟乘法器。 集成模拟乘法器主要有两种结构形式： ♦ 集成模拟乘法器主要有两种结构形式：一类由对数和 反对数电路构成；另一类为变跨导式。 反对数电路构成；另一类为变跨导式。 分同相和反相模拟乘法器。 ♦ 分同相和反相模拟乘法器。 ♦ 右图为模拟乘法器的电 路符号， 为比例常数。 路符号，K 为比例常数。
假定运放的开环增益 和输入电阻为无穷大 ， 外电路
R2 = R1 // R f
同相输入端电压
♦
♦
♦ 选
8.3 对数和反对数运算电路
8. 3. 1 对数运算电路
iC ≈ i E ≈ I ES e v BE /VT vo = − v BE iC vS = − vT ln = − vT ln I ES RI ES
f
=
Rf
R1 + Rf
S1
R1 R1vo R1 + R f
电路特点: ♦ 电路特点
概念。 该电路具有虚短、虚断概念。共模电压不为零，故对运 放的共模抑制比要求较高； 带负载能力强。 放的共模抑制比要求较高；电路的输出电阻小，带负载能力强。
该电路可用于检测仪器中。 ♦ 该电路可用于检测仪器中。性能更好的差分式放大电路用多 只运放实现。 只运放实现。
8. 5. 1 基本概念和初步定义
滤波电路的一般结构如图8.5.1 所示。假定滤波电路为线性 所示。 滤波电路的一般结构如图 时不变网络， 时不变网络，在复频域内有
一般为复数。 称为电路的 电压传递函数 ， 一般为复数 。 对于实际频率来说（ s=jω ), 则有
2. 利用差分式电路实现减法运算
♦ 电压增益
输入信号从两个输入端接入，放大的是两输入信号之差， 输入信号从两个输入端接入，放大的是两输入信号之差，因此称为差分 式放大器。电路引入了电压负反馈。 式放大器。电路引入了电压负反馈。 利用虚短和虚断的概念， 利用虚短和虚断的概念，有
R3 vP = v vS 2 = v N o R2 + R3 R v i 2 − v i 1+ v =
Rf vo =− vS R1
在理想情况下, 电路特点：在理想情况下 该电路具有虚短、虚断 在理想情况下 该电路具有虚短、 虚地概念。因有“ 共模电压为零，故对共 、虚地概念。因有“虚地”，共模电压为零 故对共
♦
模抑制比要求低；电路的输入电阻较小，向信号源吸 电路的输入电阻较小 模抑制比要求低 电路的输入电阻较小 向信号源吸 输出电阻小，带负载能力强 取的电流较大；电路的输出电阻小 带负载能力强。 取的电流较大；电路的输出电阻小 带负载能力强。
例 8.1.1
图 8.1.4所示为一高输入阻抗，低输出阻抗的仪用放大器。假设 所示为一高输入阻抗，低输出阻抗的仪用放大器。 所示为一高输入阻抗 集成运放是理想的， 集成运放是理想的，试证明
解：1)
A1 、A2 组成的第 一级差分电路引入电压 串联负反馈； 串联负反馈；A3 组成 的第二级差分电路也 引入电压串联负反馈； 引入电压串联负反馈；
1 共模抑制比为有限值的情况
以同相运算电路为例来讨论。 以同相运算电路为例来讨论。
由上式可知， 共模抑制比K ♦ 由上式可知，运放的开环增益 AVO 和 共模抑制比 CMR 越大， 越接近理想情况下的值。 越大，运算电路的增益 AVF 越接近理想情况下的值。
2. 输入失调电压和失调电流不为零时的情况
微分、积分电路。 微分、积分电路。
在分析时， ♦ 在分析时，要注意输入方式，判别反馈的类型，利用虚 短、虚断的概念，得出近似的结果。
• 比例放大器
1. 反相比例 输入信号从反相输入端接入; ♦ 输入信号从反相输入端接入
♦

引入电压并联负反馈，运放工作在线性区。 引入电压并联负反馈，运放工作在线性区。 利用虚短和虚断的概念， 利用虚短和虚断的概念 得电压增益
♦
利用反相信号求和实现减法运算
v o1 = −
R f1 R1
v s1
R f 1v s 1 v s 2 v o1 v s 2 vo = − R f 2 ( + ) = − R f2 (− ) + R2 R2 R1 R2 R2 = R f2 R2 (v s1 − v s 2 )， 当 R f 1 = R1
8.1.4 微分电路
dv s v o = − RC dt
当输入电压为图8.1.9a所 所 当输入电压为图 示的阶跃电压， 示的阶跃电压，输出电压 与时间关系如图 8.1.9b 。
♦ ♦
如果输入为正弦信号 vs = sin ωt, 则输出信号vo= – RC ω sinωt
电路对高频噪声特别敏感。 电路对高频噪声特别敏感。
8. 4. 2 模拟乘法器的应用
1. 除法运算电路
(–)
(+)
(–)
为正极性时， 只有当 vX2 为正极性时，才能保证电路处于负反馈工作状 所得结果才正确。 态，所得结果才正确。 所得结果才正确
♦
2. 开平方电路
电路如图所示， 电路如图所示，由虚地的概念有
♦
v1
为负极性，电路才能正常工作。 为负极性，电路才能正常工作。
此电路隔离性好， 相位相同， 此电路隔离性好 常作为缓冲级。 相位相同，称此电路为电压跟随器。此电路隔离性好，常作为缓冲级。
8.1.1 加法电路
利用虚短、虚断， 利用虚短、虚断，有
vo v s1 v s 2 ) = −( + Rf R1 R2 v s1 v s 2 vo = − R f ( + ) R1 R2 8.1.2 减法电路
N P 1. 集成运放两个输入端之间的电压通常接近于零，即 集成运放两个输入端之间的电压通常接近于零，
虚短
v =v ,