重庆大学模电(唐治德版)第10章非线性运算电路
第10章_非线性运算电路
A
z
反双曲正切运算电路 四象限变跨导乘法电路
求和电路
图10.1.5 变跨导乘/除法器电路原理图
2．压控增益放大器
令vo=vZ，vY=VY（常数电压），则
vo
vZ
RZ RX RY IOX
vX
vY
KVY vX
AvvX
（10.1.19）
Av
KVY
RZVY RX RY IOX
（10.1.20）
电压增益Av与电压VY成正比，构成压控增益放大器， 输入端vY作为增益控制端对。
vZ
iC9 = iC7 = IOX + iX
iC10 = iC8 = IOX - iX
= IOX = IOX
（10.1.14）
+ vX - vRX X
RX
+ A
z
反双曲正切运算电路 四象限变跨导乘法电路
求和电路
图10.1.5 变跨导乘/除法器电路原理图
由BJT发射结的电压方程（9.2.3b），并考虑到T9和T10特性一致，得
2．具有温度补偿的对数电路
当环境温度变化时，VT和IS都变化，故输出电压随温度变化。 具有温度补偿的对数电路如图10.2.2所示。
图中T1和T2特性一致，运放A1和T1等组成基本对数电路，运放 A2、T2和热敏电阻Rt等组成温度补偿及同相放大电路。
由电路得
IR
VCC
(vBE2 R1
vBE1)
VCC R1
①输出电压vo与输入电压vX、vY之积成比例，vX和vY可正可负，
是四象限乘法电路； ②输出电压与温度无关，温度稳定性好；
③根据反双曲正切函数的性质可知，要求vX/IOXRX＜1。最大输 入电压vXmax＜IOXRX ；
重庆大学模电试题及答案
重庆大学模电试题及答案一、选择题（每题3分，共30分）1. 在模拟电路中，运算放大器的输入级通常采用（）。
A. 共发射极放大器B. 共基极放大器C. 共集电极放大器D. 共源极放大器答案：C2. 理想运算放大器的输入电阻是（）。
A. 有限值B. 0C. 无穷大D. 1答案：C3. 理想运算放大器的输出电阻是（）。
A. 有限值B. 0C. 无穷大D. 1答案：B4. 在模拟电路中，为了提高放大器的输入阻抗，可以采用（）。
A. 共发射极放大器B. 共基极放大器C. 共集电极放大器D. 共源极放大器答案：B5. 在模拟电路中，为了提高放大器的输出阻抗，可以采用（）。
A. 共发射极放大器B. 共基极放大器C. 共集电极放大器D. 共源极放大器答案：C6. 理想运算放大器的开环增益是（）。
A. 有限值B. 0C. 无穷大D. 1答案：C7. 在模拟电路中，为了实现电压跟随器，可以采用（）。
A. 共发射极放大器B. 共基极放大器C. 共集电极放大器D. 共源极放大器答案：C8. 在模拟电路中，为了实现电流跟随器，可以采用（）。
A. 共发射极放大器B. 共基极放大器C. 共集电极放大器D. 共源极放大器答案：B9. 在模拟电路中，为了实现反相放大器，可以采用（）。
A. 共发射极放大器B. 共基极放大器C. 共集电极放大器D. 共源极放大器答案：A10. 在模拟电路中，为了实现同相放大器，可以采用（）。
A. 共发射极放大器B. 共基极放大器C. 共集电极放大器D. 共源极放大器答案：A二、填空题（每题3分，共30分）1. 理想运算放大器的输入电流为________。
答案：02. 理想运算放大器的输出电流为________。
答案：任意值3. 理想运算放大器的开环增益为________。
答案：无穷大4. 理想运算放大器的输入电阻为________。
答案：无穷大5. 理想运算放大器的输出电阻为________。
答案：06. 在共发射极放大器中，输出电压与输入电压相位________。
2010-2011(一)重庆大学模拟电子技术试卷A(附答案)
重庆大学《模拟电子技术（Ⅱ）》课程试卷A卷B卷2010 ~2011学年 第 1 学期开课学院 光电工程学院 课程号：15012335考试日期： 2010-12-30考试方式：开卷闭卷其他考试时间： 120 分钟题号 一 二 三总分11 12 13 14 15 16 分值 20 10 10 12 12 12 12 12得分一、单项选择题：在下列各题中，将唯一正确的答案代码填入括号内(本大题共10小题，每空2分，共20分)1.欲得到电压－电流转换电路，应在集成运算放大电路中引入( )。
(a) 电压串联负反馈 （b ）电流并联负反馈 （c ）电流串联负反馈 2. 图1为正弦波振荡电路，其反馈电压取自（ ）元件。
(a) L 1 (b) L 2 (c) C 13. 负反馈对放大器的影响是（ ）A 、减少非线性失真B 、增大放大倍数C 、收窄通频带图1 图24. 图2为单相桥式整流滤波电路，u 1为正弦波，有效值为U 1=20V ，f=50H Z 。
若实际测得其输出电压为28.28V ，这是由于（ ）的结果。
(a) C 开路 (b) R L 开路(c)C 的容量过小5. 图3为（ ）功率放大电路。
(a)甲乙类OCL (b)乙类OTL (c)甲乙类OTL6. 共模抑制比K CMR 是（ ）之比。
(a)输入量中的差模信号与共模信号 (b)输出量中的差模信号与共模信号 (c)差模放大倍数与共模放大倍数（绝对值）。
7. PNP 管工作在饱和状态时，应使发射结正向偏置，集电结（ ）偏置。
(a ）正向 (b) 反向 (c) 零向8.如图4电路，设二极管为理想元件，则电压U AB 为（ ）V 。
(a) 0 (b) 5 (c)-8图3 图49.抑制频率为100kHz 以上的高频干扰，应采用（ ）滤波电路。
(a)低通 (b)带通 (c)带阻10. U GS ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管是( ) 。
(a) 结型管 (b) 增强型MOS 管 (c) 耗尽型MOS 管二、判断下列说法是否正确，凡对者打“ √ ”，错者打“ × ” (每小题2分，共10分) 1.一个理想对称的差分放大电路，只能放大差模输入信号，不能放大共模输入信号。
重庆大学模电(唐治德版)课后习题答案习题7
e + vi _ Re rbe
c +
ib
b
RC
RL
vo _
（d）
解：画出图(d)电路的小信号等效电路：
Av
( Rc // RL )
rbe
rbe Ri Re // 1
Ro Rc
表达式(略)
7.18分别画出题7.18图所示电路的小信号等效电路，并注意标出各电压电流的正 方向;写出各图的电压增益Av及输入电阻Ri、输出电阻Ro的表达式。
Rb1 C1 Rc
+VCC
C2
ib
+ vi _ Rb3
b rbe e
c
ic
ib
+
RL
+ vi
Rb3 Rb2
Re1 Ce
vo
RC Re1
RL
7.20电路如题7.20图(a)所示，晶体管T1、T2的参数分别为β1、β2，rbe1、rbe2，Q点 合适。（1）画出小信号等效电路；（2）写出电压增益Av、输入电阻Ri和输出电 阻Ro的表达式。
+VCC
R3 R1 C1 Rs vs + + vi R2 R4 T1 R6 C2 C4 vo T2 R5 C3 +
解：
(2) C1，C2 为耦合电容，起通交流隔直流的作用。 Ce 为发射极旁路电容，将交流信号旁路。 (3)相同点：都起稳定静态工作点的作用； 不同点：Re2对交流无负反馈作用，而Re1却有。
Rb1 C1 Rs
Rc
+VCC
重庆大学模电(唐治德版)第2章 集成运算放特性
( f ) A
fH –上限截止频率
AV
f
o 有用信号频段 (a) 理想放大器的频率特性
AV 0.707AV
中频增益增益
中频区
f
o fL fH 低频区 有用信号频段 高频区 (b) 实际放大器的频率特性
有用信号频段的增益称为中频增益增益（Av），使增益下降为 中频增益的0.707倍所对应的频率称为截止频率或3dB频率。
2.1.1 放大电路的概念
信号放大是对信号乘比例系数的运算，比例系数称为增益或 放大倍数。
+V 音频 放大器 扩音机放大电路框图
当无声波输入时，拾音器输出 电压为0，音频放大器的输出电压亦 为0，扬声器没有声波输出，即直流 电源+V不直接产生输出电压。
当有声波输入时，拾音器将声波转换为电压信号，音频放大 器将其幅度和功率放大并驱动扬声器，扬声器将输出电压信号还 原成较强的声波。
io
+
-
+ Vo -
RL
vo Avo vi
RL
电压受控源 电流受控源 io Agsvi Ro RL
(4) 互导放大模型 互导增益：
VS +
RS + Vi -
Ri
io Ag vi
短路互导增益：
输入电阻和输出电阻不变
io Ags vi
RL 0
4种放大模型可以互相等效变换，所以，可采用任何一种模型 表示实际放大器。无特别声明，通常采用电压模型。
f
V A V 20lg VO 20lg o i 3dB V A V VH i H
o fL fH 低频区 有用信号频段 高频区 (b) 实际放大器的频率特性
模拟电子技术基础知识运算放大器的非线性特性解析与应用
模拟电子技术基础知识运算放大器的非线性特性解析与应用模拟电子技术中的运算放大器是一种重要的电子元件，广泛应用于信号处理、滤波、运算和放大等领域。
运算放大器被设计为线性的电路，但在实际应用中，其非线性特性常常会对电路性能产生影响。
本文将对运算放大器的非线性特性进行解析，并探讨其在实际应用中的重要性。
1. 非线性特性的定义和分类非线性特性指的是电路输出与输入信号不成比例的关系。
在运算放大器中，这种非线性特性通常体现为失真、交叉耦合和非线性增益等现象。
2. 失真失真是指运算放大器输出信号中含有不同于输入信号的频谱成分。
主要的失真形式包括谐波失真、交调失真和互调失真等。
谐波失真是输出信号中含有输入信号频率的整数倍频率成分；交调失真是输出信号中含有输入信号频率之间的交叉成分；互调失真则是当输入信号有多个频率时，输出信号中含有两个或多个频率之间的非线性交叉成分。
3. 交叉耦合交叉耦合是指在运算放大器中，当输入信号的一个分量变化时，会影响到其他分量的输出。
这种非线性耦合效应会导致输出信号中出现与输入信号成分无关的非线性成分，从而改变电路的运算性能。
4. 非线性增益非线性增益是指运算放大器在不同输入信号幅度下的输出增益不一致性。
在理想的运算放大器中，输出信号应该与输入信号成比例，但由于非线性特性的存在，输出信号的增益并不是恒定的。
这种非线性增益会导致信号失真，并降低电路的工作精度。
5. 非线性特性的应用尽管非线性特性会对电路性能产生影响，但在某些应用场景下，非线性特性也是被利用的。
例如，压限放大器（limiter amplifier）就是一种利用非线性特性的运算放大器，它被广泛应用于无线通信中用于抑制干扰信号、防止过载和保护接收机等方面。
6. 技术手段与解决方案为了解决运算放大器的非线性特性问题，工程师们提出了许多技术手段和解决方案。
例如，通过合理的设计，可以采用负反馈手段来补偿非线性特性，使得输出信号更加稳定和准确。
模电基本运算电路PPT学习教案
二、理想集成运放工作在线性区的特点
工作在线性区的理想集成运放具有“虚短”和 “虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放 电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环 (负反馈）下工作。
(1)虚短 由于运放的电压放大倍数很大，一般 通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。 而运放的输出电压是有限的，一般在10 V～14 V。因 此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电 位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输 入端的电位越接近相等。
共模分量。若取R12 =Rf1、 R11=Rf2，则
有：
uo
(1
Rf 2 R12
)(ui2
ui1)
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代数求和电路的常用形式
vo1
vo1
( Rf R1
vi1
Rf R2
vi2 )
vo
Rf R1
vi1
Rf R2
vi2
( Rf R3
vi3
Rf R4
vi4 )
第24页/共34页
8.2 积分和微分运算电路
图8.7 数据放大器原理图
解：vs1和vs2为 差模输入信号，vo1和vo2也是 A3的差模信号，R1的中点为交流零电位。
第14页/共34页
所以
vo1
(1
R2 R1 /
2
)vS1
vo2
(1
R2 R1 /
2
)vS2
vo
vo2
vo1
(1
2R2 R1
)(vS2
vS1 )
显 然 调 节 R1可 以改变 放大器 的增益 。产品 数据放 大器， 如AD624等 ， R1有 引 线连 出，同 时有一 组R1接 成分压 器形式 ，可选 择连线 接成多 种R1的 阻值 。 差 分 式 的 电 路结构 有效抑 制共模 干扰， 差模增 益较高 ，Ri= ∞
重庆大学模电(唐治德版)课后习题答案习题
Rg2 C1 +
vi Rg1 _
+VDD
Rd
C2
T+
Rs2
Rg3 Rs1
vo Cs _
（2）
Av
vO vi
gmvgsRd vgs gmvgsRs2
3.3
（3） Ri Rg3 (Rg1 // Rg 2 ) 2.075 M
(a)放大电路
g
+
+ Rg3
vgs
vi
_
_ Rg1 Rg2
d
gmvgs +
rbe
vo
电阻Rd的电流：
vs _
Rg1 Rg2 _
Rs
Re
_
i ibrbe (1 )ib Re
Rd
g v i i 0 由b点的KCL定律： m gs
可得
ib
1
rbe
g m vgs (1
)Re
Rd
b
即
g m vgs
ib rbe
(1 Rd
)ib Re ib 0
vo
[gmvgs
d
b ib
c ic
+ Rg3
rs +
vi
+
gmvgs
ib +
vgs _s
i Rd
rbe
vo
vs _
Rg1 Rg2 _
Rs
Re
_
（2）计算放大电路的电压增益Av和输入电阻Ri。
解（2）
vo (gmvgs ib )Rs
+ Rg3
rs +
vi
g
d
b ib
c ic
+
重庆大学 模拟电子技术(II) 课程试卷
密
总 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十
（1）分别计算 UI 为 10V、15V、35V 三种情况下输出电压 UO 的值； （2）若 UI＝35V 时负载开路，则会出现什么现象?为什么？
分
.
.
审 题
得分
.
人
姓名
公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊
学号
年级
专业、班
一、 填 空 （ 每空 1 分，共 20 分）
。
图 2-3
图 2-4
4 ．（5 分）请标示出图 2-4 中的理想运放的输出电压的大小
。
Hale Waihona Puke 三、 综合分析计算题（45 分）
图 3-1
2. (15 分) 组合电路如图 3-2 所示，集成运放是理想的，请做如下分析： （1）T1 和 T2，T3 构成什么电路？理想运放 A 又构成什么电路？ （2）开关 S 闭合后，电路引入的反馈极性和组态？（请在电路中画出反馈通路）； （3） 估算电路在引入反馈（假设为深度负反馈）后的闭环增益 AVF = ？（推导表
重庆大学试卷
教务处 07 版
第1页共1页
重庆大学 模拟电子技术(II) 课程试卷 A卷 B卷 2006 ~2007 学年 第 2 学期
10．已知输入信号的频率为 0Hz～100Hz，为了防止干扰信号的混入，应选用
滤命
波电路；为了使滤波电路的输出电阻足够小，保证负载电阻变化时滤波特性不变，
题 人
应选用
达式）
1. （15 分）在 图 3 -1 所 示 电 路 中 ， 已 知 VCC＝ 12 V，晶 体 管 的 β＝ 1 00， Rb'
＝ 10 0 kΩ 。 填 空 ： 要 求 （ 1 ）、（ 2 ）、（ 3 ） 先 填 文 字 表 达 式 后 填 得 数 。
模拟电子线路(模电)运放运算电路ppt课件
ud = u- - u+ = u A u do1 u A o d 150 0 .7 140 V1.4uV
上式说明， 折算到运放输入端，仅1.4μV就可使二极管VD1 导通。同理，使VD2 导通的电压也降到这个数量级。显然， 这样的精密整流电路可对微弱输入信号电压进行整流。
辅助调零实质上是在输入端额外引入一个与失调作用相反的直流电位以此来抵消失调的影引到了反相输入端调节电位器触点便可改变加至反相端的辅助直流电位从而使得当输入信号为零时输出电压u消除自激问题运放在工作时容易产生自激振荡
集成运放运算电路
1 比例运算电路 2 加法与减法电路 3 积分与微分电路 4 对数与指数电路 5 基本应用电路
2、差动减法器 叠加定理
ui1作用
uo1
Rf R1
ui1
ui2作用
uo2(1R R1f )R' RR ' 2ui2
综合：
uoR R 1 fui1(1R R 1 f)R' RR ' 2ui2
uo
Rf R1
( u i1
ui2 )
Rf R1
(u i2
ui1 )
若Rf R' R1 R2
例 设计运算电路。要求实现y=2X1+5X2+X3的运算。
+
▪ vI >0时 vO <0 D1、D2✓ vO=0
▪ vI <0时 vO >0 D1✓、D2
vI
R1
vO= -(R2 / R1)vI
RL vo
-A +
vo
-
传输特性 vO
输入正弦波 vI vO
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VOH VOL
Von Vz1 (Von Vz2 )
vI 0 vI 0
D1 D2
vI
R
A
vO
图10.5.3反相过零比较器
过零比较器应用： 波形变换 输入为正负对称的正弦波
时，输出为方波。
电压传输特性
vO VOH
vI o
VOL
同相
vO Avo (VP VN )
图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其门限电
补 压(阈值电压)VT，画出其电压传输特性。设运放输出的高、 充：低电平分别为VOH和VOL。
门限电压(阈值电压)VT：使输出发生 跳变的输入电压值。
解： 利用叠加原理可得
vp
R2 R1 R2
VREF
R1 R1 R2
vI
因为vP＝vN＝0，即
R2 R1T
R1
R2
R2
VR
R1
R1
R2
VZ
VT
R1
R2
R2
VR
R1 R1 R2
vO
下限阈值电压:
VT
R1
R2
R2
VR
R1
R1
R2
VZ
回差电压ΔVT:
VT
VT
VT
2R1 R1 R2
VZ
中心电压是上限阈值电压和下限阈值电压的平均值
V0
VT
R1
R2
R正1 反馈
vO VOH VZ
在运放输出负饱电压VOsat-时，稳压管DZ被击 穿稳压，电阻R3限流保护DZ，输出低电平
vO VOL VZ
vp
R1
R2
R2
VR
R1 R1 R2
vO
使vn=vp的输入电压即是阈值 电压VT，即
（2）阈值电压VT+和VT-
上限阈值电压:
干扰的影响，造成误动作。
若应为高电平 抗干扰能力较差
错误电平
10.5.3 迟滞比较器(也称为双门限比较器)
在迟滞比较器中，运放引入正反馈。输出电压将影响阈值电压，使输入电压 上升和下降过程的阈值电压不同，传输特性形成滞环状
vO
vO
VOH VOL o VT-
vI VT+
VOH VOL o VT-
vI VT+
输入电压接入运放的反相端，则输入电压上升越过阈值电压VT 时，输出电压产生负跳变（反相比较器）。
vO
VOH
vI
o VOL
VT =VR
同相传输特性
vO
VOH
vI
o VOL
VT =VR
反相传输特性
反相过零比较器
如图10.5.3所示，图中增加了稳压二极管D1和D2组成的限幅电路。 在稳压管的稳定电压满足Von+VZ1<VOsat+和Von+VZ2<|VOsat-|的情 况下，运放不能进入饱和状态。
VT 2
R1
R2
R2
VR
vO VOH VZ
vI
vn
R3
vp A
R1
VR
R1
R1
R2
R1
vO
DZ ±VZ
vO VOL VZ
VT
R1
R2
R2
VR
R1 R1 R2
VZ
VT
R1
R2
R2
VR
10.5.1 单限比较器
单限电压比较器如图10.5.1(a)所示。图中vI从反相端输入，称为 反相单限电压比较器，简称为反相比较器。
VR是参考电压，输出电压vO表示vI与VR的比较结果。
vp
vI
vo Avovid Avo (viP viN )
A vO
VR
vn
(a) 电路
vo Avovid Avo (viP viN )
vI
0
R2VREF R1vI 0
门限电压
VT
(vI
)
R2 R1
VREF
VT 同相
10.5.2 集成电压比较器（略）
为了提高比较器的响应速度，可采用专用的集成电压比较器。
图10.5.5是集成电压比较器LM193/293/393的电路原理图、管脚 图和连接成反相电压比较器。
T1、T2、T3和T4组成复合共射极差分放大电路，T5和T6是有源负 载，I1是差放的电流源；
vO
VR
vn
vO
VOH
vI
o VOL
VT =VR
(a) 电路
(c) 同相传输特性
当VR=0时，VT=0，输出电压在输入电压过零时跳变，所以称 为过零比较器。
3.输出电压跳变方向：判断输入电压上升越过阈值电压时输出 电压的跳变方向，即可确定传输特性。
输入电压接入运放的同相端，则输入电压上升越过阈值电压VT 时，输出电压产生正跳变（同相比较器）。
注意运放输入端开路，同相端电位vp与反相端电位vn具有较大差值。
vO
VVOOLH
VOsat VOsat
VCC VEE
vI VR vI VR
传输特性如图10.5.1 (c)所示。
阈值电压或门限电压VT：使输出发生跳变的输入电压值
阈值电压或门 限电压VT：
vp
vI
A
I1 D3
I2 D4
D1
T2 T3
D2
T1
T4
T5
T6
T8 T7
VSS
VSS
VCC R 10kΩ
vI
IN-
IN+
vO
VR
LM393
VSS
图10.5.5 集成电压比较器LM193/293/393电路原理图、管脚图和反相电压比较器
单门限比较器的抗干扰能力
简单电压比较器是当 输入信号达到某一给定 基准电平时，立即翻转， 用来检测未知电压，具 有较高的灵敏度。但是 它易受漂移、噪声及
第10章 非线性运算电路
*10.1 变跨导模拟乘法器 * 10.2 对数和指数运算电路
略
* 10.3精密整流电路 * 10.4 峰值检测电路
10.5 电压比较器
10.5 电压比较器
电压比较器的功能是比较两个输入电压值的大小，比较结果以输 出两个不同数值的恒定电压表示。
用集成运放构成比较器时，运放通常是开环或正反馈连接方 式，工作在饱和区，虚断成立，但虚短不成立。
(a) 反相迟滞比较器的传输特性
(b) 同相迟滞比较器的传输特性
箭头表示输出跳变方向 上限阈值电压和下限阈值电压的平均值定义为中心电压V0。 如果中心电压为0，则是过零迟滞比较器。
1．反相迟滞比较器
vI
vn
R3
vO
（1）输出高电平VOH和输出低电平VOL VR
vp A
R1
R1
DZ ±VZ
在运放输出正饱电压VOsat+时，稳压管DZ被 击穿稳压，电阻R3限流保护DZ，输出高电平：
当vI<0时，运放输出电压上升至Von+VZ1时，D2正向导通、D1击
穿稳压，引入负反馈，输出电压为Von+VZ1，运放不能进入正饱和 ；
当vI>0时，运放输出电压下降至-(Von+VZ2)时，D1正向导通、D2
击穿稳压，引入负反馈，输出电压为-(Von+VZ2)，运放不能进入负饱
和。即
集成：
vO