第7章模拟集成电路系统.ppt

1、模拟电子技术基础,信息科学与工程学院基础电子教研室,反馈极性的判断,瞬时极性法：规定电路输入信号在某一时刻对地的极性，并以此为依据，逐级判断电路中各相关点电流的流向和电位的极性，从而得到输出信号的极性；根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号增大，则说明引入了正反馈；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号减小，则说明引入了负反馈。,结论！反馈引到非输入端，极性相同，构成负反馈；极性相反，构成正反馈。反馈引到输入端，极性相同，构成正反馈；极性相反，构成负反馈。,对集成运放若采样点在输出电压端或输出电压的分压点上，则为电压反馈； 否则是电流反馈。 对三极管若采样点

2、和电压输出端处在三极管的同一个电极上,则为电压反馈； 否则是电流反馈。,从电路结构上判断：若反馈回非输入端则为串联反馈；反馈回输入端则为并联反馈。,求解深度负反馈放大电路放大倍数的一般步骤：,（1）正确判断反馈组态；,（2）求解反馈系数；,当电路引入并联负反馈时：,当电路引入电流负反馈时：,说明：RL是电路输出端所接总负载，可能是多个电阻的并联，也可能只是负载电阻RL 。,（3）利用 求解 ，,负反馈对放大电路性能的影响,1. 稳定放大倍数,2.对输入电阻和输出电阻的影响,串联负反馈将使输入电阻增大为基本放大电路输入电阻的（1+AF）倍。并联负反馈将使输入电阻减小为基本放大电路输入电阻的（1+

3、AF）分之一。,Af的稳定性是A的（1+AF）倍。,3. 展宽频带,提示：根据负反馈的组态不同，相应的放大倍数的通频带被展宽（1+AF）倍。,4. 减小非线性失真,第七章 信号的运算和处理,7.1 概述7.2 基本运算电路7.3 模拟乘法器及其在电路中的应用7.4 有源滤波7.5 电子信息系统与处理中所用放大电路,基本放大电路,比例运算电路,求和电路,加减运算电路,积分电路,7.1 概述,7.1 概述,7.1.1 电子信息系统的组成,信号来源于测试各种物理量的传感器、接收器，或者 来源于用于测试的信号发生器。,信号的预处理是指根据实际情况利用隔离、滤波、阻抗变换等各种手段将信号分离出来并进行放

4、大。,信号的加工是指对信号进行运算、转换、比较、取样-保持等。,信号的执行是指对信号进行功率放大以驱动负载，或者经过模拟信号到数字信号的转换输入到计算机。,信号的 提取,信号的（预）处理,信号的 加工,信号的 执行,7.1.2 理想运放的两个工作区,在近似分析时，常把集成运放理想化，在一般的工程计算中，由于理想化带来的误差都是允许的。,一、 理想运放的概念,理想运放指我们将集成运放的一些性能指标理想化，如：开环差模增益、差模输入电阻、共模抑制比、上限截止频率均为无穷大。输出电阻、失调电压、失调电流和它们的温漂均为零，且无任何内部噪声。,开环差模大倍数： Aod=,输入电阻：Rid=,输出电阻：

5、Rod=0,常用性能指标：,由于uo为有限值，Aod为无穷大，因而净输入电压,所谓 “虚短路”是指集成运放的两个输入端电位无穷接近，但又不是真正短路，通常简称为“虚短”。,因为净输入电压为零，输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流也均为零。,一、理想运放在线性工作区,1. 理想运放在线性工作区的特点,uP,uN,uO,iP,iN,这就是我们以后常用的“虚短路”,这就是我们以后常用的“虚断路”,所谓“虚断路”是指集成运放两个输入端的电流趋于零，但又不是真正断路，又简称为“虚断”。,2. 集成运放工作在线性的电路特征:,电路引入负反馈。,如右图所示：对于单个集成运，通过无源的反馈网络将集成运放

6、的输出端与反相输入端连接起来，就表明电路引入了负反馈。,也就是说：通过电路是否引入了负反馈来判断电路是否工作在线性区。,对于工作在线性区的应用电路，“虚短”和“虚断”是分析其输入信号和输出信号关系的基本出发点。,三、 理想运放的非线性工作区,在电路中，若集成运放处于开环状态，或只引入了正反馈，则表明集成运放工作在非线性区。,理想运放工作在非线性区的两个特点：,（1）输出电压uo只有两种可能的情况，分别为UOM 。,（2）仍具有“虚断”的特点。,对于工作在非线性区的应用电路，上述两个特点是分析其输入信号和输出信号关系的基本出发点。,即：uPuN，uo =+ UOM ；,uPR4,试求解R1=R2

7、时uO与uI的比例系数。,解:,例2 电路如图所示，已知uO=-55uI,试求出解R5的值。,7.2.2 加减运算电路,1. 反相求和运算电路,也可用叠加原理求 解输出电压与输入电压的运算关系。,一、求和运算电路,(虚地),例：用叠加原理求解,uI1单独作用；uI2 ,uI3 =0 (不作用)。,每个信号单独作用时，电路等同于反相比例运算电路,uI2单独作用；uI1 ,uI3 =0 (不作用)。,uI3单独作用；uI1 ,uI2 =0 (不作用)。,2. 同相求和运算电路,节点P的电流方程为：,二、加减运算电路,由前面电路分析可知：输出电压与同相输入信号电压极性相同，与反相输入信号电压极性相反

8、，则如果多个信号同时输入两个输入端，即可实现加减运算。,优先考虑使用叠加原理,(1) uI1uI2 作用； uI3uI4 不作用,电路简化为反相求和电路：,(2) uI3uI4 作用； uI1uI2 不作用,电路简化为同相求和电路：,1. 运算关系,注意条件：,2. 差分比例运算电路,直接利用公式：由,高输入电阻的差分比例运算电路,第一级运算电路为同相比例运算电路：,第二级运算电路可考虑使用叠加原理：,Uo1单独作用：,(反相比例),Ui2单独作用：,（同相比例）,两部分电压叠加：,例 设计一个运算电路，要求输出电压和输入电压的运算关系式为：,解: (1) 根据运算关系划出所要设计电路的电路形

9、式图,取Rf=100k,3.电路设计,uI1应作用于同相输入端，uI2和 uI3 应作用于反相输入端。,(2) 选定Rf,(3) 设: RN=RP ，据运算关系求出各信号源所连接的电阻值,通常在几十k到几百k只见选择，例如：,说明：R4的有无以及它的位置由RN和RP的大小关系决定。,若R3/R2/Rf=R1/R4,则：,在实用电路中，为了防止低频信号增益过大，常在电容上并联一个电阻加以限制。,7.2.3 积分运算电路,求解t1到t2时间段的积分,uI为常量时,直线方程,一、运算关系,三、积分电路在不同输入信号时的输出波形,输入常量，输出斜线。,输入方波，输出三角波。,输入正弦波，输出余弦波。,

10、例：在图（a）所示电路中，已知输入电压uI的波形如图（b）所示，当t0时uO0。试画出输出电压uO的波形。,解：,输入为方波(周期函数)，输出为三角波(周期函数)，因此只须计算出一个周期的输出波形。,(分时间段计算),每一时间段，uI为常量,t0,uO0，t5ms时,当t15mS时 uO100(5)10103（2.5）V2.5V。,当t25mS时 uO(1005101032.5）V-2.5V。,uO(10055103)V2.5V。,二、微分运算电路,1. 基本微分运算电路,7.8 试求图P7.8所示各电路输出电压与输入电压的运算关系式。,7.13 分别求解图P7.13所示各电路的运算关系。,下集预告第八章 波形的发生和信号的转换,第7章小结,基本要求：掌握基本运算电路的电路组成以及其输出电压和输入电压之间的运算关系；掌握积分电路的波变换功能。,作业： P308 习题 7.8 7.13 题,