基本運(yùn)算電路比例積分微分.doc

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1、第一節(jié)??基本運(yùn)算電路??????一、比例運(yùn)算電路??????比例運(yùn)算電路有反相輸入、同相輸入和差動(dòng)輸入三種基本形式。??????1．反相比例運(yùn)算電路??????·平衡電阻――使兩個(gè)差分對管基極對地的電阻一致，故R2的阻值為R2＝R1//RF????反相比例運(yùn)算電路??????·虛地概念運(yùn)放的反相輸入端電位約等于零，如同接地一樣?！疤摰亍笔欠聪啾壤\(yùn)算電路的一個(gè)重要特點(diǎn)?？汕蟮梅聪啾壤\(yùn)算放大電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為???????????反相比例運(yùn)算電路的輸入電阻：由于反相輸入端為“虛地”，

2、顯然電路的輸入電阻為???Ri＝R1。??????反相比例運(yùn)算電路有如下幾個(gè)特點(diǎn)：①??????輸出電壓與輸入電壓反相，且與RF與R1的比值成正比，與運(yùn)放內(nèi)部各項(xiàng)參數(shù)無關(guān)。當(dāng)RF＝R1時(shí)，uO＝－uI，稱為反相器。②????輸入電阻Ri＝R1，只決定于R1，一般情況下反相比例運(yùn)算電路的輸入電阻比較低。③??????由于同相輸入端接地，反相輸入端為“虛地”，因此反相比例運(yùn)算電路沒有共模輸入信號，故對運(yùn)放的共模抑制比要求相對比較低。2．同相比例運(yùn)算電路????????????利用“虛短”和“虛斷”，可得

3、輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為???????????????????同相比例運(yùn)算電路有如下幾個(gè)特點(diǎn)：①輸出電壓與輸入電壓同相，且與RF與R1的比值成正比，電壓放大倍數(shù)當(dāng)Rf＝∞或R1＝0時(shí)，則uO＝uI。這種電路的輸出電壓與輸入電壓幅度相等、相位相同，稱為電壓跟隨器，又稱為同相跟隨器。??????②同相比例運(yùn)算電路的輸入電阻很高。由于電路存在很深的負(fù)反饋實(shí)際的輸入電阻要比Rid高很多倍。??????③同相比例運(yùn)算電路由于u＋＝u－而u＋＝uI，因此同相比例運(yùn)算電路輸入端本身加有共模輸入電壓uIC＝uI。

4、故對運(yùn)放的共模抑制比相對要求高。??????無論是反相比例運(yùn)算電路還是同相比例運(yùn)算電路由于引入的是電壓負(fù)反饋（詳細(xì)分析見第七章），所以輸出電阻Ro很低。??????3．差分比例運(yùn)算電路利用“虛短”和“虛斷”，即i＋＝i－＝0、u＋＝u－，應(yīng)用疊加定理可求得當(dāng)滿足條件R1＝R2、RF＝R3時(shí)，?????????電路的輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓之差成正比，實(shí)現(xiàn)了差分比例運(yùn)算。??????電路的差模輸入電阻為Ri＝2R1。??????缺點(diǎn)：對元件的對稱性要求較高，外接電阻要求精密匹配，即使選用誤差為±0.1％

5、的電阻，也往往不能滿足要求。在要求改變運(yùn)算關(guān)系時(shí)，又必須同時(shí)選配兩對高精密電阻，非常不方便。輸入電阻不夠高。??????4．比例電路應(yīng)用實(shí)例??????二、加法電路加法電路的輸出量是多個(gè)輸入量相加，用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算時(shí)，可以采用反相輸入方式，也可以采用同相輸入方式。1．反相輸入加法電路利用“虛短”和“虛斷”，即i＋＝i－＝0、u＋＝u－＝0可得i1＋i2＋i3＝iF由于同相端接地，故反相端為“虛地”。上式可寫為因此，輸出電壓uO與輸入電壓uI1、uI2、uI3之間的關(guān)系為????即電路可完成下列數(shù)學(xué)

6、運(yùn)算y＝－（a1x1＋a2x2＋a3x3）從同相端與反相端外接電阻必須平衡的條件出發(fā)，同相輸入端電阻的阻值應(yīng)為＝R1//R2//R3//RF2．同相輸入加法電路??????可以看出同相輸入加法電路是同相比例運(yùn)算電路的擴(kuò)展。由同相比例運(yùn)算電路式（5-1-5）可得出??????利用疊加定理，可求出u+與uI1、uI2、uI3之間的關(guān)系則輸出電壓為????令為反相端與地之間向外看出的等效電阻，則上式可變?yōu)???????根據(jù)輸入端外接電阻應(yīng)該平衡的要求，有R－＝R＋。即當(dāng)＝R1//RF時(shí)??????????

7、?（5-1-14）圖5-1-9?同相輸入加法電路??????上式與反相輸入加法電路式（5-1-11）形式上相似，只差一個(gè)負(fù)號。但是上式是在???R－＝R＋的條件下得出的。而R＋與各輸入回路的電阻都有關(guān)系，因此，當(dāng)改變某一回路的電阻值時(shí)，其它各路電壓的關(guān)系也將隨之改變。所以在外接電阻的選配上，即要考慮各個(gè)運(yùn)算比例系數(shù)的關(guān)系，又要使外接電阻平衡，計(jì)算和調(diào)節(jié)都比較麻煩，不如反相輸入的加法電路方便。另外由于不存在“虛地”，運(yùn)放的共模輸入電壓為uC＝u＋＝u－，運(yùn)放承受的共模輸入電壓比較高。在實(shí)際應(yīng)用中，同相

8、輸入加法電路不如反相輸入加法電路的應(yīng)用廣泛。??????三、減法電路??????要實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算，可以有兩種方案：一種是將輸入信號其中的一個(gè)反相，然后再用加法電路相加。這種方案需要兩級運(yùn)算電路。另一種是應(yīng)用差動(dòng)輸入運(yùn)算電路直接相減。??????1．由兩級運(yùn)放組成的減法運(yùn)算電路??????圖5-1-10所示為由兩級運(yùn)放組成的反相輸入減法電路。利用“虛短”和“虛斷”條件可求得由此可得整個(gè)運(yùn)算電路的輸出電壓uO與各輸入電壓間的關(guān)系為??（5-1-15）取RF1＝R1，則上式變