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  • 基本运算电路

    千次阅读 多人点赞 2019-07-06 12:42:01
    一、基本运算电路包括比例、加减、积分、微分、指数、对数等模拟运算电路。在运算电路中,以输入电压作为自变量,以输出电压作为函数,当输入电压变化时,输出电压将按一定的数学规律变化,即输出电压反应输入电压...

    一、基本运算电路包括比例积分微分指数对数等模拟运算电路。在运算电路中,以输入电压作为自变量,以输出电压作为函数,当输入电压变化时,输出电压将按一定的数学规律变化,即输出电压反应输入电压某种运算的结果。由于集成运放优良的指标参数,引入的负反馈均为深度负反馈,因此集成运算电路的输入输出关系仅仅取决于负反馈网络输入网络,因此选择适当的负反馈网络和输入网络,便可以实现所需要的运算功能的运算电路。

    运算电路的分析方法就是虚短虚断分析方法。


    二、比例运算电路:反向比例运算电路同向比例运算电路差分比例运算电路电压跟随器


    三、加减运算电路:反向求和运算电路同相求和运算电路


    四、微积分运算电路:积分运算电路微分运算电路


    五、指对数运算电路:

     

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  • 按照运算关系可分为比例、加法、减法、积分、微分等,利用输入方式与运算关系的组合,可接成各种运算电路。 图1 μA74l引脚排列  1,反相比例运算电路  反向比例运算电路如图2所示。根据电路分析,这种电路的...
  • 几种运算放大电路

    千次阅读 2011-06-15 11:23:00
    1、电压跟随器:它是同相比例器的特例。输入电阻极大(比射极跟随器的输入电阻还大)。较多使用。...4、反相加法器:电路除了输入电阻较小,其他性能优良,是较多使用的电路。5、同相加法器:电路

    1、电压跟随器:
    它是同相比例器的特例。输入电阻极大(比射极跟随器的输入电阻还大)。较多使用。

    2、反相比例器:(注意,你将反相写成了反向):
    电路性能好,较多使用。

    3、同相比例器:
    由于有共模信号输入,(单端输入的信号中能分离出共模信号),所以要求使用的运放的共模抑制比高才行。否则最好不用此电路。

    4、反相加法器:
    电路除了输入电阻较小,其他性能优良,是较多使用的电路。

    5、同相加法器:
    电路计算比较麻烦,较少采用,若一定相让输入、输出同相,一般使用两级反相加法器。

    说明一点:用运放制作的电压跟随器的输出电阻虽然较小,但也要达到100欧至300欧,不可能做到100欧以下。用三极管制作的射极输出器的输出电阻能做到10欧---100欧。

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  • 数字电路几种基本电路

    千次阅读 2020-07-21 15:13:39
    1.门电路:实现基本运算,复合运算的单元电路,例如与门,与非门,或门等,门电路中以0或者1表示高低电平 2.获得高低电平的基本原理 对于电阻R有一些说明: 电阻R的取值不宜太大也不宜太小。输出高电平电阻R充当...

    一.概述

    1.门电路:实现基本运算,复合运算的单元电路,例如与门,与非门,或门等,门电路中以0或者1表示高低电平
    在这里插入图片描述
    2.获得高低电平的基本原理
    在这里插入图片描述
    对于电阻R有一些说明:
    电阻R的取值不宜太大也不宜太小。输出高电平电阻R充当电压源内阻的作用,为了保护电压源因此要有一定阻值的电阻R,但是不能太大,如果太大的话输出电阻过大,带负载能力就不够强。如果是输出低电平的时候,则电阻R就应该大一些。综上看来最终输出的高低电平一定是有一个变化范围的

    如果将此电路的开关部分更换成二极管的话,就会显露出很多的缺点:
    在这里插入图片描述

    二.CMOS门电路

    在这里插入图片描述
    CMOS门电路的输入输出特性曲线就是两个管子输出特性曲线的重叠(中心思想就是因为在在不加负载的情况下,任意时刻流过这两个管子的电流是相同的),如下所示:
    在这里插入图片描述
    CMOS门电路的电压电流传输特性:
    在这里插入图片描述
    注:对于CMOS门电路来说上下两只管子只有在电压值处于二分之一VDD的时候流过的电流才会很大(称为尖峰电流),其余时刻虽然有电压但是导通电流基本为零,这就是有电压但是不一定有功耗的典型例子。因此基于CMOS门电路的数字电路往往都会有一个特点:只有在进行电平切换的时候电路才会产生功耗,并且频率越高功耗越大。

    2.CMOS门电路的输入

    由于晶体管的门级做的特别薄,因此极容易击穿,所以对于CMOS门电路的输入级都会有保护电路,较为典型的如下:
    在这里插入图片描述
    这几个二极管的作用为:当输入高电平的时候,如果高电平的值超过Vdd+0.7则二极管就会导通,当输入低电平的时候,如果输入低电平的值低于-0.7,则二极管就会导通。从而在高低电平的输入上都会对COMS门电路进行保护。

    3.CMOS门电路的输出

    CMOS门电路不管是输出高电平还是输出低电平都可以被看成是一个有内阻的电压源,在挂接负载的情况下输出电压可能被抬高也可能被拉低(输出高电平的时候被拉低,输出低电平的时候电流灌进来电位被拉高),而电压源的内阻就是D-S之间导通的等效电阻。
    ①在输出低电平的情况下:
    在这里插入图片描述②在输出高电平的情况下:
    在这里插入图片描述

    4.CMOS反相器的动态特性

    1.传输延迟时间
    ①为什么会有传输延迟时间:输入端和输出端都会有等效电容,并且输出端在导通的情况下会有输出电阻,因此COMS门电路中就会形成R-C等效电路
    ②延迟时间与什么相关:影响延迟时间的主要有两个物理量,第一个是等效电容的容量,第二个是Vdd的值,因为Vdd的值会影响场效应管栅源之间导通的等效电阻。

    在这里插入图片描述
    2.功耗
    总功耗=动态功耗+静态功耗
    其中静态功耗极小,与动态功耗相比几乎可以做到忽略不计。
    动态功耗的计算如下:

    ①导通功耗:
    在这里插入图片描述
    ②负载电容充放电的功耗:
    在这里插入图片描述
    动态功耗=导通功耗+负载功耗

    三.其它类型的CMOS门电路

    1.在实现CMOS逻辑运算的时候可以抓住如下的中心思想:
    整个电路设计可以分为上拉部分和下拉部分,下拉部分负责电路输出零(只能用NMOS去实现),上拉部分负责电路输出1(只能用PMOS实现),上拉和下拉凑在一起要覆盖真值表的全部。上拉和下拉部分没有必要分别去设计,如果有了下拉部分的结构,那么在设计上拉部分的时候,串联变成并联,并联变成串联就可以得到上拉部分的结构

    2.存在的问题:
    在整个数字系统中需要高电平与低电平是同一个范围,即级联的时候每一级的高低电平范围都相同。但是在级联的时候一定会存在如下的问题,例如:

    在这里插入图片描述
    解决此问题的方法就是设置一个带有缓冲级的CMOS门电路,将这种变化消化到电路的内部。即输入输出都增加反相器**
    2.漏极开路门电路**
    在这里插入图片描述
    作用:对于漏极开路门电路来说,可以将输出端并联使用,从而实现线与的功能。或者也可以用漏极开路门电路做电平转换,驱动器但是在使用过程中一定要外加上拉电阻和电源。
    在这里插入图片描述
    注:外接上拉电阻不能太大也不能太小,当输出低电平的时候,此电阻起到的是限流保护作用,当输出高电平的时候此电阻作为电压源内阻来使用。
    3.三态输出门
    在这里插入图片描述
    注:三态门电路使用最多的地方就是总线上,即设备与设备之间存在物理连接,但是他们之间并不产生电气连接。

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  • 运算放大器11经典电路

    万次阅读 多人点赞 2018-12-28 16:56:51
    运算放大器11经典电路

           运算放大器组成的电路五花八门,令人眼花瞭乱,是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心,往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用,来个“庖丁解牛”,希望各位从事电路板维修的同行,看完后有所收获。

           遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程,在介绍运算放大器电路的时候,无非是先给电路来个定性,比如这是一个同向放大器,然后去推导它的输出与输入的关系,然后得出Vo=(1+Rf)Vi,那是一个反向放大器,然后得出Vo=0-Rf*Vi。最后学生往往得出这样一个印象:记住公式就可以了!如果我们将电路稍稍变换一下,他们就找不着北了!偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者,结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人!其它专业毕业的更是可想而知了。

           今天,芯片级维修教各位战无不胜的两招,这两招在所有运放电路的教材里都写得明白,就是“虚短”和“虚断”,不过要把它运用得出神入化,就要有较深厚的功底了。


           虚短和虚断的概念


           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。
          “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。
           由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA,远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性称为虚假开路,简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。
          在分析运放电路工作原理时,首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大,什么加法器、减法器,什么差动输入,暂时忘掉那些输入输出关系的公式,这些东东只会干扰你,让你更糊涂;也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数,这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器(其实在维修中和大多数设计过程中,把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题)。
          好了,让我们抓过两把“板斧”——“虚短”和“虚断”,开始“庖丁解牛”了。


    图一运放的同向端接地=0V,反向端和同向端虚短,所以也是0V,反向输入端输入电阻很高,虚断,几乎没有电流注入和流出,那么R1和R2相当于是串联的,流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的,即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。

    流过R1的电流I1 = (Vi - V-)/R1   ……a    

    流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2   ……b    

    V- = V+ = 0    ……c      

    I1 = I2      ……d

    求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi

    这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。


    图二中Vi与V-虚短,则 Vi = V- ……a

    因为虚断,反向输入端没有电流输入输出,通过R1和R2 的电流相等,设此电流为I,

    由欧姆定律得: I = Vout/(R1+R2)   ……b

    Vi等于R2上的分压, 即:Vi = I*R2   ……c

    由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2 这就是传说中的同向放大器的公式了。


      

    图三中,

    由虚短知: V- = V+ = 0 ……a

    由虚断及基尔霍夫定律知,

    通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流,

    故 (V1 – V-)/R1 + (V2 – V-)/R2 = (V- – Vout)/R3  ……b

    代入a式,b式变为V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3

    如果取R1=R2=R3,则上式变为Vout=V1+V2,这就是传说中的加法器了。


    请看图四。因为虚断,运放同向端没有电流流过,则流过R1和R2的电流相等,同理流过R4和R3的电流也相等。

    故 (V1 – V+)/R1 = (V+ - V2)/R2  ……a  

    (Vout – V-)/R3 = V-/R4   ……b  

    由虚短知: V+ = V-    ……c  

    如果R1=R2,R3=R4,

    则由以上式子可以推导出 V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2

    故 Vout = V1 + V2 也是一个加法器,呵呵! 


     

    图五由虚断知,通过R1的电流等于通过R2的电流,同理通过R4的电流等于R3的电流,故有

    (V2 – V+)/R1 = V+/R2  ……a  

     (V1 – V-)/R4 = (V- - Vout)/R3   ……b    

    如果R1=R2, 则V+ = V2/2 ……c    

    如果R3=R4, 则V- = (Vout + V1)/2   ……d    

    由虚短知 V+ = V-   ……e

    所以 Vout=V2-V1

    这就是传说中的减法器了。


    图六电路中,由虚短知,反向输入端的电压与同向端相等,由虚断知,通过R1的电流与通过C1的电流相等。

    通过R1的电流 i=V1/R1 通过C1的电流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt

    所以 Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt 输出电压与输入电压对时间的积分成正比,这就是传说中的积分电路了。

    若V1为恒定电压U,则上式变换为Vout = -U*t/(R1*C1) t 是时间,则Vout输出电压是一条从0至负电源电压按时间变化的直线。 


    图七中由虚断知,通过电容C1和电阻R2的电流是相等的,由虚短知,运放同向端与反向端电压是相等的。

    则: Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt 这是一个微分电路。

    如果V1是一个突然加入的直流电压,则输出Vout对应一个方向与V1相反的脉冲。


    图八.由虚短知 Vx = V1 ……a Vy = V2 ……b

    由虚断知,运放输入端没有电流流过,则R1、R2、R3可视为串联,通过每一个电阻的电流是相同的,

    电流I=(Vx-Vy)/R2   ……c  

    则: Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3) = (Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2 ……d  

    由虚断知,流过R6与流过R7的电流相等,若R6=R7, 则Vw = Vo2/2    ……e    

    同理若R4=R5,则Vout – Vu = Vu – Vo1,故Vu = (Vout+Vo1)/2     ……f    

    由虚短知,Vu = Vw   ……g    

    由efg得 Vout = Vo2 – Vo1  ……h  

    由dh得 Vout = (Vy –Vx)(R1+R2+R3)/R2 上式中(R1+R2+R3)/R2是定值,

    此值确定了差值(Vy –Vx)的放大倍数。这个电路就是传说中的差分放大电路了。


    分析一个大家接触得较多的电路。很多控制器接受来自各种检测仪表的0~20mA或4~20mA电流,电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号,图九就是这样一个典型电路。如图4~20mA电流流过采样100Ω电阻R1,在R1上会产生0.4~2V的电压差。由虚断知,运放输入端没有电流流过,则流过R3和R5的电流相等,流过R2和R4的电流相等。故:

    (V2-Vy)/R3 = Vy/R5     ……a  

     (V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4 ……b  

    由虚短知: Vx = Vy ……c    

    电流从0~20mA变化,则V1 = V2 + (0.4~2) ……d  

    由cd式代入b式得(V2 + (0.4~2)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4 ……e  

    如果R3=R2,R4=R5,则由e-a得Vout = -(0.4~2)R4/R2 ……f    

    图九中R4/R2=22k/10k=2.2,

    则f式Vout = -(0.88~4.4)V,即是说,将4~20mA电流转换成了-0.88 ~ -4.4V电压,此电压可以送ADC去处理。


      

    电流可以转换成电压,电压也可以转换成电流。图十就是这样一个电路。上图的负反馈没有通过电阻直接反馈,而是串联了三极管Q1的发射结,大家可不要以为是一个比较器就是了。只要是放大电路,虚短虚断的规律仍然是符合的! 

    由虚断知,运放输入端没有电流流过, 

    则                (Vi – V1)/R2 = (V1 – V4)/R6  ……a 

    同理            (V3 – V2)/R5 = V2/R4        ……b 

    由虚短知    V1 = V2    ……c 

    如果R2=R6,R4=R5,则由abc式得V3-V4=Vi 

    上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等,则通过R7的电流I=Vi/R7,如果负载RL<<100KΩ,则通过Rl和通过R7的电流基本相同。  


    来一个复杂的,呵呵!图十一是一个三线制PT100前置放大电路。PT100传感器引出三根材质、线径、长度完全相同的线,接法如图所示。有2V的电压加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其线电阻组成的桥电路上。Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各电容在电路中起滤波和保护作用,静态分析时可不予理会,Z1、Z2、Z3可视为短路,D11、D12、D83及各电容可视为开路。由电阻分压知, V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11 ……a     由虚短知,U8B第6、7脚 电压和第5脚电压相等 V4=V3 ……b    由虚断知,U8A第2脚没有电流流过,则流过R18和R19上的电流相等。 (V2-V4)/R19=(V5-V2)/R18 ……c 由虚断知,U8A第3脚没有电流流过, V1=V7 ……d 在桥电路中R15和Z1、PT100及线电阻串联,PT100与线电阻串联分得的电压通过电阻R17加至U8A的第3脚, V7=2*(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0) …..e 由虚短知,U8A第3脚和第2脚电压相等, V1=V2 ……f 由abcdef得, (V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2 化简得 V5=(102.2*V7-100V3)/2.2 即 V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0) – 200/11 ……g 上式输出电压V5是Rx的函数我们再看线电阻的影响。Pt100最下端线电阻上产生的电压降经过中间的线电阻、Z2、R22,加至U8C的第10脚,由虚断知, V5=V8=V9=2*R0/(R15+Rx+2R0) ……a (V6-V10)/R25=V10/R26 ……b 由虚短知, V10=V5 ……c 由式abc得 V6=(102.2/2.2)V5=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)] ……h 由式gh组成的方程组知,如果测出V5、V6的值,就可算出Rx及R0,知道Rx,查pt100分度表就知道温度的大小了。

    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201603/287846.htm

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    2018-04-10 09:31:22
    几种运算放大器及经典电路的简单分析 运算放大器组成的电路五花八门,令人眼花瞭乱,是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心,往往令人头大。为此本人特搜罗天下运放电路之应用,来个“庖丁解...
  • 运算放大器(简称运放)是模拟电路的一个最通用的单元。所谓全差分运放是指输入和输出都是差分信号的运放,它同普通的单端输出运放相比有以下个优点:更低的噪声;较大的输出电压摆幅;共模噪声得到较好抑制;较好...
  • 运算放大器是一个内含多级放大电路的电子集成电路。分别是输入级,中间级,发大级还有偏置电路。 红色绿色蓝色分别是输入级,中间级和输出级。输入级采用具有很强零点漂移抑制能力的差动放大电路,中间级常采用...

空空如也

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几种基本运算电路