第6章号的运算与处理电路

1、第第6 6章章 信号的运算与处理电路信号的运算与处理电路6.1 6.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器6.2 6.2 信号运算电路信号运算电路6.4 6.4 有源滤波器有源滤波器6.3 6.3 集成模拟乘法器集成模拟乘法器6.1 6.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器1.1.理想集成运放的特征理想集成运放的特征wcmroiddbkrra02.2.理想集成运放工作在线性区理想集成运放工作在线性区( (加深度负反馈加深度负反馈) )+_uuou)(uuaudo因为因为da所以所以0doauuu uu0i反相端与同相端等电位反相端与同相端等电位输入电流近似为零输入电流近似为零3.3.理想

2、集成运放工作在非线性区理想集成运放工作在非线性区( (开环或加正反馈开环或加正反馈) ) 在这种情况下在这种情况下, ,即使输入信号即使输入信号 很小很小, ,也会进入饱和也会进入饱和, ,其输出信号幅度接近电源电压其输出信号幅度接近电源电压, ,输输出电压仅有两种取值出电压仅有两种取值)(uu当当 时时 , , )( uuoouu当当 时时 , , )( uuoouu6.26.2 信号运算电路信号运算电路一一. 比例运算电路比例运算电路uu+a+riiruu+ffoi11i1fourru1.反相比例运算电路反相比例运算电路i1=if （虚断）（虚断）u+ =0 u=u+=0（虚地）（虚地）f

3、o1iruru 2. 同相比例运算电路同相比例运算电路u-= u+= uii1 = if （虚断）虚断）foi1i0ruuru uu+a+ouu+firf1ir1rii1fo)1 (urru电压跟随器电压跟随器此电路是同相比此电路是同相比例运算的特殊情况，例运算的特殊情况，输入电阻大，输出输入电阻大，输出电阻小。在电路中电阻小。在电路中作用与分立元件的作用与分立元件的射极输出器相同，射极输出器相同，但是电压跟随性能但是电压跟随性能好。好。uuo+ua+uiuuui1+f+r3uauror1+r2i23.3.差动比例运算电路差动比例运算电路 ui1作用作用i11furruo ui2作用作用i22

4、331f)1(urrrrruo i22331fi11f)1(urrrrrurruo 231frrrr 若若)(i1i21fuurruo则有：则有：(1) 反相加法器：反相加法器：若若r1 =r2 = rf 0 uui1 + i2= if1. 1. 加法运算电路加法运算电路uuu0u2rafofri2+i+i2ur+i1ri11fo2i21i1rururu )(i22fi11fourrurru )(i2i1fouurru 二二. 加减运算电路加减运算电路(2)同相加法器同相加法器当当r1 = r2 = rf = r时时, uuuuri1rrf+i1a+ofiu+i2r122i2111i212)(

5、)(urrrurrru )()(1(2i2111i212fourrrurrrrruauu 2ioi1uuu )(oa2fi11furrurruoi11fi22fi22fi11f)(urrurrurrurruo uuu0fuuri1rroia+1+r2far+uu+ri2uoa/2r2. 2. 减法运算电路减法运算电路ruii 虚地虚地ticuud1cco 1. 1. 积分电路积分电路三三. . 积分和微分电路积分和微分电路turcd1i uu+oiiac+ir1rcuc例例: : 画出在给定输入画出在给定输入波形作用下积分器的波形作用下积分器的输出波形。输出波形。uu+oia+ir1rcicc

6、utui0212345tuo0-2-4-6例例2：输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。tui0tuo0uu+oia+ir1rciccu2.2.微分电路微分电路u-= u+= 0riu odtduciic cii dtdurcuio uuo1crai+r+iicdouu ruiii dtd/sdeuuii sdtdlniiuu 1. 1. 对数电路对数电路四、对数和反对数运算电路四、对数和反对数运算电路sitsdtlnlnriuuiiu 利用利用pnpn结的指数特性实现对数运算结的指数特性实现对数运算uud+a+idri1iorriirudo 2. 2. 反对数电路反对数电路t/si

7、euuri ti1slnuuri uud+a+irrdoii五、乘除运算五、乘除运算)ln(lnlnyxyxuuuuyxeeuu uuu对对数数运运算算x对对数数运运算算y加加法法运运算算反反对对数数运运算算lnuxuylnuxlnylnu+=ln（xuyu）xouy=u 1. 1. 乘运算电路乘运算电路 用对数、反对数电路实现用对数、反对数电路实现 2.2.除运算电路除运算电路uuu对数运算对数运算x对数运算对数运算y减法运算减法运算反对数运算反对数运算lnuxuylnuxlnylnu-o)ln(lnlnyxuuee yuxuyxuuebe26mv)+(1ir xelomv26uiru xe

8、lmv26uir yxyxo262ukuuumvrruel对于差放有：对于差放有：xbelo =urru 6.3 集成模拟乘法器集成模拟乘法器eycruii2123e 一一. .基本原理基本原理v+ee-+-+u+ureovxctr1c2tr3tyuccc1ic2ic3i二、模拟乘法器的符号二、模拟乘法器的符号uuuoxyyxoukuu 三、模拟乘法器的应用三、模拟乘法器的应用 1. 1. 乘法运算乘法运算立方运算电路立方运算电路 2. 2. 平方和立方运算平方和立方运算平方运算电路平方运算电路uuuoxyuo=kuxuyuuoiuo=k(ui)2uuiouo=k2(ui)33. 3. 除法运

9、算电路除法运算电路21ii 2o11i1ruru i2o1oukuu 如果令如果令k= r2 / r1则则:i2i1ouuu 注意：为保证电路为负反馈，必须有：注意：为保证电路为负反馈，必须有：i112o1urru 0i2 uuuu+2+ro11i1iaii2uo1rr2i2i112ouukrru 有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。的放大器。 滤波器的功能：对频率进行选择滤波器的功能：对频率进行选择, ,过滤掉噪过滤掉噪声声 和干扰信号，保留下有用信号。和干扰信号，保留下有用信号。 6.4 6.4 有源滤波电路有源滤波电路 滤波器的分类：滤波

10、器的分类： 低通滤波器（低通滤波器（lpflpf） 高通滤波器（高通滤波器（hpfhpf） 带通滤波器（带通滤波器（bpfbpf） 带阻滤波器（带阻滤波器（befbef）|a|0c通带通带阻阻带带a0|a|0ca0阻阻带带通通带带|a|0c1a0阻阻阻阻c2通通|a|0c1a0阻阻c2通通通通 各种各种滤波器理想的幅频特性：滤波器理想的幅频特性：（1 1）低通）低通（2 2）高通）高通（3）带通）带通（4）带阻）带阻1. 1. 一阶一阶rcrc低通滤波器低通滤波器( (无源无源) )一一. . 低通有源滤波器低通有源滤波器cjrcjuuaio 11 rcj 11h11 j 传递函数：传递函数：

11、+-i+urc+uo-幅频特性：幅频特性：2)(11harc1h截止频率：截止频率：0.707 h截止频率截止频率0 1|a|此电路的缺点：此电路的缺点：1、带负载能力差。、带负载能力差。2、无放大作用。、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。、特性不理想，边沿不陡。2.一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器uu+a+i+uurf1rrcoi)11(ujuh urruf)1(1oi1o)11)(1(ujrruhf )11)(1 (1hfjrr)1(ohjaiouua 传递函数：传递函数：1fo1rra通带增益：通带增益：截止频率：截止频率：)1(rch幅频特性：幅频特性：21)(11)1 (hf

12、rra h0.707 1+rf/r10 1+rf/r1|a|-20db/10-20db/10倍频倍频3.二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器uu+a+miourfrrccr1u+uuaurrufo1o)1 (cjuuruuruuommmi1mucjrcju112oo)()j-(31crcraa2hho)( -)(3(1oajarc1hiouua 传递函数：传递函数： h0.707（1+rf/r1）0 1+rf/r1|a|截止频率：截止频率：)1(rch-40db/10-40db/10倍频倍频幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线222o)()(1 qaahh o31aq )11)(1 (

13、1lfjrr)1(oljaiouua 传递函数：传递函数：1fo1rra通带增益：通带增益：截止频率：截止频率：)1(rcl二二. . 高通有源滤波器高通有源滤波器1.1.一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器uuo1+ui+f+arrurcrc1l幅频特性：幅频特性：21)(11)1 (lfrra缺点：阻带衰减太谩。缺点：阻带衰减太谩。幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线0 1+rf/r10.707(1+rf/r1) l|a|2. 二阶有源高通滤波器二阶有源高通滤波器由此绘出频率响应特性曲线由此绘出频率响应特性曲线 （2 2）通带增益）通带增益1f+1rraouuu+rfrirmuca

14、+or1+uc2l22l)(1-)(qaao（1）幅频特性：）幅频特性：rc1l其中：其中：o31aq 可由低通和可由低通和高通串联得到高通串联得到1111cr a0a2a1a0阻阻带带通通带带阻阻带带通通带带oo 1 2 aa0o 2 1通通带带阻阻带带阻阻带带低通截止频率低通截止频率2221cr 高通截止频率高通截止频率必须满足必须满足12 三三. . 有源带通滤波器有源带通滤波器uurcr+cfi1o+ura+urr2vv低 通 滤 波 器高 通 滤 波 器uiuo12 可由低通和高通并联得到可由低通和高通并联得到必须满足必须满足12 a0a2a1a0阻阻带带通通带带阻阻带带通通带带oo

15、 1 2 aa0o 1 2通通带带阻阻带带通通带带四四. . 有源带阻滤波器有源带阻滤波器vv1/2a+1rfrrrrccc2uiuovvu低 通 滤 波 器iu1o高 通 滤 波 器2本章小结本章小结1集成运放可以构成加法、减法、积分、微分、对数和反对数等集成运放可以构成加法、减法、积分、微分、对数和反对数等多种运算电路。在这些电路中，均存在深度负反馈。因此，运放工多种运算电路。在这些电路中，均存在深度负反馈。因此，运放工作在线性放大状态。这时可以使用理想运放模型对电路进行分析，作在线性放大状态。这时可以使用理想运放模型对电路进行分析，“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念是电路分析的有力工具。的概念是电路分析的有力工具。2集成模拟乘法器是一种重要的模拟集成电路，在信号处理和频集成模拟乘法器是一种重要的模拟集成电路，在信号处理和频率变换方面得到了广泛的应用。集成模拟乘法器内部电路较为复杂，率变换方面得到了广泛的应用。集成模拟乘法器内部电路较为复杂，对生产工艺的要求也较高。熟练掌握这种器件在各种运算电路中的对生产工艺的要求也较高。熟练掌握这种器件在各