电子技术知识小结：第六章信号运算和处理电路.docVIP

第六章信号运算和处理电路本章所讨论的集成运放的基本应用电路，主要包括加法、减法、微分、积分、对数、反对数（指数）运算电路以及乘法器和除法运算电路等。本章讨论的信号处理电路是有源滤波电路。在分析各种运算和处理电路时，由运放构成的电路通常工作在深度负反馈条件下，常用到以下两个概念：1.集成运放两个输入端之间的电压通常接近于零，即虚短。2.集成运放输入电阻很高，两输入电流几乎为零，即虚断。6.1概述一运放的应用分类1线性应用条件：vID小；线性区方法：深度负反馈！特点：（1）vID = 0，vP = vN；“虚短”（2）iPiN 0，“虚断”2.非线性应用条件：|vID|足够大；限幅区方法：开环！（电压比较器）正反馈（指运放本身的工作状态，而不是电路vi与vo之间的关系）二运放工作在线性区时的特点+UOM-UOMe线性放大区Ao越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。3、在分析信号运算电路时对运放的处理由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。（虚短路）（虚开路）放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。4、分析运放组成的线性电路的出发点虚短路虚开路放大倍数与负载无关，可以分开分析。6.2基本运算电路一、比例运算电路作用：将信号按比例放大。类型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。1、反相比例运算电路uo_+D+R2R1RPuii1i22）电路的输入电阻rif=R1，RP=R1/R2为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大R2，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。3）反馈方式电压并联负反馈，输出电阻很小！4）共模电压反相比例电路的特点：1.共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。3.由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。4.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。2、同相比例运算电路_+D+R2R1RPuiuo结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。同相比例电路的特点:、不存在虚地点、Rif、uIC=uI(共模信号不为0，要求KCMR高)、Rf=0或R1=时，Avf=1(电压跟随器)电压跟随器_+D+uiuoRf=0或R1=时，Avf=1此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。二、加减运算电路作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。类型：同相求和和反相求和。方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。1、反相求和运算R12_+R2R11ui2uoRPui12、同相求和运算-R1RF+ui1uoR21R22ui2注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。3、单运放的加减运算电路R2_+R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6优点：元件少，成本低。缺点：要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的调整计算不方便。改进：采用双运放电路。4、双运放的加减运算电路（略：P30）5、三运放电路（略P33）比例运算电路与加减运算电路小结1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小 。2.关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。3.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。6、微分运算电路ui+uoRR2i1ifC问题:1.抗干扰能力差;2.RC环节对反馈信号有滞后作用,可能引起自激;3.ui突变时，输入电流很大时，输出可能超出最大输出电压,电路失常.、积分运算ui-+RR2Cuo积分电路的主要用途：1.在电子开关中用于延迟。2.波形变换。例：将方波变为三角波。3.A/D转换中，将电压量变为时间量。4.移相。运算电路要求1.熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。2.掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。3.会用“虚开路(ii=0)”和“虚短路(u+=u)”分析给定运算电路的 放大倍数。6.3有源滤波器滤波电路的分类1.按信号性质分类：模拟滤波器和数字滤波器2.按所用元件分类：无源滤波器和有源滤波器3.按电路功能分类：低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器4.按阶数分类：一阶，二阶高阶传递函数的定义滤波器幅频特性：，相频特性：四种典型的频率特性w低通w高通带通ww带阻有源滤波器的优点：1.不使用电感元件，体积小重量轻。2.有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。3.除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。有源滤波器的缺点：1.不宜用于高频。2.不宜在高电压、大电流情况下使用。3.可靠性较差。4.使用时需外接直流电源。1、一阶有源低通滤波器RR1RFC+-+传递函数中出现w 的一次项，故称为一阶滤波器。幅频特性：相频特性：电路的特点：1.w=0时，有放大作用2.w=wo时，幅频特性与一阶无源低通滤波器类似3.运放输出，带负载能力强。2、二阶有源低通滤波器（略）3、一阶有源高通滤波器如何组成高通滤波器？将低通滤波器中的R、C 对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。R1RF+-+R幅频特性：0wo6.4电压比较器（非线性应用）非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。由运放组成的非线性电路有以下情况：1.电路中的运放处于非线性状态。2.另一种情况，电路中的运放引入了正反馈。运放电路中有正反馈；运放处于非线性状态。由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同，所以分析电路前，首先确定运放是否工作在线性区。确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。若有负反馈，则运放工作在线性区；若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。处于非线性状态运放的特点：1.虚短路不成立，2.输入电阻仍可以认为很大。3.输出电阻仍可以认为是0，电压比较器1、若ui从同相端输入UR：参考电压ui ：被比较信号+uouiURuoui0+Uom-UomUR特点：运放处于开环状态。当uiUR时，uo=+Uom；当uiUR时，uo=-Uom2、若ui从反相端输入+uouiURuoui0+Uom-UomUR当uiUR时，uo=-Uom3、过零比较器:(UR=0时)+uouiuoui0+UOM-UOM+uouiuoui0+UOM-UOM电路改进：用稳压管稳定输出电压。+uiuoUZuoui0+UZ-UZ电压比较器的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上+uiuoUZRR滞回比较器特点：电路中使用正反馈，运放处于非线性状态。1、下行迟滞比较器1）没加参考电压的下行迟滞比较器+uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHUL，当ui增加到UH时，输出由Uom跳变到-Uom；当ui减小到UL时，输出由-Uom跳变到Uom。分别称UH和UL上下门限电压。称(UH-UL)为回差。2）加上参考电压后的下行迟滞比较器+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUTH1UTH2，6.5波形产生电路一、正弦波发生器1、产生自激振荡的原理只有正反馈电路才能产生自激振荡。基本放大电路Ao反馈电路F+ +如果：，则去掉仍有信号输出。基本放大电路Ao反馈电路F反馈信号代替了放大电路的输入信号。自激振荡的条件：问题1：如何启振？Uo是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Uo=0，达到稳定振荡时Uo=B。选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：|AF|1，且jA+jF =2np，即可起振。起振条件：；问题2：如何稳幅？起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。起振并能稳定振荡的条件：2、RC振荡电路1）选频电路用RC电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振荡电路，可选用的 RC 选频网络有多种，这里只介绍文氏桥选频电路。R1C1R2C2，时，相移为0。，如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：传递函数：幅频特性：2）用运放组成的RC振荡器uo_+D+R2RCRCR1要满足相位条件，只有在fo处，那么输出频率的调整：，通过调整R或/和C来调整频率。_+D+RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3K：双联波段开关