模拟电子电路第七章.ppt

第七章 信号的运算和处理,71 概述 72 基本运算电路 73 模拟乘法器及其在运算电路中的应用 74 有源滤波电路 75 电子信息系统预处理中所用放大电路 作业P392-397 7.6（b,d），7.8，7.9，7.10，7.11 7.17，7.19,基本要求,（1）掌握：比例、加减、积分电路的工作原理及运算关系； 了解：微分、乘除、对数和指数电路的工作原理及运算关系; 能够运用“虚短”和“虚断”的概念分析各种运算电路输出 电压与输入电压的运算关系，能够根据需要合理选择电路。 （2）能够正确理解LPF、HPF、BPF和BEF的工作原理，了解它们的 主要性能，并能够根据需要合理选择电路。 （3）了解干扰和噪声的来源及抑制方法。,71 概述,7.1.1 电子信息系统的组成,7.1.2 理想运放的两个工作区,（1）开环差模增益（放大倍数） Aod =,1.理想运放的性能指标,（2）差模输入电阻Rid =,（4）共模抑制比KCMR =,（3）输入出电阻Ro =0,（6）失调电压UIO、失调电流IIO和它们的温漂dUIO /dT 、 dIIO /dT,（5）上限截止频率fH =,均为零，且无任何内部噪声。,2. 理想运放的电压传输特性,uN（反相输入端）： u0 与uN反相,uP（同相输入端）： u0 与uP同相,uI =uP -uN,3.理想运放在线性区的特点,当集成运放工作在线性区时,由于uo为有限值，理想运放 Aod =,因而 uPuN 0，即,因为 uPuN =0，差模输入电阻Rid =,“虚断”,电路特征,（负反馈）,4. 理想运放在非线性区的特点,（uPuN）,uo =,UOM,-UOM,iP=iN =0,（uPuN）,“虚断”,电路特征,（正反馈，或开环）,72 基本运算电路,7.2.1 比例运算电路,1.反相比例运算电路,节点N的电流方程为,所以,输出电阻,输入电阻,因为,R为补偿电阻（平衡电阻）,R= R / Rf,2. T形网络反相比例运算电路,节点N的电流方程为,输出电压,输入电阻,R3的引入使反馈系数减小,因为,3. 同相比例运算电路,因为“虚短”,说明集成运放有共模输入电压,因为“虚断”,应选用高共模抑制比的集成运放。,当 Rf= 0,或R= ,uo=uI,电压跟随器,7.2.2 加减运算电路,实现多个输入信号按各自不同的比例求和或求差的电路统称,. 反相求和运算电路,根据“虚短”和“虚断”的原则,节点N的电流方程为,为加减运算电路。,uo,2. 同相求和运算电路,节点P的电流方程为,3. 加减运算电路,假设R1/R2/Rf= R3/R4/R5,uI1、uI2共同作用,uI3、uI4共同作用,若电路只有两个输入，且参数对称，,若R1=Rf 2， R3 = Rf 1，则,缺点：一是电阻的选取和调整不方便， 二是对于每个信号源输入电阻较小。,例1 求图示电路的输出电压uo。,例2 电路如图所示，求输出与输入的关系。,例3 求图示电路中uo1、uo2、uo3的值。,例4 A1 、A2、 A3 均为理想运放，求输出电压uo与输入电压uI1、 uI2的关系。,A2为同相比例电路,A3为减法电路,A1为加减运算电路,解:,7.2.3 积分运算电路和微分运算电路,1.积分运算电路,由于uP= uN=0， “虚地”，虚断,式中uO(t1)为积分起始时刻的输出电压，即积分运算的起始值，,当信号源为多个时,iRn,Rn,R1,iR1,uI1,uIn,积分的终值是t2时刻的输出电压。,在实际电路中，为了防止低频信号增益过大，,当uI为常量时，,常在电容上并联一个电阻加以限制。,(1)基本微分运算电路,根据“虚短”和“虚断”的原则， uP= uN=0， “虚地”， uC= uI 。,输出电压,输出电压与输入电压的变化率成比例。,(2)实用微分运算电路,2、微分运算电路,正常工作时,（3）逆函数型微分运算电路,利用积分电路做反馈环节，可实现微分运算。,虚断,虚短,例5 积分电路输入波形为方波，求输出的波形。 uc(0)=0,例6 图示电路中，设运放为理想运放。试计算（1）ui1=1V时，uo1=?（2）要使ui1=1V时，uo维持0，ui2=?，uc(0)=0。（3）t=0时，ui1=1V，ui2=0， uc(0)=0，求t=10s时，uo=?,A1,A2,例 电路如图，试求：（1）,（2）当,时，,（接第一个问）；（3）在开关S合上前,（接第二个问）；当上后几秒中时,上升到5伏（开关合前,）。,已知输出与输入信号之间的关系，设计运算电路。,（1）根据已知运算式所含的运算关系,确定电路形式,画出电路图。,（2）将已知运算关系式与对应电路的运算关系时进行对比，求出,1. 设计一个能实现uo=-(10ui1+22ui2)的电路。,选用反相求和电路,电路参数。,2. 设计一个能实现uo=10ui1+8ui2-20ui3的电路。,法一：用两级运放实现,uo=-(10ui1+8ui2)+20ui3的电路。,令 uo1=-(10ui1+8ui2),uo=-（uo1+20ui3）的电路。,A1,A2,法二：用一级运放实现,uo=10ui1+8ui2-20ui3,73 模拟乘法器及其在运算电路中的应用,7.3.1 模拟乘法器简介,理想模拟乘法器应具备如下条件： （1） ri1和ri2为无穷大； （2） ro为零；,随频率而变化；,（3） k值不随信号幅值而变化，且不,（4）当uX或uY为零时uO为零，电路没,有失调电压、电流和噪声。,7.3.2 变跨导型模拟乘法器的工作原理（自学）,7.3.3 模拟乘法器在运算电路中的应用,1、乘方运算,2、除法运算电路,在运算电路中，必须保证电路引,入的是负反馈，才能正常工作。,为保证电路引入负反馈，uI2与k同号。,由于uI2的极性受k的限制，所以电路为两象限除法运算电路。,（uo0, uI0）,3、开方运算电路,74 有源滤波电路,7.4.1 滤波电路的基础知识,1、滤波电路的种类,对信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路。使特定频率范,围的信号顺利通过，而阻止其他频率信号通过。,2、滤波器的幅频特性,3、无源滤波电路和有源滤波电路,概念：若滤波电路仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成，,概念2：若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管,Aup,通带放大倍数。,频率等于零时，输出电压与输入电压的比值,则称为无源滤波电路。,、单极型管、集成运放）组成，则称为有源滤波电路。,（1）无源低通滤波器,当信号频率趋于零时，通带放大倍数,当 f 从0时,令,令,当电路带负载时，通带放大倍数,当 f 从0时,（2）有源滤波电路,将s换成j，便可得到放大倍数,图所示电路的传递函数,7.4.2 低通滤波器,1、同相输入低通滤波器,(1)一阶电路,令j取代s，且令