模拟电子技术基础第23讲 模拟乘法器和有源滤波器.ppt

一 理想运放的条件 1 开环差模电压增益Aod 2 差模输入电阻Rid 3 输出电阻Ro 0 4 共模抑制比CMRR 5 开环带宽BW 6 失调 漂移和内部噪声为零 主要条件 条件较难满足 可采用专用运放来近似满足 8 0理想集成运算放大器 为简化对集成运放应用电路的分析 常把集成运放视为理想器件 其主要满足以下一些条件 二 理想运放的工作状态及其特点 Vo 0 VOH VOL 理想 实际 线性区 非线性区 非线性区 运放的传输特性 引入深度负反馈 开环或引入正反馈 线性工作状态 虚断 虚短 虚地 非线性工作状态 1 理想运放的同相和反相输入端电流近似为零 2 当V V 时 Vo为正向输出饱和电压VOH当V V 时 Vo为负向输出饱和电压VOL其数值接近运放的正负电源电压 I I 0 8 1基本运算电路 比例运算电路 积分电路 微分电路 减法电路 加法电路 输出与输入反相 输出与输入同相 1 利用反相信号求和以实现减法运算 2 利用差分式电路以实现减法运算 同相加法器 反相加法器 8 2实际运放电路的误差分析 共模抑制比KCMR为有限值的情况 输入失调电压VIO 输入失调电流IIO不为零时的情况 8 3对数和反对数运算电路 对数运算电路 反对数运算电路 其中 IES是发射结反向饱和电流 vO是vS的对数运算 1 对数运算电路 利用PN结的指数特性实现对数运算 BJT的发射结有 注意 vS必须大于零 电路的输出电压小于0 7伏 利用虚短和虚断 电路有 当时 vO是vS的反对数运算 指数运算 2 反对数运算电路 利用虚短和虚断 电路有 要求 以上两个电路温漂很严重 实际电路都有温度补偿电路 3 乘法电路和除法电路 思考 可以把乘法和除法的运算化简为对数的加法和减法运算 再进行反对数运算即可 8 4模拟乘法器 1 模拟乘法器的符号 2 除法运算电路 只有当vx2为正极性时 才能保证运算放大器是处于负反馈工作状态 而vx1则可正可负 3 开平方电路 8 5有源滤波电路 8 5 1基本概念及初步定义 8 5 2一阶有源滤波电路 高通滤波 低通滤波 基本概念 分类 8 5 3二阶有源滤波电路 高通滤波 低通滤波 带通滤波 带阻滤波 带阻滤波 带通滤波 8 5 1基本概念及初步定义 1 基本概念 滤波器 是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置 有源滤波器 由有源器件构成的滤波器 滤波电路传递函数定义 时 有 其中 模 幅频响应 相位角 相频响应 时延响应为 8 5 1基本概念及初步定义 2 分类 低通滤波器 带通滤波器 高通滤波器 带阻滤波器 理想 实际 通带 阻带 o 1 RC 高频截止频率或特征角频率 1 无源RC低通滤波 8 5 2一阶有源滤波电路 1 低通滤波电路 A0 1 8 5 2一阶有源滤波电路 1 低通滤波电路 2 带电压跟随器的低通滤波器 A0 1 8 5 2一阶有源滤波电路 1 低通滤波电路 3 带同相比例放大的低通滤波器 8 5 2一阶有源滤波电路 2 高通滤波电路 可由低通和高通串联得到 必须满足 3 带通滤波电路 低通特征角频率 高通特征角频率 低通 高通 带通 8 5 2一阶有源滤波电路 4 带阻滤波电路 可由低通和高通并联得到 必须满足 一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢 20dB 十倍频程 与理想情况相差较远 一般用在对滤波要求不高的场合 低通 高通 带阻 低通 高通 反相求和 8 5 3二阶有源滤波电路 1 压控电压源低通滤波电路 压控电压源电路 VCVS 得滤波电路传递函数 二阶 8 5 3二阶有源滤波电路 1 压控电压源低通滤波电路 令 称为通带增益 称为特征角频率 称为等效品质因数 则 用代入 可得传递函数的频率响应 8 5 3二阶有源滤波电路 1 压控电压源低通滤波电路 归一化的幅频响应 相频响应 8 5 3二阶有源滤波电路 1 压控电压源低通滤波电路 归一化的幅频响应波特图 40dB 10倍频程 8 5 3二阶有源滤波电路 2 压控电压源高通滤波电路 将低通电路中的电容和电阻对换 便成为高通电路 8 5 3二阶有源滤波电路 2 压控电压源高通滤波电路 传递函数 滤波电路才能稳定工作 8 5 3二阶有源滤波电路 3 压控电压源带通滤波电路 得 可由低通和高通串联得到 8 5 3二阶有源滤波电路 4 双T带阻滤波电路 8 5 3二阶有源滤波电路 4 双T带阻滤波电路 小结 1 模拟运算电路是由集成运放接成负反馈的电路形式 可实现比例 加 减 积分 微分 对数和反对数等多种数学运算 此时运放工作在线性区 分析这类电路可用虚短和虚断两个重要的概念 以求出输出与输入之间的函数关系 2 在运算电路中 比例 加和减运算电路的输出与输入关系是线性关系 而积分 微分 对数和反对数 乘除运算电路的输出与输入之间是非线性关系 但运放本身工作在线性区 3 对于分析含有电容的积分或微分电路可运用拉氏变换 先求出电路的传递函数 再进行拉氏反变换 得出输出与输入的函数关系 小结 4 由于实际运放的参数是非理想的 Avo ri KCMR都是有限值 r VIO IIO DVIO DT及DIIO DT等并不为零 这些都将给运算电路的输出带来误差 但只要合理选择运放和电路元件 可使误差减至最小 5 集成模拟乘法器是一种重要的信号处理功能器件 用途广泛 除了完成各种运算功能外 更多地用在信息工程领域的频率变换技术中 如调制和解调等 6 有源滤波电路通常是由运放和RC反馈网络构成的电子系统 根据幅频响应不同 可分为低通 高通 带通 带阻和全通滤波电路 高阶滤波电路一般都可由一阶和二阶有源滤波电路组成 而二阶滤波电路传递函数的基本形式是一致的 区别仅在于分子中s的阶次为0 1 2或其组合