电路与电子学9信号运算处理及波形发生电路.ppt

第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 1 第九章信号运算 处理及波形发生电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 2 Ao越大 运放的线性范围越小 一般情况加负反馈才能使其工作于线性区 UOM UOM 转移特性 uo与ui的关系 运放电路的特点 时 运放工作在线性区 时 运放工作在非线性区 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 3 理想运放的条件 放大倍数与负载无关 当有几级运放时可以分级分析 虚短路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 4 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 运放线性运用 信号的放大 运算 恒压源 恒流源电路 有源滤波电路 在运放的线性应用中 运放的输出与输入之间加了负反馈 使运放工作于线性状态 9 1运算电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 5 一 反相比例电路 i1 i2 虚短路 虚开路 一 比例电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 6 uo 电路的输入电阻 Ri ui ii R1 输出电阻很小 R2 R1 Rf Ro 0 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 7 Rf R1 Rb ui uo 共模电压 1 输入电阻小 反相输入电路的特点 2 共模电压为0 3 同向端 虚地 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 8 二 同相比例电路 Rf R1 Rb ui uo u u 共模电压 uc ui 没有虚地 ui 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 9 当Rf 0时 电压跟随电路 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 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 10 一 反相加法电路 uo Rf 二 加减运算电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 11 u ui1则电压放大倍数为 u ui1 ui2 所以 注意 同相求和电路的两个输入信号的放大倍数互相影响 不能单独调整 二 同相加法电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 12 三 减法电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 13 R2 R1 R3 ui2 uo R4 ui1 差动式放大器放大了两个信号的差 但是它的输入电阻不高Ri R1 R3 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 14 以上电路的比较归纳 它们都引入电压负反馈 因此输出电阻都比较小 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 同相输入的共模电压高 反相输入的共模电压小 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 15 应用举例 输入方波 输出是三角波 一 积分运算电路 三 积分与微分运算电路 U UC 0 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 16 2 如果积分器从某一时刻输入一直流电压 输出将反向积分 经过一定的时间后输出饱和 U 积分时限 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 17 二 微分运算电路 u u 0 iF 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 18 若输入 则 ui uo R R2 i1 iF C 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 19 解 在求电压放大倍数表达式时 可以把A1和A2看成一个运算放大器 见图中棕色线框 因A1和A2都是反相输入的 因此可确定输入信号 和输出信号之间的极性 该电路相当同相比例运算电路 所以 索引 例1 求电路的电压放大倍数 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 20 例2 三运放电路 uo1 uo2 R1 R1 R2 R2 uo 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 21 R R RW ui1 ui2 uo1 uo2 a b A 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 22 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 23 三运放电路是差动放大器 放大倍数可调 RW 电路为串联负反馈 输入电阻高 uo1 uo2 R1 R1 R2 R2 uo 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 24 四 对数和反对数运算电路 uo 一 对数运算电路 对数运算电路以二极管或三极管的发射结作为反馈元件 电路的指数规律由二极管的正向导通特性实现 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 25 二 反对数运算 反对数运算是对数运算反运算 反对数运算电路是将对数运算电路中的二极管 或三极管 与电阻的位置进行互换完成的 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 26 模拟乘法器是实用电子器件 早期应用于模拟计算机 目前广泛应用于信号处理 信号检测 通讯工程等科学领域 2 变跨导式乘法运算电路 3 四象限模拟乘法器 五 乘除运算电路 一 乘法运算电路 1 对数式运算电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 27 1 对数式乘法运算电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 28 差动式减法器 2 变跨导式乘法运算电路 详细推导过程见教材P291 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 29 A 第一级的开路电压 假设 B 输出电压与输入电压的关系 这里 跨导 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 30 3 四象限模拟乘法器 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 31 推导 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 32 例1 利用乘法器实现 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 33 电压源 要求输出电阻小 电路组成 反向比例放大器 同相比例放大器 9 2电压 电流变换电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 34 1 反相比例放大器组成的电压源输出可以小于输入 2 同相比例放大器组成的电压源的输出大于输入 3 同相比例放大器的输入电阻大 从信号源取得的电流小 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 35 负载悬地 电流源 要求输出电阻大 要有电流负反馈 负载电流IL与的RL数值无关 恒流 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 36 问题 负载悬地 电压 电流变换电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 37 9 3有源滤波电路 滤波电路的种类 低通滤波器LPF高通滤波器HPF带通滤波器BPF带阻滤波器BRF 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 38 一 低通滤波器 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 39 幅频特性 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 40 有源滤波器于无源滤波器性能比较 1 有电压放大作用 2 有电压负反馈 输出恒压带负载能力强 3 频率特性不够理想 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 41 二阶有源低通滤波器 RF 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 42 二 高通滤波器 RC对调 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 43 9 4电压比较器 比较器属于运算放大器的非线性应用 所谓非线性应用是指 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三种情况 电路中的运放处于非线性状态 开环或正反馈 电路中的运放处于线性状态 但外围电路有非线性元件 二极管 三极管 电路中的运放处于非线性状态 外围电路也有非线性元件 二极管 三极管 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 44 一 简单电压比较器 UR 过零比较器 UR 0的情况 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 45 例1 利用电压比较器将正弦波变为方波 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 46 例2 水位监控 如何防止干扰 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 47 二 具有滞回特性的比较器 分析 因为有正反馈 所以输出饱和 当uo正饱和时 当uo负饱和时 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 48 U H U L称为回差 传输特性 跳转后增大了U U 加速跳转 小于回差的干扰不会引起跳转 下限 上限 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 49 输入正弦波的情况 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 50 加上参考电压后的上下限 uo UR 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 51 如何计算上下限 用UZ代替Uom 为了稳定输出电压 可以在输出端加上双向稳压管 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 52 9 6正弦波振荡电路 因为 1 振幅条件 2 相位条件 n是整数 相位条件 振荡电路必须有正反馈 振幅条件 放大倍数可调 一 振荡器的振荡条件 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 53 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 放大电路中存在噪声 即瞬态扰动 这些扰动可分解为各种频率分量 其中也包括fo分量 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 A B 2n 即可起振 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 54 问题2 如何稳幅 起振后 输出Uo将逐渐增大 若不采取稳幅 AF 仍大于1 输出将会饱和失真 Uo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 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 55 二 RC正弦波振荡电路 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 1 选频电路 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 56 时 相移为0 如果 R1 R2 R C1 C2 C 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 57 传递函数 相频特性 幅频特性 R1 C1 R2 C2 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 58 2 用运放组成的RC振荡器 所以 要满足相位条件 只有在fo处 因为 ui 放大稳幅 选频 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 59 输出频率的调整 通过调整R或 和C来改变频率 C 双联可调电容 改变C 用于细调振荡频率 K 双联波段开关 切换R 用于粗调振荡频率 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 60 上下门限电压 9 7非正弦波发生电路 一 方波发生器 工作原理 a 设 uo Uom 此时 输出给C充电 U H 则 u U H 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 61 一旦uc U H 就有u u uo立即由 Uom变成 Uom 在uc U H时 u u uo保持 Uom不变 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 62 C经输出端放电 U L b 当uo Uom时 u U L uc达到U L时 uo上翻 R R1 R2 C uc uo 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 63 当uo重新回到 Uom以后 电路又进入另一个周期性的变化 uo 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 64 周期与频率的计算 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 65 积分电路 将矩形波变为三角波 此电路要求前后电路的时间常数配合好 不能让积分器饱和 二 三角波发生器 电路一 方波发生器 产生矩形波 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 66 三角波的周期由方波发生器确定 其幅值也由周期T和参数R C决定 uo A1 A2 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 67 电路二 电路一的改型 A1 A2 uo uo1 R02 R01 R C R2 R1 反向积分电路 滞回比较器 特点 滞回比较器的输出作为反相积分器的输入 反相积分器的输出又反馈到滞回比较器的输入 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 68 1 工作原理 uo电位下降使得u1 下降 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 69 0 t UOm UOm uo2 取t1 t2段 uo1 Uom uo线性增加 当uo UomR1 R2时 u1 0 在t1 t2点 uo 2 输出波形的定量分析 输出信号翻转 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 70 uo2 由此可得 三角波的峰值是 幅值的计算 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 71 周期和频率的计算 根据 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 72 电容充放电时间T1 T2可通过R R 调整 当R 0时 则为锯齿波发生器 电路三 是电路二的改进 uo1被嵌位于 Uz 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 73 R 0时 R 0时 改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数 使放电的时间常数为0 即把三角波发生器转换成了锯齿波发生器 三 锯齿波发生器 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 74 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 75 ui UZ 把锯齿波发生器中积分电路的充电电压由uo1变为ui 则锯齿波发生器转变为压频转换电路 即输出uo的频率由输入电压ui的大小决定 四 压控振荡器 已知 第九章信号运算 处理及波形发生电路 9 76 1 设uo1 UZ 则D2截止 D1导通 ui给电容C充电 uo下降 工作原理 R2 R1