信号运算与处理电路讲vPPT课件.ppt

第4章信号运算与处理电路 1 集成运放的电压传输特性 知识点回顾 2 ii ui 对于理想运放 rid 相当于两输入端之间短路 对于理想运放 u u 相当于两输入端之间断路 uo 有i i 0 Auo uid 0 rid 虚断 原则 1 理想运放工作在线性区的特点 3 理想运放工作在非线性区 饱和区 的特点 1 输出只有两种可能 UOM或 UOM当u u 时 uo UOMu u 时 uo UOM不存在 虚短 现象2 i i 0仍存在 虚断 现象 4 第4章信号运算与处理电路 4 1基本运算电路4 1 1比例运算电路4 1 2求和运算电路4 1 3积分和微分运算电路4 1 4对数和反对数运算电路4 1 5非理想运算放大器运算电路的分析4 2有源滤波器4 3电压比较器4 3 1单门限比较器4 3 2迟滞比较器4 3 3窗口比较器 运放工作在线性区 运放工作在非线性区 5 4 1 1比例运算电路 比例运算电路 输出电压与输入电压之间存在比例关系 类型 同相比例 反相比例 差动比例 根据输入信号接法 6 1 反相比例运算电路 1 电路结构 为使两输入端对地直流电阻相等 R2 R1 Rf ui加在反相输入端 7 2 电路原理 分析依据 运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断 虚断 虚地 虚短 1 反相比例运算电路 虚地 8 uo和ui反相 电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 9 3 特点 虚地 uic 0 对KCMR要求低 Ri不大 R1 10 1 电路结构 2 同相比例运算电路 为使两输入端对地直流电阻相等 R2 R1 Rf ui加在同相输入端 11 2 同相比例运算电路 2 电路原理 虚断 虚短 12 当R1 Rf 0时 Auf 1 u0 uI 电压跟随器 作用与射极输出器相同 但电压跟随性能更好 13 3 特点 uic ui 0 对KCMR要求高 Ri 14 3 差动输入比例运算电路 差动输入比例运算电路 1 电路结构 ui加在同相输入端 ui 加在反相输入端 15 3 差动输入比例运算电路 在理想条件下 由于 虚断 i i 0 差动输入比例运算电路 2 电路原理 16 电压放大倍数 由于 虚短 u u 所以 差动输入比例运算电路 17 电路的输出电压与两输入电压之差成正比 实现了差动比例运算 差动输入比例运算电路 18 比例运算电路小结 1 放工作在线性区 有虚短 虚断的特点 反相比例运算电路存在虚地现象 uic 0 反相 同相 差动 2 Auf 3 Ri 同相 反相 19 例1 电路如图所示 各参数如图中所示 试求出uo与ui的关系式 并说明若uI与地接反 则输出电压与输入电压的关系将产生什么变化 20 解 A1构成同相比例运算电路 A2构成反相比例运算电路 21 若uI与地接反 则第一级变为反相比例运算电路 因此 由于第二级电路的比例系数仍为 5 所以输出电压与输入电压的比例系数变为50 uI与地接反 22 例2 三运放电路 仪表放大器 uo2 23 虚短 虚断 uo2 uo1 A1 A2 R R RW ui1 ui2 a b 24 25 26 求和运算电路 多个输入信号按照各自不同的比例进行求和或求差的电路 4 1 2求和运算电路 类型 同相求和 反相求和 双端求和 根据输入信号接法 27 4 1 2求和运算电路 1 反相输入求和电路 实际应用时 可适当增加或减少输入端的个数 以适应不同的需要 uo 28 方法一 虚短 虚断 方法二 叠加定理 29 实质 利用虚地和虚短的特点 通过各路输入电流相加的方法来实现输入电压信号的相加 特点 1 调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系 2 没有共模输入 虚地 若 则 30 2 同相输入求和电路 电路特点 无虚地 uic 0 实际应用时 可根据需要 适当增加或减少输入端的个数 31 此电路如果以u 为输入 则输出为 流入运放输入端的电流为0 虚断 32 左图也是同相求和运算电路 如何求同相输入端的电位 提示 1 虚断 流入同相端的电流为0 2 叠加定理求u 33 电路特点 1 由于不存在虚地现象 集成运放将承受一定的共模输入电压 2 调试麻烦 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 2 同相输入求和电路 34 3 双端求和运算电路 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数 以适应不同的需要 35 采用双端输入方式 36 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 若要同时实现加法和减法运算 可采用两级反相求和电路 由叠加定理 37 例3实现 38 该电路是在基本反相比例运算电路基础上将反馈电阻用电容C取代后得到 4 1 3积分和微分运算电路 1 积分电路 39 虚地 而 式中uc t0 为电容在初始时刻的电压值 当ui为常量时 40 积分时限 积分电路输入一直流电压 输出波形将怎样 输出将反向积分 经过一定的时间后输出饱和 41 输入为正弦波时 积分电路的波形 超前90o 移相作用 42 例 电路中 输入ui为方波 画出输出uo波形 设t 0时 UC 0 0V 1 t 0 10ms时 ui 2V 43 例 电路中 输入ui为方波 画出输出uo波形 设t 0时 UC 0 0V 2 t 10 20ms时 ui 2V 44 积分电路的用途 去除高频干扰将方波变为三角波移相在模数转换中将电压量变为时间量 45 2 微分电路 u u 0 输入 则 滞后90o 移相作用 46 电路的缺点 1 当输入信号频率升高时 电容的容抗减小 信噪比大大下降 2 元件形成滞后环节 它和原有的滞后环节共同作用 易产生自激振荡 使电路的稳定性变差 2 微分电路 47 4 1 4对数和反对数运算电路1 对数运算电路 48 电路缺点 输出电压的幅值不能超过0 7V 输出电压温漂严重 解决方法 可利用对称三极管来消除IES的影响 用热敏电阻来补偿UT的温度影响 49 此时需 2 反对数运算电路电路特点 输出电压与输入电压成反对数 即指数 关系 可利用对称三极管来消除IES的影响 用热敏电阻来补偿UT的温度影响 50 1 电流 电压变换器 2 电压 电流变换器 电压 电流和电流 电压变换器广泛应用于放大电路和传感器的连接处 是很有用的电子电路 运算放大电路应用举例 电压和电流转换电路 51 1 电流 电压变换器 I U 输出端的负载电流 若RL固定 则输出电流与输入电流成比例 此时该电路也可视为电流放大电路 52 2 电压 电流变换器 U I a 负载不接地 53 b 负载接地 讨论 1 当分母为零时 iO 电路自激 2 当R2 R1 R3 R4时 则 54 PID调节器 试分析uo与ui的