信号运算和处理教学课件PPT.ppt

1,第七章信号的运算和处理,7.1概述7.2基本运算电路7.3模拟乘法器及其在运算电路中的应用7.4有源滤波电路7.5电子信息系统预处理中所用放大电路,2,集成运放的电压传输特性,同相输入端,反相输入端,aod：开环电压放大倍数,集成运放的符号,3,非线性区：,线性区：,非线性区：,集成运算放大器的传输特性,4,7.1.2理想运放的两个工作区,本章所讲述的各种电路中，集成运放均工作在线性区。,（1）开环差模增益（放大倍数）aod=（2）差模输入电阻rid=（3）输入出电阻ro=0（4）共模抑制比kcmr=（5）上限截止频率fh=（6）失调电压uio、失调电流iio和它们的温漂duio/dt、diio/dt均为零，且无任何内部噪声。,一、理想运放的性能指标,5,二、理想运放在线性工作区,1.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=，因而净输入电压upun=0，即,集成运放的两个输入端电位无穷接近，但又不是真正的短路，这种特点称为“虚短路”。,注意！,6,因为差模输入电阻rid=，所以两个输入端的输入电流也均为零，即,集成运放的两个输入端的电流趋于零，但又不是真正的断路，这种特点称为“虚断路”。,注意！,7,2.集成运放工作在线性区的电路特征,电路引入了负反馈,判断方法：若电路引入了负反馈，则可判断电路工作在线性区。,若理想运放工作在线性区：,8,三、理想运放的非线性工作区,判断方法：若集成运放处于开环状态（即没有引入负反馈），或者只引入了正反馈，则表明集成运放工作在非线性区。,（）输出电压只有两种情况，分别是uom。当upun时uo=+uom，当uput,29,二、指数运算电路,1.基本电路,集成运放反相输入端为虚地,2.集成指数运算电路（略）,30,7.2.5利用对数和指数运算电路实现的乘法运算电路和除法运算电路,利用对数和指数运算电路实现的乘法运算电路,31,32,7.3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；（3）k值不随信号幅值而变化，且不随频率而变化；（4）当ux或uy为零时uo为零，电路没有失调电压、电流和噪声。,33,7.3.3模拟乘法器在运算电路中的应用,一、乘方运算,输出为输入的二倍频电压信号，为了得到纯交流电压，可在输出端加耦合电容，以隔离直流电压。,34,二、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.,35,7.4有源滤波电路,7.4.1滤波电路的基础知识,一、滤波电路的种类,36,二、滤波器的幅频特性,三、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，则称为无源滤波电路。,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、单极型管、集成运放）组成，则称为有源滤波电路。,37,1.无源低通滤波器,当信号频率趋于零时，通带放大倍数,信号频率从零到无穷大时的电压放大倍数,令,38,带负载后，通带放大倍数的数值减小，通带截止频率升高。无源滤波电路的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，这一缺点常不符合信号处理的要求，因而产生有源滤波电路,当电路带负载时，通带放大倍数,令,39,2.有源滤波电路,四、有源滤波电路的传递函数,在分析有源滤波电路时，一般通过“拉氏变换”，将电压与电流变换成“象函数”u(s)和i(s)，因而电阻的r(s)=r，电容的zc(s)=1/(sc)，电感的zl(s)=sl，输出量与输入量之比称为传递函数，即,将s换成j，便可得到放大倍数,上图所示电路的传递函数,40,7.4.2低通滤波器,一、同相输入低通滤波器,1.一阶电路,令j取代s，得到电压放大倍数,式中f0称为特征频率。令f=0，可得通带放大倍数,令,41,f0：特征频率,当f=f0时,令f=0：可得通带放大倍数,通带截止频率：fp=f0,42,2.简单二阶电路,当c1=c2=c时，,令f=0，可得通带放大倍数,43,令j取代s，且令，得到电压放大倍数,令分母的模等于通带截止频率fp=0.37f0。,44,3.压控电压源二阶低通滤波器,概念：同相输入端电位控制由集成运放和r1、r2组成的电压源决定，故称为压控电压源滤波电路。,设c1=c2=c。m点的电流方程为,p点的电流方程为,传递函数,45,若令，则f=f0时,的物理意义：电压放大倍数与通带放大倍数之比。,令s=j，电压放大倍数,只有当aup(s)小于3时，电路才稳定工作，不产生自激振荡。,46,二、反相输入低通滤波器,.一阶电路,令f=0，可得通带放大倍数,传递函数,令s=j，电压放大倍数,通带截止频率：fp=f0,47,当f=0时，c1和c2均开路，可得通带放大倍数,m点的电流方程为,其中,2.二阶电路,48,四阶低通滤波器,49,三、三种类型的有源低通滤波器,50,7.4.3其它滤波电路,一、高通滤波器,压控电压源二阶高通滤波器,51,无限增益多路反馈高通滤波器,52,二、带通滤波器,当c1=c2=c，r1=r，r2=2r时，电路的传递函数,up(s)为同相比例运算电路的输入，比例系数,令中心频率，电压放大倍数,当f=f0时，得出通带放大倍数,令上式分母的模为，即分母的虚部的绝对值为1,53,三、带阻滤波器,54,阻带宽度,通带截止频率,通带放大倍数,传递函数,令中心频率，电压放大倍数,其中,55,四、全通滤波电路,n点和p点的电位分别为,输出电压,电压放大倍数,写成模和相角的形式,其中,56,本章要求,学完本章后，希望能够达到下列基本要求：（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