模拟电子技术基本教程华成英主编 精选文档

1、第八章,信号的运算和滤波,8.1,集成运放组成的运算电路,8.2,模拟乘法器及其在运算电路中的应用,8.3,有源滤波电路,8.1,集成运放组成的运算电路,一、比例运算电路,二、加减运算电路,三、积分运算电路和微分运算电路,四,、对数运算电路和指数运算电路,一、比例运算电路,1.,反相比例电路,2.,同相比例电路,二、加减运算电路,1.,反相求和,2.,同相求和,设,R,1,R,2,R,3,R,4,R,R,f,3.,加减运算,利用求和运算电路的分析结果,R,u,i,i,R,I,C,?,?,对输入电压的极性和幅值有何要求？,R,I,u,U,u,u,S,I,T,BE,O,l,n,?,?,?,?,四、

2、对数运算电路和指数运算电路,1.,对数运算,实用电路中常常采取措施,消除,I,S,对运算关系的影响,T,BE,e,S,C,U,u,I,i,?,利用,PN,结端电,压与电流的关系,实际,极性,I,CM,限制其值,集成对数运算电路,T,BE,1,e,S,3,I,I,1,C,U,u,I,R,u,i,i,?,?,?,3,S,I,T,BE1,ln,R,I,u,U,u,?,S,T,BE2,l,n,I,I,U,u,R,?,同理，,3,I,T,B,E,1,B,E,2,P2,N,2,ln,R,I,u,U,u,u,u,u,R,?,?,?,?,?,3,I,T,5,2,N2,5,2,O,ln,),1,(,),1,(,

3、R,I,u,U,R,R,u,R,R,u,R,?,?,?,?,?,热敏电阻？温度系数为正？为负？,q,kT,U,?,T,BE,I,u,u,?,对输入电压的极性和幅值有何要求？,T,I,e,S,O,U,u,R,R,I,R,i,u,?,?,?,?,2.,指数运算电路,T,I,e,S,E,U,u,R,I,i,i,?,?,3.,乘法、除法运算电路,8.2,模拟乘法器及其在,运算电路中的应用,一、模拟乘法器简介,二、在运算电路中的应用,一、模拟乘法器简介,1.,变跨导型模拟乘法器的基本原理,X,c,m,c,C2,C1,O,),(,u,R,g,R,i,i,u,?,?,?,?,?,T,T,EQ,m,2,U,I

4、,U,I,g,?,?,e,BE3,Y,R,u,u,I,?,?,e,T,Y,m,BE3,Y,2,R,U,u,g,u,u,?,?,，则,若,Y,X,e,T,c,O,2,u,u,R,U,R,u,?,?,实际电路需在多方面改进，如线性度、温度的影响、,输入电压的极性等方面。,理想情况下，,r,i1,、,r,i2,、,f,H,为,无穷大，,失调电压、电流及其,温漂为,0,，,r,o,为,0,，,u,x,、,u,y,幅值,和频率变化时,k,值不变。,有单象限、两象限和四象限,之分。,2.,模拟乘法器的符号及等效电路,Y,X,O,u,ku,u,?,),cos2,1,(,2,sin,2,sin,2,2,i,2

5、,2,i,O,i,I,t,kU,t,kU,u,t,U,u,?,?,?,?,?,?,?,则,若,二、在运算电路中的应用,2.,乘方运算,1.,乘法运算,I2,I1,O,u,k,u,u,?,实际的模拟乘法器,k,常为,+0.1V,-1,或,0.1V,-1,。,若,k=,+0.1V,-1,，,u,I1,=,u,I2,=10V,，,则,u,O,=10V,。,2,I,O,ku,u,?,实现了对正弦波,电压的二倍频变换,为使电路引入的是负反馈，,k,和,u,I2,的极性应如何？,2,1,i,i,?,3.,除法运算,I2,I1,1,2,O,ku,u,R,R,u,?,?,?,运算电路中集成运放必须引入负反馈！

6、,?,1,i,2,i,?,?,若集成运放的同相输入端与,反相输入端互换，则,k,和,u,I2,的,极性应如何？,2,O,1,I1,R,u,R,u,?,?,O,I2,I1,1,2,O,u,u,k,u,R,R,u,?,?,?,?,条件：,同极性,2,O,I,1,2,O,ku,u,R,R,u,?,?,?,?,为实现上式，电路中,u,I,、,u,O,、,k,的极性是什么？为什么？,4.,开方运算,I,1,2,O,u,kR,R,u,?,?,?,若集成运放的负反馈通路中为某种运算电路，则整个电,路实现其逆运算！,如何实现开三次方运算电路？,若要,u,O,0,，则有何变化？,若要求,u,I,、,u,O,均大

7、于,0,，则有何变化？,8.3,有源滤波电路,一、概述,二、低通滤波器,三、高通、带通、带阻滤波器,四、状态变量型滤波器,1.,滤波电路的功能,使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。,2.,滤波电路的种类,低通滤波器（,LPF,）,通带放大倍数,通带截止频率,下降速率,理想幅频特性,无过渡带,一、概述,用幅频特性描述滤波特性，要研究,、,(,f,P,、下降速率,),。,p,u,A,?,u,A,?,高通滤波器（,HPF,）,带通滤波器（,BPF,）,带阻滤波器（,BEF,）,）,全通滤波器（,APF,）,）,理想滤波器的幅频特性,阻容耦合,通信电路,抗已知频率的干扰,f-,转换,p,p

8、,p,1,1,1,j,1,1,2,1,j,u,u,u,A,A,RC,f,A,f,RC,f,?,?,?,?,?,?,?,空载：,p,p,L,p,L,L,p,j,1,),(,2,1,f,f,A,A,C,R,R,f,R,R,R,A,u,u,u,?,?,?,?,?,?,?,?,带载：,空载时,带负载时,3.,无源滤波电路和有源滤波电路,负载变化，通,带放大倍数和截,止频率均变化。,积分电路,无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的,滤波参数不随负载变化，可放大。,无源滤波电路可用于高电压大电流，如直流电源中的滤,波电路；有源滤波电路是信号处理电路，其输出电压和电,流的大小受有源元件自身参数和供

9、电电源的限制。,有源滤波电路,用电压跟随,器隔离滤波电,路与负载电阻,二、低通滤波器,求解传递函数时，只需将放大倍数中的,j,用,s,取代即可；,s,的方次称为阶数。,1,2,p,1,R,R,A,u,?,?,?,RC,f,2,1,p,?,p,p,j,1,f,f,A,A,u,u,?,?,?,?,频率趋于,0,时的放大,倍数为通带放大倍数,决定于,RC,环节,表明进入高频段,的下降速率为,20dB/,十倍频,（,1,）一阶电路,1.,同相输入,经拉氏变换得,传递函数：,sRC,R,R,sC,R,sC,R,R,s,U,s,U,s,A,u,?,?,?,?,?,?,?,?,1,1,),1,(,1,1,)

10、,1,(,),(,),(,),(,1,2,1,f,i,o,一阶电路,幅频特性,),2,1,(,j,1,1,p,p,p,1,2,p,RC,f,f,f,A,A,R,R,A,u,u,u,?,?,?,?,?,?,?,?,为了使过渡带变窄，需,采用多阶滤波器，即增加,RC,环节。,p,p,|,0,.,7,0,7,|,|,2,0,/,u,p,u,f,f,A,u,A,f,f,A,d,B,?,?,?,?,?,时,，,|,|,时,，,2,0,l,g,|,按,十,倍,频,程,下,降,（,2,）简单二阶,LPF,M,2,2,P,i,1,1,2,1,M,j,1,),j,1,),j,1,(,j,1,),j,1,(,j,

11、1,U,C,R,C,U,U,C,R,C,R,C,R,C,U,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,j,3,),(,1,1,),1,(,0,2,0,1,2,f,f,f,f,R,R,A,u,?,?,?,?,?,截止频率,f,p, 0.37,f,0,RC,f,2,1,0,?,特征频率,分析方法：电路引入了负反馈，具有“虚短”和“虚断”,的特点利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系。,C,1,=,C,2,（,3,）压控电压源二阶,LPF,引入正反馈,为使,f,p,=,f,0,，且在,f,=,f,0,时幅频特性按,40dB/,十倍频下降。,f,0,时，,C,1,断路

12、，正反馈,断开，放大倍数为通带放大,倍数。,f,，,C,2,短路，正反馈不,起作用，放大倍数,0,。,因而有可能在,f,=,f,0,时放大倍数等于或大于通带放大倍数。,对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。,C,1,=,C,2,压控电压源二阶,LPF,的分析,p,p,p,3,0,u,u,u,f,f,u,A,Q,A,A,A,?,?,?,?,?,?,?,?,列,P,、,M,点的节点电流方程，,整理可得：,p,p,0,3,2,u,f,f,u,u,A,A,A,?,?,?,?,?,?,?,时，,当,0,p,2,0,p,3,j,),(,1,f,f,A,f,f,A,A,u,u,u,?,?,?,?,?,?,?,

13、0,p,p,1,;,3,u,u,f,f,u,Q,A,A,A,?,?,?,?,等,效,品,质,因,数,Q,值合适时，从,f,0,开始就按,40dB/,十倍频下降。,O,O,O,三、高通、带通、带阻有源滤波器,与,LPF,有对偶性，将,LPF,的电阻和电容互换，就可得一阶,HPF,、简单二阶,HPF,、压控电压源二阶,HPF,电路。,2.,带通滤波器,（,BPF,）,3.,带阻滤波器,（,BEF,）,f,H,f,L,f,H,f,L,1.,高通滤波器,（,HPF,）,讨论,?,频率趋于零，电压放大倍数趋于通带放大倍数,的滤波器有哪几种？,?,频率趋于无穷大，电压放大倍数趋于通带放大,倍数的滤波器有哪

14、几种？,?,频率趋于零，电压放大倍数趋于零的滤波器有,哪几种？,?,频率趋于无穷大，电压放大倍数趋于零的滤波,器有哪几种？,四、状态变量型滤波器,要点：,?,将比例、积分、求和等基,本运算电路组合成自由设,置传递函数、实现各种滤,波功能的电路，称为状态,变量型滤波器。,?,通带放大倍数决定于电阻,组成的负反馈网络。,?,利用“,逆运算,”方法。,将,低通环节,加在负反馈通路来,实现高通,。,f, ,时,C,相当于短路，两端电压近似为,即,A,2,输出电压,0,，电路开环，,A,1,输出电压,U,OM,，工作到非线性区；,需引入负反馈决定通带放大倍数。,6,R,4,6,p,1,R,R,A,u,?,?,?,二阶状态变量滤波器的组成,带通,),(,o2,s,U,低通,),(,o3,s,U,带阻,),(,o4,s,U,5,R,高通,),(,o1,s,U,6,R,运算电路与有源滤波器的比较,?,相同之处,电路中