第6章信号的处理与运算电路

1、(1-1) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-1) 第第6 6章章 信号的处理信号的处理 和运算电路和运算电路 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 (1-2) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (6-2) 第六章第六章 信号的运算和处理信号的运算和处理 6.1 6.1 理想运放的概念理想运放的概念 6.2 6.2 基本运算电路基本运算电路 6.3 6.3 有源滤波器有源滤波器 6.4 6.4 电压比较器电压比较器 (1-3) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (1-3) ri 大大: 几十几十k 几百

2、几百 k 1、集成运放的模型及电压传输特性、集成运放的模型及电压传输特性 KCMRR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很很大大: 104 107 理想运放：理想运放： ri KCMMRR ro 0 0 Ao 运放符号：运放符号： u u+ uo u u+ uo Ao 国际符号国际符号国内符号国内符号 6.1 理想运放的概念理想运放的概念 (1-4) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (1-4) 电压传输电压传输特性：特性： 集成运放的输出电压与输入电压（即同相输入端集成运放的输出电压与输入电压（即同相输入端 与反相输入端之间的差值电压）之间的关

3、系曲线。与反相输入端之间的差值电压）之间的关系曲线。 即：即： )( 0NP uufu ui uo +UOM -UOM 线性放大区线性放大区 (1-5) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (1-5) 集成运放有集成运放有线性放大区线性放大区（称为线性区）和（称为线性区）和饱和区饱和区（称（称 为非线性区）。在线性区，曲线的斜率为电压放大倍为非线性区）。在线性区，曲线的斜率为电压放大倍 数；在非线性区，输出电压只有两种可能的情况，数；在非线性区，输出电压只有两种可能的情况， +UOM或或UOM。 )( 0NPod uuAu 集成运放工作于集成运放工作于线性区线性区时

4、，时， 其中其中Aod称为差模开环放大倍数称为差模开环放大倍数 例：若例：若UOM=12V，Aod=106， 则则|ui|UR时时,uo=+Uom 当当uiUR时时,uo=-Uom 1.若若ui从同相端输入从同相端输入 二、一般单限比较器二、一般单限比较器 (1-122) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-122) + + uo ui UR uo ui 0 +Uom -Uom UR 当当uiUR时时,uo=-Uom 2.若若ui从反相端输入从反相端输入 (1-123) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-123) 3.若若u

5、i与参考电压与参考电压UREF在同端在同端输入输入 图6.4.7一般单限比较器及其电压传输特性 (1-124) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-124) REFIN U RR R u RR R u 21 2 21 1 0 PN uu令：令： REFT U R R U 1 2 分析电压传输特性的三要素：分析电压传输特性的三要素： （1）根据限幅电路确定电压比较器的输出低电平）根据限幅电路确定电压比较器的输出低电平UOL和和 高电平高电平UOH; （2）写出）写出uN、uP的表达式，令的表达式，令uN=uP求出求出UT; （3）根据输出信号的跃变反向，确定反相

6、输入还是同相）根据输出信号的跃变反向，确定反相输入还是同相 输入。输入。 (1-125) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-125) 单限比较器的特点单限比较器的特点 1.电路简单电路简单 。 2.当当Ao不够大时，输不够大时，输 出边沿不陡。出边沿不陡。 3.容易引入干扰。容易引入干扰。 t ui uo t 过零附近仍过零附近仍 处于放大区处于放大区 (1-126) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-126) 6.4.36.4.3滞回比较器滞回比较器 图图6.4.9滞回比较器及其电压传输特性滞回比较器及其电压传输特性 一

7、、反相输入滞回比较器一、反相输入滞回比较器 (1-127) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-127) 分析分析 1.因为有正反馈，所以因为有正反馈，所以 输出饱和。输出饱和。 2.当当uo正饱和时正饱和时(uo=+UOM： U+ Tom UU RR R U 21 1 3.当当uo负饱和时负饱和时(uo=UOM)： Tom UU RR R U 21 1 + + uo R R2R1 ui 参考电压由参考电压由 输出电压决定输出电压决定 特点：特点：电路中使用正反馈，运放处于非线性状态。电路中使用正反馈，运放处于非线性状态。 1.没加参考电压的反没加参考电压的反

8、 相输入滞回比较器相输入滞回比较器 (1-128) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-128) 分别称分别称+UT和和-UT上下阈值电压上下阈值电压。称。称(+UT)(-UT)为为回差回差。 当当ui增加到增加到UT时，输出时，输出 由由Uom跳变到跳变到-Uom； + + uo R R2R1 ui 当当ui减小到减小到UT时，输出时，输出 由由-Uom跳变到跳变到Uom。 传输特性：传输特性：uo ui 0 Uom -Uom +UT -UT 小于回差的干扰不会引起小于回差的干扰不会引起 跳转。跳转。跳转时，正反馈加跳转时，正反馈加 速跳转。速跳转。 (1-

9、129) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-129) t ui Uom -Uom t ui UT UT 例：例：反相输入滞回比较器反相输入滞回比较器 的输入为正弦波时，的输入为正弦波时， 画出输出的波形。画出输出的波形。 + + uo R R2R1 ui (1-130) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-130) REFomT U RR R U RR R U 21 2 21 1 REFomT U RR R U RR R U 21 2 21 1 2.加上参考电压后的反相输入滞回比较器加上参考电压后的反相输入滞回比较器 加上参

10、考电压后的上下限：加上参考电压后的上下限： + + uo R R2R1 ui UREF uo ui 0 Uom -Uom +UT -UT (1-131) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-131) 反相输入滞回比较器两种电路反相输入滞回比较器两种电路传输特性传输特性的比较的比较: + + uo R R2R1 ui uo ui 0 Uom -Uom +UT -UT + + uo R R2R1 ui UR uo ui 0 Uom -Uom +UT -UT (1-132) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-132) 例：例：R1

11、=10k ，R2=20k ，UOM=12V，UR=9V当当 输入输入ui为如图所示的波形时，画出输出为如图所示的波形时，画出输出uo的的 波形。波形。 + + uo R R2R1 ui UR uo ui 0 Uom -Uom +UT -UT 5V 10V ui t 0 (1-133) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-133) 首先计算上下门限电压：首先计算上下门限电压： + + uo R R2R1 ui UR V10 21 2 21 1 RomH U RR R U RR R U V2 21 2 21 1 RomL U RR R U RR R U (1-13

12、4) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-134) +UOM -UOM 根据传输特性画输出波形图。根据传输特性画输出波形图。 + + uo R R2R1 ui UR uo ui 0 Uom -Uom +UT +UT ui uo t t 10V 5V 0 0 2V (1-135) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-135) 0 21 1 21 2 omi U RR R u RR R uP=0时翻转，可以求出上下门限电压。时翻转，可以求出上下门限电压。 0 21 1 21 2 omi U RR R u RR R 二、同相输入滞回

13、比较器二、同相输入滞回比较器 + + uo R R2R1 ui Tomi UU R R u 2 1 Tomi UU R R u 2 1 当当u+u-=0时时,uo=+UOM 当当u+u-=0时时,uo=-UOM 1.没加参考电压的同相输入滞回比较器没加参考电压的同相输入滞回比较器 (1-136) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-136) uo ui 0 Uom -Uom 传输特性曲线传输特性曲线 +UT -UT + + uo R R2R1 ui omT U R R U 2 1 omT U R R U 2 1 上下阈值电压：上下阈值电压： (1-137) 第

14、第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-137) + + uo R R2R1 ui UR 上下阈值电压：上下阈值电压： 当当uo=+UOM时：时： 当当uo=-UOM时：时： Romi UU RR R u RR R 21 1 21 2 Romi UU RR R u RR R 21 1 21 2 RomT U R RR U R R U 2 21 2 1 2.加上参考电压后的同相输入滞回比较器加上参考电压后的同相输入滞回比较器 RomT U R RR U R R U 2 21 2 1 (1-138) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-

15、138) 传输特性：传输特性： +UT-UT uo ui 0 Uom -Uom + + uo R R2R1 ui UR + + uo R R2R1 ui uo ui 0 Uom -Uom +UT -UT 对照对照 (1-139) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-139) 迟滞比较器电路改进：迟滞比较器电路改进：为了稳定输出电压，可以为了稳定输出电压，可以 在输出端加上双向稳压管。在输出端加上双向稳压管。 思考题：思考题：如何计算上下限？如何计算上下限？ UZ + + uo R R2R1 ui uo UZ + + R R2R1 ui (1-140) 第第6

16、6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-140) 6.4.46.4.4窗口比较器窗口比较器 图6.4.13双限比较器及其电压传输特性 (1-141) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-141) 当输入电压当输入电压uI大于大于URH时时,必然大于必然大于URL,所以集成运放所以集成运放 A1的输出的输出u01=+UOM,A2的输出的输出u02=-UOM,使得二极管使得二极管 D1导通导通,D2截止截止,电流通路如图中实线所标注电流通路如图中实线所标注,稳压管稳压管 Dz工作在稳压状态工作在稳压状态,输出电压输出电压uo=+Uz。 当当u

17、I小于小于URL时时,必然小于必然小于URH,所以所以A1的输出的输出u01=- UOM,A2的输出的输出u02=+UOM因此因此D2导通导通,D1截止截止,电流电流 通路如图中虚线所标注通路如图中虚线所标注,Dz工作在稳压状态工作在稳压状态,uo仍仍 为为+Uz。 当当URLuIURH时时,u01=u02=-UOM,所以所以D1和和D2均截均截 止止 , 稳压管截稳压管截 止止 ,uo=0 。 (1-142) 第第6 6章章 信号的处理和运算电路信号的处理和运算电路 结束 (8-142) (3) 电压传输特性的三个要素是输出电压的高、电压传输特性的三个要素是输出电压的高、 低电平低电平 , 阔值电压和输出电压的跃变方向阔值电压和输出电压的跃变方向。 输出输出 电压的高、低电平决定于限幅电路电压的高、低电平决定于限幅电路 ; 令令up= uN所所 求出的求出的 uI就是就是阈值阈值电压电压 ;uI 等于等于阈值阈值电压时输出电压时输出 电压的跃变方向决定于输入电压作用于同相输入电压的跃变方向决定于输入电压作用于同相输入 端还是反相输入端。端还是反相输入端。