第七章线性处理器

1、(5-1)电子技术电子技术 第七章第七章 线性处理器线性处理器模拟电路部分模拟电路部分(5-2) 第七章第七章 线性处理器线性处理器7.1 运放工作在线性区时的特点运放工作在线性区时的特点7.2 信号的运算电路信号的运算电路7.3 有源滤波器有源滤波器7.4 电压源、电流源与电压、电电压源、电流源与电压、电流、电阻的测量流、电阻的测量(5-3)uiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，必须越大，运放的线性范围越小，必须在在输出与输入之输出与输入之间间加负反馈加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。才能使其扩大输入信号的线性范围。uiuo_+AoCoOMEuUmax例：若例：若UOM

2、=12V，Ao=106， 则则|ui|UT时TUuSDeII1又因为 ，所以iF=iD，故0iTUuSDFOIRiRiu1Re(5-48)7.2.5 乘法运算电路乘法运算电路 对数运算电路求和运算电路对数运算电路反对数运算电路uOuXuY图 7 18 简单乘法器框图 YXYXOuunununu)11 (11(5-49)kZuOuXuYXY图 7 19 集成乘法器电路符号 YXOukuu 2111kuukuukuuYXO(5-50)uOR1RpiuX1uZR2kuX2图 7 20 除法电路 (5-51)因为运放的“-”端是虚地, 并且 , 所以 0i0211RuRuZX因为 ，由以上两式得OXZ

3、ukuu22112XXOuukRRu正确地选取R1与R2的值, 使R2/R1=k, 则21XXOuuu(5-52)uOR1RpiuZR2k反相器uIuI图 7 21 开平方电路(uI0) (5-53)因为运放的“-”端是虚地, 并且 , 所以0i0211RuRuZ而 故,211OZkuuuu112ukRRuO正确地选取R1与R2的值, 使R2/R1=k, 则 1uuO(5-54) 【例1】 图 7 - 22 是一个由理想运放构成的高输入阻抗放大器, 求其输入电阻ri。 RR2R22R1R1I1RIIiUoRriUiUo2图 7 22 高输入阻抗放大器 (5-55)解解 两个运放都外加有负反馈,

4、 所以都工作在线性区。iooioioiiUURRUURRURUURUIII2221121122111111RRRRURRRRUIUrURRRRIiiiiiii当 时, 。一般为防止自激,以保证ri为正值,R要略大于R1。 01 RRir(5-56)运算电路要求运算电路要求1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。路图及放大倍数公式。2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。3. 会用会用 “虚开路虚开路(ii=0)”和和“虚短路虚短路(u+=u) ”分析给定运算电路的分析给定运算电路的 放大倍数。放

5、大倍数。(5-57)滤波电路的分类滤波电路的分类1. 按信号性质分类按信号性质分类3. 按电路功能分类按电路功能分类: 低通滤波器；高通滤波器；低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器带通滤波器；带阻滤波器2. 按所用元件分类按所用元件分类模拟滤波器和数字滤波器模拟滤波器和数字滤波器无源滤波器和有源滤波器无源滤波器和有源滤波器4. 按阶数分类按阶数分类: 一阶，二阶一阶，二阶 高阶高阶7.3 有源滤波器有源滤波器(5-58)传递函数：传递函数：ioioioUUUUT)j ()j ()j (ioUUT)j (幅频特性幅频特性io)(相频特性相频特性)j (iU)j (oU滤滤波波器器传递函

6、数的定义传递函数的定义(5-59)ioUU低通低通高通高通带通带通带阻带阻四种典型的频率特性四种典型的频率特性ioUUioUUioUU(5-60)RUUioj1j1RCj11oj11)1(RCo无源滤波器的缺点无源滤波器的缺点（以一阶滤波器为例）（以一阶滤波器为例）传递函数：传递函数：RCRiUoU(5-61)ojTj11)(2)(11)j (oT1. 带负载能力差。带负载能力差。2. 无放大作用。无放大作用。3. 特性不理想，边沿不陡。特性不理想，边沿不陡。截止频率处：截止频率处：21ioUUioUU01 0.707o截止频率截止频率此电路的缺点：此电路的缺点：(5-62)将两级一阶低通滤波

7、器串接将两级一阶低通滤波器串接)j ()j ()j (21TTT？)j ()j ()j (21TTT各级互相影响！各级互相影响！RCRCR(5-63)有源滤波器的优点：有源滤波器的优点：1. 不使用电感元件，体积小重量轻。不使用电感元件，体积小重量轻。2. 有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。3. 除滤波外，还可放大信号，

8、放大倍数容易调节。除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。(5-64)有源滤波器的缺点：有源滤波器的缺点：1. 不宜用于高频。不宜用于高频。2. 不宜在高电压、大电流情况下使用。不宜在高电压、大电流情况下使用。3. 可靠性较差。可靠性较差。4. 使用时需外接直流电源。使用时需外接直流电源。(5-65)oFURRRU11iUCRCUj1j1iUCj11UUCRRUUFioj11)1 (1一、一阶有源低通滤波器一、一阶有源低通滤波器传递函数中出现传递函数中出现 的一次项，故称为的一次项，故称为一阶滤波器一阶滤波器。RR1RFC+-+iUoU(5-66)21)(11)1 (oFioRRUU)1(R

9、Cooargtg幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性： 90RCo1max21T T maxT(5-67)21)(11)1 (oFioRRUU)1 (1RRUUFio有放大作用有放大作用21)1 (1RRUUFio3. 运放输出，带负载能力强。运放输出，带负载能力强。幅频特性与一阶幅频特性与一阶无源低通滤波器无源低通滤波器类似类似电路的特点：电路的特点：2. = o 时时1. =0 时时(5-68)URRUAUFFo11CUURUURUUoPPPij1PPURCUCRCUj11j1j1解出：解出：ooFioAUU2j)(12)3(21FARCo1其中：其中：RR1RFC+-+iUoUCRP二

10、、二阶有源低通滤波器二、二阶有源低通滤波器传递函数中出现传递函数中出现 的二次项，故称为的二次项，故称为二阶滤波器二阶滤波器。(5-69)ioUU02121 o3dBP21221oPooFioAUU2j)(12(5-70)R1= 时时：AF=1ooFioAUU2j)(122)(11oioUU21ioUU = o时：时：RC+-+iUoUCRP(5-71)RR1RFC+-+iU1oURR1RFC+-+oUCRRUUTFioj11)1 ()j (111CRRUUTFooj11)1 ()j (11222121)j1 (1)1 ()j ()j ()j (CRRUUTTTFio由低阶有源滤波器构成高阶有

11、源滤波器由低阶有源滤波器构成高阶有源滤波器例：例：两个一阶有源滤波器串接构成二阶有源滤波器。两个一阶有源滤波器串接构成二阶有源滤波器。分析分析简单简单(5-72)一阶低通和二阶低通一阶低通和二阶低通幅频特性曲线幅频特性曲线的区别：的区别：-3dBAF理想低通理想低通一阶低通一阶低通二阶低通二阶低通阶数越高，阶数越高，幅频特性曲线幅频特性曲线越接近理想滤波器。越接近理想滤波器。oioUU0(5-73)如何组成高通滤波器？将低通滤波器中的将低通滤波器中的R、C 对调，低通对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。滤波器就变成了高通滤波器。RCR1RF+-+iUoU低通滤波器低通滤波器R1RF+-+iUo

12、U高通滤波器高通滤波器R(5-74)三、一阶有源高通滤波器三、一阶有源高通滤波器oFURRRU11UUiUCRRUj1iURC1j11RCRRUUFio1j11)1 (1R1RF+-+iUoU高通滤波器高通滤波器R(5-75)RCRRUUFio1j11)1 (12111)1 (oFioRRUU幅频特性：幅频特性：ioUU0 o707. 011RRF11RRF(5-76)非线性应用：非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状是指由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系态，输出与输入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。是非线性函数。由运放组成的非线性电路有以下三种情况：由运放组成

13、的非线性电路有以下三种情况：1. 电路中的运放处于非线性状态。电路中的运放处于非线性状态。+Auo比如：运放开环应用比如：运放开环应用uo运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。7.4 概述概述(5-77)2. 电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非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、稳压管等）。线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。ui0时时：iFouRRu11ui UR时时 , uo = +Uom当当ui UR时时 , uo = -Uom 一、若一、若ui从同相端输入从同相端输入7.4.2 电压比较器电压比较器(5-8

14、3)+uouiURuoui0+Uom-UomUR当当ui UR时时 , uo = -Uom 二、二、 若若ui从反相端输入从反相端输入(5-84)uoui0+UOM-UOM+uoui三、过零比较器三、过零比较器: (UR =0时时)+uouiuoui0+UOM-UOM(5-85)+uouitui例：例：利用电压比较器将正利用电压比较器将正弦波变为方波。弦波变为方波。uot+Uom-Uom(5-86)+uiuoui0+UZ-UZ电路改进：电路改进：用稳压管稳定输出电压。用稳压管稳定输出电压。+uiuo UZRR uo UZ电压比较器的另一种形式电压比较器的另一种形式 将双向稳压管接在将双向稳压管

15、接在负反馈回路上负反馈回路上(5-87)比较器的特点比较器的特点1. 电路简单。电路简单。2. 当当Ao不够大时，不够大时， 输出边沿不陡。输出边沿不陡。3. 容易引入干扰。容易引入干扰。tuiuot过零附近仍过零附近仍处于放大区处于放大区(5-88)一、下行迟滞比较器一、下行迟滞比较器分析分析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+HomUURRRU2113. 当当uo负饱和时负饱和时(uo =UOM) ：LomUURRRU211+uoRR2R1ui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

16、用正反馈，电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。运放处于非线性状态。1. 没加参考电压的下没加参考电压的下行迟滞比较器行迟滞比较器7.4 .3 迟滞比较器迟滞比较器(5-89)omHURRRU211omLURRRU211分别称分别称UH和和UL上下门限电压上下门限电压。称。称(UH - UL)为为回差回差。当当ui 增加到增加到UH时，输出时，输出由由Uom跳变到跳变到-Uom；+uoRR2R1ui当当ui 减小到减小到UL时，输出时，输出由由-Uom跳变到跳变到Uom 。传输特性：传输特性：uoui0Uom-UomUHUL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

17、馈加跳转时，正反馈加速跳转。速跳转。(5-90)tuiUom-UomtuiUHUL例：例：下行迟滞比较器的下行迟滞比较器的输入为正弦波时，输入为正弦波时，画出输出的波形。画出输出的波形。+uoRR2R1ui(5-91)RomHURRRURRRU212211RomLURRRURRRU2122112. 加上参考电压后的下行迟滞比较器加上参考电压后的下行迟滞比较器加上参考电压后的上下限：加上参考电压后的上下限：+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL(5-92)下行迟滞比较器两种电路下行迟滞比较器两种电路传输特性传输特性的比较的比较:+uoRR2R1uiuoui0Uom-UomUHU

18、L+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL(5-93)例：例：R1=10k ，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V当输入当输入 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的波形。的波形。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL5V10Vuit0(5-94)首先计算上下门限电压：首先计算上下门限电压：+uoRR2R1uiURV10212211RomHURRRURRRUV2212211RomLURRRURRRU(5-95)+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。+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHULuiuott10V5V002V(5-96)0211212omiURRRuRRRu+=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。0211212omiU