第21讲信号的运算

1、电子系统简介电子系统简介传感器传感器接收器接收器隔离、滤波隔离、滤波放大、阻抗放大、阻抗变换变换运算、转运算、转换、比较换、比较功率放大功率放大a/d转换转换第七章第七章第八章第八章第九章第九章信号的产生信号的产生电子信息系统的供电电源电子信息系统的供电电源第十章第十章重点：理想运放的线性运用条件，虚短、虚断的概念； 比例、加减、积分运算； 有源滤波电路的分析方法。 难点：虚短、虚断的概念及运放的理想参数，理解在深负 反馈条件下，运放才具有线性运用的特点； 积分电路输出和输入的函数关系及对应波形。 要求：熟练掌握理想运放构成运算电路的条件，能够运用 断、虚短的概念分析运算电路的运算关系； 掌握

2、由运放组成的比例、加减、积分电路的工作原 理及运算关系； 正确理解有源滤波电路的形式和频率特性，及通带 增益aup、截止频率fp、品质因数q的计算； 了解它的性能，并能根据需要合理选择电路； 了解微分、乘除、对数和指数电路的工作原理及运 算关系，了解干扰和噪声的来源及抑制方法。第二十一讲 信号的运算一、概述二、比例运算电路三、加减运算电路四、积分运算电路和微分运算电路1. 理想运放的参数特点理想运放的参数特点 aod、 rid 、fh 均均为无穷大，为无穷大，ro、失调电压及其温漂、失调电压及其温漂、失调电流及其温漂、噪声均为失调电流及其温漂、噪声均为0。 因为因为uo为有限值，为有限值， a

3、od，所以所以 unup0，即，即 unup虚短路虚短路因为因为rid，所以，所以 inip0虚断路虚断路电路特征：引入电压负反馈。电路特征：引入电压负反馈。无源网络无源网络2. 集成运放的线性工作区集成运放的线性工作区 uoaod(up un)一、概述一、概述3. 研究的问题研究的问题 （1）什么是运算电路：运算电路的输出电压是输入电）什么是运算电路：运算电路的输出电压是输入电压某种运算的结果，如加、减、乘、除、乘方、开方、积压某种运算的结果，如加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微分、对数、指数等。分、微分、对数、指数等。 （2）描述方法：运算关系式）描述方法：运算关系式 uof (ui)

4、（3）分析方法：）分析方法：“虚短虚短”和和“虚断虚断”是基本出发点。是基本出发点。（1）识别电路。）识别电路。（2）求解运算关系式。）求解运算关系式。4、学习运算电路的基本要求、学习运算电路的基本要求二、比例运算电路 1. 反相输入反相输入1) 电路引入了哪种组态的负反馈？电路引入了哪种组态的负反馈？2) r？为什么？为什么？3) 电路的输入电阻为多少？电路的输入电阻为多少？4) 若要若要ri100k，比例系数为，比例系数为100，r？ rf？rf太大，噪声大。如何利用相对小太大，噪声大。如何利用相对小的电阻获得的电阻获得100的比例系数？的比例系数？+_in=ip=0，un=up=0虚地虚

5、地在节点在节点n：ruiirififffourrriut 形反馈网络反相比例运算电路形反馈网络反相比例运算电路i12murrui342142o)1 (urrrrrru？，则，若比例系数为？，则若要求3421ik100100k100rrrrr利用利用r4中有较大电流来获得较大数值的比例系数。中有较大电流来获得较大数值的比例系数。432mo)(riiuu1i12ruii33rui mifonfoipn)1 ()1 (urruurruuuu运算关系的分析方法：节点电流法运算关系的分析方法：节点电流法2. 同相输入同相输入1) 电路引入了哪种组态的负反馈？电路引入了哪种组态的负反馈？2) 电阻电阻r？

6、为什么？为什么？3) 输入电阻为多少？输入电阻为多少？4) 共模抑制比共模抑制比kcmr时会影响运算精度吗？为什么？时会影响运算精度吗？为什么？ipnouuuu同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器? )3? )2? ) 1icoiurrf例：设计一个比例运算电路，要求实现以下运 算关系 请画出电路原理图，并估 算各电阻阻值。希望所用的阻值在io2uu200k20k之间。三、加减运算电路三、加减运算电路 1. 反相求和反相求和3i32i211i321fpn 0rururuiiiiuurrr)(3i32i211iffforurururriu方法一：节点电流法

7、方法一：节点电流法1. 反相求和反相求和i33fi22fi11fo3o2o1ourrurrurruuuu方法二：利用叠加原理方法二：利用叠加原理 首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。i33fo3i22fo2urruurru同理可得1i1fo1urru2. 同相求和同相求和 设设 r1 r2 r3 r4 r rf利用叠加原理求解：利用叠加原理求解： 令令ui2= ui3=0，求，求ui1单独单独作用时的输出电压作用时的输出电压 在

8、求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果简单明了，易于计算。简单明了，易于计算。1i4321432f1o)1 (urrrrrrrrru 同理可得，同理可得， ui2、 ui3单独作用时的单独作用时的uo2、 uo3，形式与，形式与uo1相同，相同， uo =uo1+uo2+uo3 。 物理意义清楚，计算麻烦！物理意义清楚，计算麻烦！ 2. 同相求和同相求和 设设 r1 r2 r3 r4 r rfff3i32i211ipfpfo)()1 (rrrurururrrrurru)(3i32i211iforurururu与反相求和运算电路与反相求和运算电

9、路的结果差一负号的结果差一负号4321iiii4p3pi32pi21pi1ruruuruuruup43213i32i21i1)1111(urrrrrururu)( )(4321p3i32i21i1pprrrrrrurururu必不可少吗？必不可少吗？3. 加减运算加减运算 利用求和运算电路的分析结果利用求和运算电路的分析结果)(2i21i14i43i3forururururu设设 r1 r2 rf r3 r4 r5)(i1i2fouurru若若r1 r2 rf r3 r4 r5，uo?实现了差分实现了差分放大电路放大电路 讨论一： （1）组成哪种基本运算电路？与用一个运放组成的）组成哪种基本运

10、算电路？与用一个运放组成的完成同样运算的电路的主要区别是什么？完成同样运算的电路的主要区别是什么？（2）为什么在求解第一级电路的运算关系时可以不）为什么在求解第一级电路的运算关系时可以不考虑第二级电路对它的影响？考虑第二级电路对它的影响？讨论二：求解图示各电路?)(ioufi?)(oiiorrufu 该电路可等效成差分放该电路可等效成差分放大电路的哪种接法？大电路的哪种接法？四、积分运算电路和微分运算电路四、积分运算电路和微分运算电路 1. 积分运算电路积分运算电路ruiirci)(11tuurcutto2 1 iodt dtiourcu1)()(1 1o12io21itutturcuttu为常量，则在若dticorucuu1移相移相利用积分运算的基本关系实现不同的功能利用积分运算的基本关系实现不同的功能1) 输入为阶跃信号时的输出电压波形？输入为阶跃信号时的输出电压波形？2) 输入为方波时的输出电压波形？输入为方波时的输出电压波形？3) 输入为正弦波时的输出电压波形？输入为正弦波时的输出电压波形？线性积分，延时线性积分，延时波形变换波形变换)(11tuurcutto2 1 iodt 2. 微分运算电路微分运算电路turcriutuciircrddddioi 为了克服集成运为了克服集成运放的阻塞现象和自放的阻塞现象和自激振荡，实用电路激振荡，实用电路应采取措施。应采取措施