第7章信号的运算和处理1

1、模拟电子技术电气与自动化工程学院第7章 信号的运算和处理(6学时)l 7.1 基本运算电路 7.1.1 概述 7.1.2 比例运算电路 7.1.3 加减运算电路 7.1.4 积分运算电路和微分运算电路 7.1.5 对数运算电路和指数运算电路 7.1.6 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 7.1.7 集成运放性能指标对运算误差的影响l 7.2 模拟乘法器及其在运算电路中的应用7.2.1 模拟乘法器简介7.2.2 变跨导型模拟乘法器的工作原理7.2.3 模拟乘法器在运算电路中的应用7.1 基本运算电路l 电子信息系统传感器接收器隔离、滤波、放大运算、转换、比较功放执行机构第七

2、章 第八章第九章信号的产生A/D转换电子信息系统的供电电源第十章7.1.1 概述(1)l 集成运放的线性工作区uOAod(uPuN)电路特征：引入电压负反馈l 理想运放的参数特点Aod、rid、fH均为无穷大ro、失调电压及其温漂、失调电流及其温漂、噪声均为0因为uO为有限值，Aod，所以uNuP0uNuP虚短路因为ridiNiP0虚断路无源网络7.1.1 概述(2)l研究的问题运算电路：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、积分、微分、对数、指数等描述方法：运算关系式 uOf(uI)分析方法：“虚短”和“虚断”是基本出发点l学习运算电路的基本要求识别电路掌

3、握输出电压和输入电压运算关系式的求解方法7.1.2 反相比例运算电路(1)l 基本电路iN=iP=0uN=uP=0虚地在节点N：电路引入了哪种组态的负反馈？电路的输入电阻为多少？R？为什么？若要Ri100k，比例系数为100，R？Rf？Rf太大，噪声大如何利用相对小的电阻获得100的比例系数？+_RuiiRIFIffFOuRRRiuR=RRf保证输入级的对称性7.1.2 反相比例运算电路(2)l T形网络反相比例运算电路利用R4中有较大电流来获得较大数值的比例系数22MiRu？，则，若比例系数为？，则若要求3421ik100100k100RRRRR432MO)(Riiuu1I12Ruii3M3

4、 RuiI342142O)1 (uRRRRRRui17.1.2 同相比例运算电路l 电路引入了哪种组态的负反馈？l 输入电阻为多少？l 电阻R？为什么？l 共模抑制比KCMR时会影响运算精度吗？为什么？l 运算关系的分析方法：节点电流法NPIfONfI(1)(1)uuuRuuRRuR7.1.2 电压跟随器IPNOuuuu? )3? )2? ) 1IcoiuRRF7.1.3 求和运算电路(1)l 反相求和运算电路NPF123I3I1I21230 uuiiiiuuuRRR)(3I32I211IffFORuRuRuRRiu方法一：节点电流法7.1.3 求和运算电路(2)I33fI22fI11fO3O

5、2O1OuRRuRRuRRuuuuI33fO3I22fO2uRRuuRRu同理可得1I1fO1uRRul 反相求和运算电路方法二：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，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压7.1.3 求和运算电路(3)l 同相求和运算电路设R1R2R3R4RRf利用叠加原理求解l令uI2=uI3=0，求uI1单独作用时的输出电压l同理可得，uI2、uI3单独作用时的uO2、uO3，形式与uO1相同， uO=uO1+uO2+uO3物理意义清楚，计算麻烦！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1I4321432f1O)

6、1 (uRRRRRRRRRu7.1.3 求和运算电路(4)ff3I32I211IPfPfO)()1 (RRRuRuRuRRRRuRRu)(3I32I211IfORuRuRuRu与反相求和运算电路的结果差一负号4321iiii4P3PI32PI21PI1RuRuuRuuRuuP43213I32I21I1)1111(uRRRRRuRuRu)( )(4321P3I32I21I1PPRRRRRRuRuRuRu必不可少吗？l 同相求和运算电路设R1R2R3R4RRf利用节点电流法求解7.1.3 加减运算电路l 利用求和运算电路的分析结果)(2I21I14I43I3fORuRuRuRuRu设R1R2RfR

7、3R4R5)(I1I2fOuuRRu若R1R2RfR3R4R5，uO？实现了差分放大电路思考题1l 组成哪种基本运算电路？l 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？l 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？7.1.4 积分运算电路(1)RuiiRCI)(11O IO21tuuRCuttIO1uRCu)()(1 1O12IO21ItuttuRCuttu为常量，则在若RuCuuICO17.1.4 积分运算电路(2)l 利用积分运算的基本关系实现不同的功能输入为阶跃信号时的输出电压波形？输入为方波时的输出电压波形？输入为正弦波时的输出电压波形？移相线性积分

8、，延时波形变换7.1.4 微分运算电路tuRCRiutuCiiRCRddddIOI为了克服集成运放的阻塞现象和自激振荡，实用电路应采取措施限制输入电流滞后补偿限制输出电压幅值虚地运放由于某种原因进入非线性区而不能自动恢复的现象怎么识别微分运算电路？7.1.5 对数运算电路l 对输入电压的极性和幅值有何要求？RuiiRICRIuUuuSITBEOln实用电路中常常采取措施消除IS对运算关系的影响TBEeSCUuIi 利用PN结端电压与电流的关系实际极性ICM限制其值7.1.5 集成对数运算电路BE1TIC1IS3euUuiiIR3SITBE1lnRIuUuSTBE2lnIIUuRIN2P2BE2

9、BE1T3lnRuuuuuUI R 3IT52N252Oln)1 ()1 (RIuURRuRRuR热敏电阻？温度系数为正？为负？qkTU T7.1.5 指数运算电路l 对输入电压的极性和幅值有何要求？TIeSOUuRRIRiuTIeSEUuRIiiBEIuu 7.1.6 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uO2作业lP3927.5，7.8，7.9，7.127.4.1 仪表放大器(1)l仪表放大器的特点足够大的放大倍数高输入电阻高共模抑制比7.4.1 仪表放大器(2)l uId=uI1-uI2l uIc=uI1=uI2uO=01221fOIdRRuuRR 基本电路7.2.1

10、模拟乘法器简介(1)l 理想情况下ri1、ri2、fH为无穷大失调电压、电流及其温漂为0ro为0ux、uy幅值变化时k值不变l 有单象限、两象限和四象限之分YXOukuu 7.2.1 模拟乘法器简介(2)l 乘法运算实际的模拟乘法器k常为+0.1V-1或0.1V-1若k=+0.1V-1，uI1=uI2=10V，则uO=10VI2I1Oukuu 7.2.2 变跨导型模拟乘法器的工作原理l 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XcmcC2C1O)(uRgRiiuTTEQm2UIUIgeBE3YRuuIeTYmBE3Y2RUuguu，则若YXeTcO2uuRURu7.2

11、.3 乘方运算电路) cos21 (2 sin2 sin22i22iOiItkUtkUutUu则若2IOkuu 实现了对正弦波电压的二倍频变换7.2.3 除法运算电路l 运算电路中集成运放必须引入负反馈！l 为使电路引入的是负反馈，k和uI2的极性应如何？l 若集成运放的同相输入端与反相输入端互换，则k和uI2的极性应如何？21ii I2I112OkuuRRu1i2i2O1I1RuRuOI2I112OukuuRRu条件：同极性7.2.3 开方运算电路l 为满足上式，电路中uI、uO、k的极性是什么？为什么？l 若要求uI、uO均大于0，则有何变化？l 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，如除法运算电路、开方运算