理学模电华科学习教案

1、会计学1理学理学(lxu)模电华科模电华科第一页，共89页。2二、二、“虚短虚短”和和“虚断虚断”是分析运算电路是分析运算电路(dinl)的基的基本出发点本出发点 通常，在分析运算电路时均设集成运放为理想运放，因而通常，在分析运算电路时均设集成运放为理想运放，因而其两个输入端的净输入电压和净输入电流均为零，即具有其两个输入端的净输入电压和净输入电流均为零，即具有“虚短路虚短路”和和“虚断路虚断路”两个特点，这是分析运放电路输出两个特点，这是分析运放电路输出(shch)电压与输入电压运算关系的基本出发点。电压与输入电压运算关系的基本出发点。（1）在运算电路中，输入电压）在运算电路中，输入电压(d

2、iny)和输出电压和输出电压(diny)均对均对“地地”而言。而言。（2）在求解运算关系时，多采用结点电压法）在求解运算关系时，多采用结点电压法;对多输入电对多输入电 路，还可用叠加原理。路，还可用叠加原理。注注:第1页/共89页第二页，共89页。3 比例运算比例运算(yn sun)电路电路* R2 = R1 / RF由于由于(yuy)“虚断虚断”，i+= 0，u+ = 0；由于由于(yuy)“虚短虚短”， u- = u+ = 0“虚地虚地”由由 iI = iF ，得得Fo1IRuuRuu 1FIofRRuuAu 反相输入端反相输入端“虚地虚地”，电路的输入电阻为，电路的输入电阻为Rif =

3、R1 。1. 基本电路基本电路(电压并联负反馈电压并联负反馈)一、反相比例运算电路一、反相比例运算电路I1FouRRu 引入引入深度电压并联负反馈深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为，电路的输出电阻为R0f =0 。第2页/共89页第三页，共89页。42. T型网络反相比例运算型网络反相比例运算(yn sun)电路电路电阻电阻R2 、 R3和和R4构成构成T形网络形网络(wnglu)电路电路节点节点(ji din)N的电的电流方程为流方程为22M1IiRuRu I3123M3uRRRRui i4 = i2 + i3输出电压输出电压uo= -i2 R2 i4 R4 所以所以将各电流代入上将各电流

4、代入上式式I342I42o)/1(uRRRRRRu T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路第3页/共89页第四页，共89页。5二、同相比例二、同相比例(bl)运算运算电路电路*R2 = R1 / RFi+ = i- = 0；（ “虚断虚断” ）又又 u- = u+ = u（“虚短虚短”）OF11uRRRu 所以所以IOF11uuRRR 所以所以1FIOf1RRuuAu 得：得：由于该电路为电压由于该电路为电压(diny)串联串联负反馈，所以输入电阻很高。负反馈，所以输入电阻很高。I1Fo)1( uRRu 得：得：u第4页/共89页第五页，共89页。6计算方法小结计算方法小结(xioji

5、)1.列出关键列出关键(gunjin)结点的电流方程，如结点的电流方程，如N点和点和P点。点。2.根据根据(gnj)虚短虚短(地地)、虚断的原则，进行整理。、虚断的原则，进行整理。_+ + RFRfRPuiuo三、电压跟随器三、电压跟随器此电路是同相比例此电路是同相比例运算的特殊情况，输运算的特殊情况，输入电阻大，输出电阻入电阻大，输出电阻小。小。在电路中作用与在电路中作用与分离元件的射极输出分离元件的射极输出器相同，但是电压跟器相同，但是电压跟随性能好。随性能好。常用型号常用型号AD9620。第5页/共89页第六页，共89页。7加减运算加减运算(yn sun)电路电路一、求和运算一、求和运算

6、(yn sun)电路电路1. 反相求和反相求和(qi h)运算运算电路电路F321/RRRRR 由于由于“虚断虚断”，i- = 0所以：所以：i1 + i2 + i3 = iF又因又因“虚地虚地”，u- = 0所以：所以：FO3I32I21I1RuRuRuRu )(I33FI22FI11FOuRRuRRuRRu 当当 R1 = R2 = R3 = R 时，时，)(I3I2I11FOuuuRRu 第6页/共89页第七页，共89页。82. 同相求和运算同相求和运算(yn sun)电路电路43213I32I21I1P1111RRRRRuRuRuu 43213I32I21I1fPfO1111)1()1

7、(RRRRRuRuRuRRuRRu (1) 结点结点(ji din)法法(2)(),/,/( 33I2I21I1fI33f22f11fofN4321PNPRuRuRuRuRRuRRuRRuRRRRRRRRRRII 则则若若第7页/共89页第八页，共89页。9二、加减二、加减(ji jin)运算运算电路电路利用利用(lyng)叠加原叠加原理求解理求解为反相为反相(fn xin)求和运求和运算电路算电路)(I22fI11fO1uRRuRRu 第8页/共89页第九页，共89页。10)(I44FI33FO2uRRuRRu 同相求和同相求和(qi h)运算电路运算电路)(2I21I14I43I3FORu

8、RuRuRuRu 若电路只有二个输入，且参数若电路只有二个输入，且参数(cnsh)对称，电路对称，电路)(I1I2fOuuRRu 上式则为上式则为 电路实现电路实现(shxin)了对输入了对输入差模信号的比例运算但输入电阻差模信号的比例运算但输入电阻较低。较低。若若R1/R2/RfR3/R4/R5第9页/共89页第十页，共89页。11高输入电阻差分高输入电阻差分(ch fn)比例运算电路比例运算电路I11f1o1)1(uRRu I23f2o13f2o)1(uRRuRRu 若若R1 = Rf2，R3 = Rf1)(1(I1I23f2ouuRRu 无论无论(wln)对对uI1还是对还是对uI2,均

9、可认为输入电阻为无穷大均可认为输入电阻为无穷大第10页/共89页第十一页，共89页。127.1.4积分运算电路积分运算电路(dinl)和微分运算电和微分运算电路路(dinl)一、积分运算一、积分运算(yn sun)电路电路RR 由于由于(yuy)“虚地虚地”，u- = 0，故，故uO = -uC由于由于“虚断虚断”，iI = iC ，故故uI = iIR = iCR得：得： tuRCtiCuuCCd1d1IO = RC积分时间常数积分时间常数第11页/共89页第十二页，共89页。13求解求解(qi ji)21tt 到到时间段的积分时间段的积分(jfn)值时值时)(110I021tudtuRCu

10、tt 式中式中)(10tu为积分为积分(jfn)运算的初始值。运算的初始值。)()(11012I0tuttuRCu 当当Iu为常量时，为常量时，第12页/共89页第十三页，共89页。14当当Iu为阶跃信号为阶跃信号(xnho)时，时，0)0(0 u，则输出，则输出(shch)电压波形电压波形如如a图。当输入图。当输入(shr)方波和正弦波时，输出电压波分别如图方波和正弦波时，输出电压波分别如图b、c 表示。可见，利用积分运算电路可实现方波表示。可见，利用积分运算电路可实现方波-三角波的三角波的波形变换和正弦波形变换和正弦-余弦的移相功能。余弦的移相功能。第13页/共89页第十四页，共89页。1

11、5 在实际电路中，为了防止低频信号增益过大，常在实际电路中，为了防止低频信号增益过大，常在电容上并联一个电阻加以在电容上并联一个电阻加以(jiy)限制，如图中虚线表示。限制，如图中虚线表示。注：注：第14页/共89页第十五页，共89页。16二、微分二、微分(wi fn)运算电运算电路路基本微分电路基本微分电路由于由于(yuy)“虚断虚断”，i- = 0，故，故iC = iR又由于又由于(yuy)“虚地虚地”， u+ = u- = 0 tuRCRiRiuCRddIO 可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。实现波形变换，如将方波变成双向尖顶波。实现波形

12、变换，如将方波变成双向尖顶波。1. 1. 基本微分运算电路基本微分运算电路微分电路的作用：微分电路的作用：微分电路的作用有移相功能。微分电路的作用有移相功能。第15页/共89页第十六页，共89页。172. 实用微分实用微分(wi fn)运算电路运算电路 基本微分运算电路在输入信号时，集成运放内部的放基本微分运算电路在输入信号时，集成运放内部的放大大(fngd)管会进入饱和或截止状态，以至于即使信号消管会进入饱和或截止状态，以至于即使信号消失，管子还不能脱离原状态回到放大失，管子还不能脱离原状态回到放大(fngd)区，出现阻区，出现阻塞现象。同时集成运放内部易满足自激振荡。塞现象。同时集成运放内

13、部易满足自激振荡。限制输入限制输入(shr)电流电流限制输出限制输出电压幅值电压幅值滞后补偿滞后补偿实用微分运算电路实用微分运算电路第16页/共89页第十七页，共89页。183. 逆函数型微分逆函数型微分(wi fn)运算电路运算电路 若将积分电路作为反馈回路若将积分电路作为反馈回路(hul)，则可得到微分运算电路。，则可得到微分运算电路。推论推论(tuln)：采用乘法运算电路作为运放的反馈通路，可实现除法运算采用乘法运算电路作为运放的反馈通路，可实现除法运算;采用乘方运算电路作为运放的反馈通路，可实现开方运算。采用乘方运算电路作为运放的反馈通路，可实现开方运算。逆函数型微分运算电路逆函数型微

14、分运算电路根据积分电路的运算关系根据积分电路的运算关系I12o22o21I21 uRRuRuRuii dtduRCRRudtuCRuRRdtuCRuI132oo3I12o3o211 第17页/共89页第十八页，共89页。191i1fRuii dtuCRuRRuRiuiF1i1FCFfo1 dtuCRdtiCuiF1fFc11uiuo +-R2CFi1R1PI调节器调节器ifucRF-+A1比例积分比例积分(jfn)运算电路运算电路-PI调节调节器器比例比例(bl)微分运算电路微分运算电路-PD调调节器节器uiuo +-R2CFi1R1PD调节器调节器ifucR-+A1C)dd(ii1OtuRC

15、uRRu 第18页/共89页第十九页，共89页。20比例比例(bl)、积分、微分运算电路、积分、微分运算电路-PID电路电路 dtuCRdtduCRuCCRRuI21I12I2112o1)(调节器电路图调节器电路图第19页/共89页第二十页，共89页。217.1.5对数运算电路对数运算电路(dinl)和指数运算电路和指数运算电路(dinl)一、对数运算一、对数运算(yn sun)电路电路由二极管方程由二极管方程(fngchng)知知)1e (TDSD UuIi当当 uD UT 时，时，TDeSDUuIi 或：或：SDTDlnIiUu 利用利用“虚地虚地”原理，可得：原理，可得：RIuUIiUI

16、iUuuRSITSTSDTDOlnlnln 用三极管代替二极管可获得较大的工作范围。用三极管代替二极管可获得较大的工作范围。1. 采用二极管的对数运算电路采用二极管的对数运算电路第20页/共89页第二十一页，共89页。222. 利用晶体利用晶体(jngt)三极管的对数运算电路三极管的对数运算电路RuiiRIc TBESECTBE,1UueIiiUu 则则，设设SCTBElnIiUu RIuUuuSITBEoln 可见，与二极管构成可见，与二极管构成(guchng)的对数运算电路一样的对数运算电路一样 ，运算关系受，运算关系受温度影响。温度影响。第21页/共89页第二十二页，共89页。233.

17、集成对数运算集成对数运算(yn sun)电路电路 利用特性相同的二只三极管利用特性相同的二只三极管进行补偿，消去对进行补偿，消去对IS运算运算(yn sun)关系的影响。关系的影响。R5为具有正温度系数的补为具有正温度系数的补偿偿(bchng)电阻，可补偿电阻，可补偿(bchng)UT的温度特性的温度特性。点点：1NTBE1S3IIC1UueIRuii 3SITBEln1RIuUu 点点：2pTBE2SRC2UueIIi SRTBE2lnIIUu 3RIT520NPln)1( RIuURRuuu ，则，则3RITBE1BE2p2lnRIuUuuu 第22页/共89页第二十三页，共89页。24当

18、当 uI 0 时，时，可见，输出电压正比于输入可见，输出电压正比于输入(shr)电压的指数。电压的指数。1. 基本基本(jbn)电路电路 对数运算对数运算(yn sun)电路中的电阻和三极管互换，得电路中的电阻和三极管互换，得到指数运算到指数运算(yn sun)电路。电路。二、指数运算电路二、指数运算电路IBEuu TISERUueIii TISR0UueRIRiu 则则第23页/共89页第二十四页，共89页。252. 集成指数集成指数(zhsh)运运算电路算电路 在集成在集成(j chn)运算电路中，利用二只双极性晶体运算电路中，利用二只双极性晶体管特性的对称性，消去管特性的对称性，消去IS

19、对运算关系的影响；并且，采对运算关系的影响；并且，采用热敏电阻补偿用热敏电阻补偿UT的变化。的变化。忽略忽略(hl)1T管基极电流，管基极电流，P点电位点电位I313PuRRRu TBE1SREFc1UueIIi 2BEBE1PEuuuu BE1PBE2uuu f STI313TBE1eeRIUuRRRUu f REFTI313eRIUuRRR fSfc20T2BEReIRiuUu 第24页/共89页第二十五页，共89页。267.1.6利用对数和指数利用对数和指数(zhsh)电路实现的乘法运算电路电路实现的乘法运算电路 和除法运算电路和除法运算电路乘法电路的输出电压正比于其两个输入乘法电路的输

20、出电压正比于其两个输入(shr)电压的乘积，即电压的乘积，即uo = uI1uI2求对数求对数(du sh)，得：，得：I2I1I2I1Olnln)ln(lnuuuuu 再求指数，得：再求指数，得：I2I1lnlnOI2I1euuuuu 所以利用对数电路、求和电路和指数电路，可得乘法电路的方块图：所以利用对数电路、求和电路和指数电路，可得乘法电路的方块图：对数电路对数电路对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2求和求和电路电路lnuI1+ lnuI2指数电路指数电路uO = uI1uI2第25页/共89页第二十六页，共89页。27乘法运算乘法运算(yn sun)电路电路2SI2I1TO

21、2O1O3)(lnRIuuUuuu ）（RIuUuSI1To1ln RIuUuSI2To2ln RIuuRIuUuSI2I1So eTo3 若把其中求和电路换为求差分运算电路，则可实现若把其中求和电路换为求差分运算电路，则可实现(shxin)除法运算。除法运算。注：注：第26页/共89页第二十七页，共89页。28除法电路的输出电压正比于其两个输入除法电路的输出电压正比于其两个输入(shr)电压相除所得的商，即：电压相除所得的商，即：I2I1Ouuu 求对数求对数(du sh)，得：，得：I2I1I2I1Olnlnlnlnuuuuu 再求指数再求指数(zhsh)，得：，得：I2I1lnlnOI2

22、I1euuuuu 所以只需将乘法电路中的求和电路改为减法电路即可得到除法电路的方块图：所以只需将乘法电路中的求和电路改为减法电路即可得到除法电路的方块图：对数电路对数电路对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2减法减法电路电路lnuI1- lnuI2指数电路指数电路I2I1Ouuu 第27页/共89页第二十八页，共89页。29模拟乘法器及其在运算电路模拟乘法器及其在运算电路(dinl)中的中的应用应用 模拟乘法器是实现两个模拟量相乘的非线性电子器件，它可以实现乘、除、乘方和模拟乘法器是实现两个模拟量相乘的非线性电子器件，它可以实现乘、除、乘方和开方运算电路开方运算电路(dinl)。在电

23、子系统之中用于进行模拟信号的处理。在电子系统之中用于进行模拟信号的处理。模拟模拟(mn)乘法器简介乘法器简介输出电压正比于两个输入电压之积输出电压正比于两个输入电压之积uo = k uI1uI2比例系数比例系数 k 为正值为正值同相乘法器；同相乘法器；比例系数比例系数 k 为负值为负值反相乘法器。反相乘法器。7.27.2第28页/共89页第二十九页，共89页。30理想模拟理想模拟(mn)乘法器具备的乘法器具备的条件条件(1) ri1和和ri2为无穷大；为无穷大；(2) ro为零；为零；(3) k值不随信号幅值而变化，且值不随信号幅值而变化，且不随频率而变化；不随频率而变化；(4)当当uX或或u

24、Y为零时为零时uo为零，电为零，电路没有路没有(mi yu)失调电压、电流失调电压、电流和噪声。和噪声。模拟模拟(mn)乘法器有：单象限、两象限和四象限。乘法器有：单象限、两象限和四象限。第29页/共89页第三十页，共89页。31 差分放大差分放大(fngd)电路的差模传输特性是指在差模信号作电路的差模传输特性是指在差模信号作用下，输出电压与输入电压的函数关系。用下，输出电压与输入电压的函数关系。 变跨导型模拟变跨导型模拟(mn)乘法器的工作原理乘法器的工作原理一、差分放大一、差分放大(fngd)电路的差模传电路的差模传输特性输特性图示差分放大电路：图示差分放大电路：BE2BE1Idxuuuu

25、 TOTEQ2UIUIgm )1()1(TXTBE2BE1TBE2TBE2TBE1E2SSSE2E1OUuUuuUuUuUueieeIeIeIiiI TX1OE2UueIi TX1OE1UueIi T2thXOE2E1c2c1UuIiiii 因此，因此，第30页/共89页第三十一页，共89页。32XmTXOC2C1TX2)mV262(2ugUuIiiUu 时，有时，有约为约为当当XmCTXOCC2C1O2)(uRgRUuIRiiuC 则则电路的差模电压电路的差模电压(diny)传输特性如图示。传输特性如图示。第31页/共89页第三十二页，共89页。33二、可控恒流源差分放大二、可控恒流源差分放

26、大(fngd)电路的电路的乘法特性乘法特性CTXeBE3YOeBE3YC32 RUuRuuuRuuIi 图示差分放大电路，图示差分放大电路，YXYeTCOBE3Y2 ukuuuRURu,uuX 则则 若若。故为两象限模拟乘法器故为两象限模拟乘法器必须大于零，必须大于零，可正可负，但可正可负，但式中式中YXuu电路只工作在两象限。电路只工作在两象限。与温度有关;与温度有关;有关，即有关，即与与; ;值越小，运算误差越大值越小，运算误差越大(3)(2)(1)TOYkUuu电电路路缺缺点点：第32页/共89页第三十三页，共89页。34三、四象限三、四象限(xingxin)变跨导型模拟乘变跨导型模拟乘

27、法器法器图示双平衡四象限图示双平衡四象限(xingxin)变跨导变跨导型模拟乘法器型模拟乘法器TY65TX634TX5212th2th 2thUuIiiUuiiiUuiii )()()()(34212431O2O1iiiiiiiiii 第33页/共89页第三十四页，共89页。35YX2TO2O1TYTX4 , 2, 2uuUIiiUuUu 则则当当YXYX2CCO2O1O4 )(ukuuuUIRRiiuT )2(th)2(th2th)(TXTYTX65O2O1UuUuIUuiiii 第34页/共89页第三十五页，共89页。36换成单端输出形式。换成单端输出形式。利用图示集成运放可转利用图示集成

28、运放可转限模拟乘法器。限模拟乘法器。均可正可负，故为四象均可正可负，故为四象、YXuu四、模拟四、模拟(mn)乘法器的性能指乘法器的性能指标标见教材见教材(jioci)表表7.2.1第35页/共89页第三十六页，共89页。37模拟模拟(mn)乘法器在运算电路中的应用乘法器在运算电路中的应用 模拟乘法器自身能实现两个模拟信号的乘法和平方运算，与其它电路配合可构成除法、开方模拟乘法器自身能实现两个模拟信号的乘法和平方运算，与其它电路配合可构成除法、开方(ki fng)、均方根等运算电路。、均方根等运算电路。一、乘方运算一、乘方运算(yn sun)电路电路2OIkuu Iu当正弦波当正弦波tUu s

29、in2iI ，则，则)2cos1(sin22i22iOtkUtkUu 在输出端加耦合电容，得二倍频交流电压。在输出端加耦合电容，得二倍频交流电压。1. 平方平方运算电路运算电路第36页/共89页第三十七页，共89页。382. 用模拟乘法器组成用模拟乘法器组成(z chn)N次方运次方运算电路算电路3I2o1uku 4I2o2uku 3. N次幂运算次幂运算(yn sun)电路电路 用模拟乘法器与集成对数运算和指数运算电路用模拟乘法器与集成对数运算和指数运算电路(dinl)组成图示组成图示N次方运算电路次方运算电路(dinl)。第37页/共89页第三十八页，共89页。39uO1 = k1 ln

30、uIuO2 = k1 k2 Nln uIkNNkkukukuI3I3O21 取取k=1，则，则N1时，电路时，电路(dinl)实现高次幂运算电路实现高次幂运算电路(dinl)。第38页/共89页第三十九页，共89页。40 利用反函数型运算电路的基本原理，将模拟乘法器放在利用反函数型运算电路的基本原理，将模拟乘法器放在集成集成(j chn)运放的反馈通路中，便可构成除法运算电路。运放的反馈通路中，便可构成除法运算电路。OI2O1ukuu 因为因为(yn wi) i1 = i2 ，所以，所以：OI222O11I1uuRkRuRu 则：则：2I1I12OuukRRu 二、除法运算二、除法运算(yn

31、sun)电路电路除法运算电路除法运算电路的极性受的极性受k的的限制，该图为两象限除法运算电路。限制，该图为两象限除法运算电路。I2u第39页/共89页第四十页，共89页。41三、开方三、开方(ki fng)运运算电路算电路 利用乘方运算电路利用乘方运算电路(dinl)作为集成运放的反作为集成运放的反馈通路，就可构成开方运算电路馈通路，就可构成开方运算电路(dinl)。2o1IRuRu 2oI12okuuRRu 1I20kRuRu 故故1. 开平方运算开平方运算(yn sun)电路电路符符号号相相反反。与与为为了了使使根根号号下下为为正正值值，kuI第40页/共89页第四十一页，共89页。42

32、为了为了(wi le)防止闭锁现象出现，常在输出回路串一个二极管，如图示。防止闭锁现象出现，常在输出回路串一个二极管，如图示。第41页/共89页第四十二页，共89页。432. 开立方运算开立方运算(yn sun)电路电路 将将3次方电路作为反馈次方电路作为反馈通路通路(tngl)，就构成开，就构成开立方运算电路。立方运算电路。3o2ouku 21ii 2O1IRuRu 由于由于3O20 u,k 与与Iu反相，反相，电路均引入了负反馈。电路均引入了负反馈。所以不管所以不管k值为正还是负，值为正还是负，3O2I12OukuRRu I1223OuRkRu 可见，多个模拟可见，多个模拟(mn)乘法器串

33、联实现高次根的运乘法器串联实现高次根的运算时，将产生较大误差。算时，将产生较大误差。第42页/共89页第四十三页，共89页。44fuAlg20O通通阻阻阻阻f1f2有源滤波有源滤波(lb)电路电路 对信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能是使特定频率对信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能是使特定频率范围的信号顺利通过范围的信号顺利通过(tnggu)，而阻止其它频率信号通过，而阻止其它频率信号通过(tnggu)。7.3滤波滤波(lb)电路的基础知识电路的基础知识一、滤波电路的种类一、滤波电路的种类常按照滤波电路的工作频带分类常按照滤波电路的工作频带分类：（1）低通滤波器）低

34、通滤波器LPFfpfuAlg20O通通阻阻fuAlg20fpO通通阻阻f1fuAlg20O通通通通 阻阻f2（2）高通滤波器）高通滤波器HPF（3）带通滤波器）带通滤波器BPF（4）带阻滤波器）带阻滤波器BEF图图（5）全通滤波器）全通滤波器APF：对于高频从：对于高频从零到无穷大的信号具有同样的比例系零到无穷大的信号具有同样的比例系数，但对不同频率的信号产生不同的数，但对不同频率的信号产生不同的相移。相移。第43页/共89页第四十四页，共89页。45分析滤波电路，就是求解电路的频率特性，即求解分析滤波电路，就是求解电路的频率特性，即求解Au (Aup ) 、 fp和过渡带的斜率和过渡带的斜率

35、 。低通滤波器的实际幅频特性低通滤波器的实际幅频特性 允许通过允许通过(tnggu)的频段称为通带，将信号衰减为零的频段的频段称为通带，将信号衰减为零的频段称为阻带。称为阻带。二、滤波器的幅频特性二、滤波器的幅频特性 实际滤波器的幅频特性实际滤波器的幅频特性中，在通带和阻带之间存中，在通带和阻带之间存在着过渡带。通带中输出在着过渡带。通带中输出电压与输入电压之比为通电压与输入电压之比为通带放大带放大(fngd)倍数倍数 。过渡带愈窄，电路的选择性愈好，滤波特性过渡带愈窄，电路的选择性愈好，滤波特性(txng)愈愈理想。理想。upA 的频率为的频率为通带载止频率通带载止频率fp 。upu7070

36、A.A 第44页/共89页第四十五页，共89页。46三、无源滤波三、无源滤波(lb)电路和有源滤波电路和有源滤波(lb)电路电路1. 无源无源(w yun)低通滤波电路低通滤波电路RCCRCUUAfj j111j10iou ，时时当当1）空载）空载(kn zi)pupppj1j11 2121ffAffARCfu 则上式变为则上式变为, , 令令 2pupu)(1模ffAA 由图示对数幅频特性知，具有由图示对数幅频特性知，具有“低通低通”特性。特性。当当 f 0 时，时，xC 1iOup UUA第45页/共89页第四十六页，共89页。472）带载）带载通带放大通带放大(fngd)倍数倍数LLiO

37、upRRRUUA 电压放大电压放大(fngd)倍数倍数PupLLLLLiOu111/1/ffjAC)R/R(jRRRCjRRCjRUUA CRRf)/(21式中，Lp 。 因而产生有源滤波电路因而产生有源滤波电路求，求，常不符合信号处理的要常不符合信号处理的要随负载变化，这一缺点随负载变化，这一缺点和截止频率f和截止频率f放大倍数A放大倍数A，无源滤波电路的通带，无源滤波电路的通带, ,可见，带载后，可见，带载后，p pupup pupfA第46页/共89页第四十七页，共89页。482. 有源滤波有源滤波(lb)电路电路 若滤波电路若滤波电路(dinl)由无源元件和有源元件（双极型管由无源元件

38、和有源元件（双极型管、单极型管、集成运放）组成，称为有源滤波电路、单极型管、集成运放）组成，称为有源滤波电路(dinl)。有源滤波电路有源滤波电路 为了使负载不影响滤波特性，可在无源(w yun)滤波电路和负载之间加一个高输入电阻，低输出电阻的隔离电路，最简单的方法是加一个电压跟随器，如图示。第47页/共89页第四十八页，共89页。49（1）有源波电路一般）有源波电路一般(ybn)由由RC网络和集成运放网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才起滤波作用，同时还起放大作用。才起滤波作用，同时还起放大作用。（2）组成电路时应选用带宽）组成

39、电路时应选用带宽(di kun)合适的集成运放。合适的集成运放。（3）有源滤波电路不适用于高电压、大电流的负载，只适用信号处理。通常直流）有源滤波电路不适用于高电压、大电流的负载，只适用信号处理。通常直流电源电源(dinyun)中整流后滤波电路均用无源电路。中整流后滤波电路均用无源电路。注注:第48页/共89页第四十九页，共89页。50四、有源滤波四、有源滤波(lb)电路的传递电路的传递函数函数(s)(s)(s)i0uUUA 象函数象函数(hnsh):输出量与输入量之比称为输出量与输入量之比称为(chn wi)传递函数，即：传递函数，即：。， (s)1(s)，(s)(s)，(s)，LCsLZs

40、CZRRIU 图示电路传递函数图示电路传递函数sRCsCRsCUUUUA 1111(s)(s)(s)(s)(s)ipi0u拉斯反变换，将拉斯反变换，将s换成换成puppuj1j11ffAffA , j注注:传递函数分母中传递函数分母中s的最高的最高指数称为滤波器的阶数。指数称为滤波器的阶数。第49页/共89页第五十页，共89页。51低通滤波器低通滤波器掌握有源滤波掌握有源滤波(lb)电路的组成、特点及分析方法。电路的组成、特点及分析方法。一、同相输入一、同相输入(shr)低低通滤波器通滤波器1.一阶电路一阶电路(dinl)11)(1(s)1(s)(s)(s)1Fp1Fi0usRCRRURRUU

41、A 用用j取代取代s，且令且令f0=1/(2RC)，得出电压放大倍数得出电压放大倍数f0 称为特征频率称为特征频率一阶低通滤波电路一阶低通滤波电路第50页/共89页第五十一页，共89页。520up01Fiouj1j11ffAffRRUUA 1Fup1RRA 通带电压放大通带电压放大(fngd)倍数倍数可见：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截止频率相同可见：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截止频率相同(xin tn)， ；但通带电压放大倍数得到提高。；但通带电压放大倍数得到提高。缺点：一阶低通有源滤波器在缺点：一阶低通有源滤波器在 f f 0 时，滤波特性时，滤波特性(txng)

42、不理想。对数幅频特性不理想。对数幅频特性(txng)下降速度为下降速度为 -20 dB / 十倍频。十倍频。 解决办法解决办法：采用二阶低通有源滤波器。：采用二阶低通有源滤波器。电压放大倍数电压放大倍数opff 第51页/共89页第五十二页，共89页。532. 简单简单(jindn)二阶电路二阶电路可提高幅频特性的衰减可提高幅频特性的衰减(shui jin)斜率斜率(s)(s)(s)(s)1 (s)(s)(s)(s)(s)(s)iMMp12ippOOuUUUURRUUUU)s(UUAi sRCUUCCC 11(s)(s)Mp21，时当 )1(/1)1(/1(s)(s)iMsCRsCRsCRsC

43、UU简单简单(jindn)二阶低通电路二阶低通电路第52页/共89页第五十三页，共89页。54用用j取代取代(qdi)s，且令，且令f0=1/(2RC)02012u3j)(11ffffRRA 212u)(311)1(s) 则sRCsRCRRA 上式分母上式分母(fnm)的模等于的模等于2，可解出通带，可解出通带(tn di)截止频率截止频率0p37. 0ff 第53页/共89页第五十四页，共89页。55从幅频特性可见，衰减从幅频特性可见，衰减(shui jin)斜率斜率-40dB/十倍频，但十倍频，但pf远离远离(yun l)。 0f若使若使0ff 附近的电压附近的电压(diny)放大倍数增大

44、，则使放大倍数增大，则使接pf近近0f，滤波电路才趋于理想。方法是引入正反馈。，滤波电路才趋于理想。方法是引入正反馈。第54页/共89页第五十五页，共89页。56 图中既引入了负反馈，又引入了正反馈。只要正反馈引入得当，在图中既引入了负反馈，又引入了正反馈。只要正反馈引入得当，在 时电压时电压(diny)放大倍数增大，又不会产生自激振荡。因为同相输入端电位控制由集成运放放大倍数增大，又不会产生自激振荡。因为同相输入端电位控制由集成运放A和和 组成的电压组成的电压(diny)源，故称之为压控电压源，故称之为压控电压(diny)源滤波电路源滤波电路(VCVS）。）。12up/1(s)RRA 3.

45、压控电压压控电压(diny)源二阶低通滤波电路源二阶低通滤波电路0ff 21RR、有有，对对滤滤波波电电路路设设,21CCC )()()(PopsUsUsAu )(11)()/(1)/(1)(MMPsUsRCsUsCRsCsU RsUsUsCsUsURsUsUM)()()/(1)()()()(PMoMi 第55页/共89页第五十六页，共89页。57可见，只有当可见，只有当 时，即分母中时，即分母中s的一次项系数大于零的一次项系数大于零，电路才能稳定，电路才能稳定(wndng)工作，不产生自激振荡。工作，不产生自激振荡。3(s)up A得滤波得滤波(lb)电路传递电路传递函数函数2upupio)

46、(s)-31(s)(s)(s)(s)sRCsRCAAUUA （二阶）（二阶）020p0p20puiou1j)(1)3()(1ffQffAffAffAUUAuu 用用j取代取代(qdi)s，且令，且令f0=1/(2RC)up31式中，AQ 第56页/共89页第五十七页，共89页。58反相输入一阶反相输入一阶低通滤波电路低通滤波电路upupupu03AQAAAff 时，时，当当下降。下降。频频倍倍十十按按曲线曲线时，时，当当。时，时，当当dB4032pupuup0 ffAAAff二、反相输入二、反相输入(shr)低通滤低通滤波器波器1. 一阶电路一阶电路(dinl)通带放大通带放大(fngd)倍数

47、（倍数（f0时）时），12pRRAu 电路的传递函数电路的传递函数CsR.RRUUA212i0u11(s)(s)(s) 用用j取代取代s，且令且令f0=1/(2R2C)0pj1ffAAuu fP= f0第57页/共89页第五十八页，共89页。592.二阶电路二阶电路(dinl) 在一阶电路的基础在一阶电路的基础(jch)上上，增加，增加RC环节，可使滤波器环节，可使滤波器的过渡带变窄，衰减斜率的值的过渡带变窄，衰减斜率的值加大。加大。 为了发改善为了发改善f0附近附近(fjn)的频率的频率特性，也可采用多路反馈的方法。特性，也可采用多路反馈的方法。对（对（b）图中，通带放大倍数）图中，通带放大

48、倍数(f=0)时时1fpRRAu M点电流方程为点电流方程为：(s)(s)(s)(s)c2f1IIII 1M2Mf0M1Mi(s)(s)(s)(s)(s)sCURURUURUU (s)1(s)M220UCsRU 式中(a)(b)第58页/共89页第五十九页，共89页。60解得解得 f2212f21f22upu)111(1(s)(s)RRCCsRRRRRsCAA 上式与上式与 得得，对比)( (s)31(s)(s)2upupusRCsRCAAA fRRCCf221021 22121)/(CRRCRRRQff 可见，不会因可见，不会因 过大而产生自激振荡。图中运放可过大而产生自激振荡。图中运放可看

49、成理想运放（增益无穷大），故称该电路为无限增益看成理想运放（增益无穷大），故称该电路为无限增益多路反馈滤波电路。多路反馈滤波电路。upA第59页/共89页第六十页，共89页。61注注:多个低通滤波电路多个低通滤波电路(dinl)串联，可得高阶串联，可得高阶低通滤波电路低通滤波电路(dinl)，图示四阶低通滤波，图示四阶低通滤波器方框图器方框图第60页/共89页第六十一页，共89页。62三、三种三、三种(sn zhn)类型的有源类型的有源低通滤波器低通滤波器2.切比雪夫切比雪夫(Chebyshev)滤波器的品质因数滤波器的品质因数Q，也称为，也称为(chn wi)滤波器的截止特性系数。滤波器的截

50、止特性系数。其值决定其值决定(judng)于于f = fo附近的频率特性。附近的频率特性。按照按照f = fo附近频率特性的特点，可将滤波器分为附近频率特性的特点，可将滤波器分为:1.巴特沃思（巴特沃思（Butterworth）3.贝塞尔（贝塞尔（Bessel）三种类型二阶三种类型二阶LPF幅频特性幅频特性Q = 0.707 , 幅频特性无峰值幅频特性无峰值Q = 0.96,在在f = fo 附近截止附近截止频率特性最好，曲线陡。频率特性最好，曲线陡。Q = 0.56 , 过渡特性最好，相过渡特性最好，相频特性无峰值。频特性无峰值。第61页/共89页第六十二页，共89页。63其它其它(qt)滤

51、波电路滤波电路一、高通滤波电路一、高通滤波电路(dinl) 高通滤波电路与低通滤波电路具有高通滤波电路与低通滤波电路具有(jyu)对偶性，将低通对偶性，将低通滤波电路中滤波环节的阻、容互换位置，即得高通滤波电路。滤波电路中滤波环节的阻、容互换位置，即得高通滤波电路。1. 压控电压源二阶高通滤波电路压控电压源二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路 2up2upu)(s)31)(s)(s)sRCsRCAsRCAA 第62页/共89页第六十三页，共89页。64RCf 2101fuP1RRA p31uAQ ffQffAAu020pu1j)(1 第63页/共89页第六十四页，共89页。652.

52、 无限增益无限增益(zngy)多路反馈二阶高通滤波电路多路反馈二阶高通滤波电路3221232132232212upu1(s)(s)CCRRs)CCC(CCRsCCRRsAA 31upCCA 322121CCRRfp 2321321)(RCCRCCCQ 第64页/共89页第六十五页，共89页。66二、带通滤波电路二、带通滤波电路(dinl)(BPF)将低通滤波器与高通滤波器串联将低通滤波器与高通滤波器串联(chunlin)，可得带通，可得带通滤波器。滤波器。低通低通高通高通iUoUfp1fuAlg20O低通低通fuAlg20fp2O高通高通阻阻阻阻fp1fp2fuAlg20O通通p2p1ff ，

53、则通频带(pndi)p2p1bwfff 第65页/共89页第六十六页，共89页。67压控电压压控电压(diny)源二阶带通滤波电源二阶带通滤波电路路RCf 210中心中心(zhngxn)频率频率通带电压通带电压(diny)放大倍数放大倍数比例系数比例系数fbw = fp1 fp2 = f0 /Q通频带通频带1Ff1RRAu )(j1)j()3(00p00ffuffffQAffffAAAuuu ufufufup3AQAAA uf31AQ 第66页/共89页第六十七页，共89页。68三、带阻滤波器三、带阻滤波器(BEF)在规定的频带内，信号被阻断，在此频带以外的信号能顺利在规定的频带内，信号被阻断

54、，在此频带以外的信号能顺利(shnl)通过。通过。低通低通高通高通iUoUf2f1fuAlg20O通通阻阻通通fuAlg20O低通低通f1f2fuAlg20O高通高通第67页/共89页第六十八页，共89页。69常用有源带阻滤波电路常用有源带阻滤波电路常用有源带阻滤波常用有源带阻滤波(lb)电路，也称双电路，也称双T网络。网络。p0p2020)2j2()(1)(1uuuAffAffffA RCf 2101Fp1RRAu p221uAQ 中心中心(zhngxn)频率频率通带电压放大通带电压放大(fngd)倍数倍数2200p1j1ffffQAAuu 第68页/共89页第六十九页，共89页。70220

55、0p1j1ffffQAAuu 带阻滤波器的幅频特性带阻滤波器的幅频特性 0p2p2p)2(1)2(fAAfuu 阻带阻带(z di)宽度宽度:QffAfffu00p1p2pbw22 0p2p1p)2(1)2(fAAfuu 第69页/共89页第七十页，共89页。71四、全通滤波电路四、全通滤波电路(dinl)电压电压(diny)放大放大倍数倍数iiPnj1jj1URCRCURCRUU iiOj1j)1 (URCRCRRURRU 式中第一项是 对反相(fn xin)输入端作用的结果，第二项是 对同相输入端作用的结果，所以RCRCAu j1j1 iUiU第70页/共89页第七十一页，共89页。721

56、 uA0arctan2180ff 如虚线所示。如虚线所示。频特性频特性相相用同样方法得b用同样方法得b特性如图中实线所示。特性如图中实线所示。相频。相频时，时，时，时，时，时，。当。当时，时，当当，图的图的0;1800;900oiO ffffUUf第71页/共89页第七十二页，共89页。73 电子信息系统组成如图示。通过电子信息系统组成如图示。通过(tnggu)传感器或其它途经所采集的信号往往很小，不能直接进行运算、滤波等处理，必须进行放大。本节介绍几种常用的放大电路和预处理的一些实际问题。传感器或其它途经所采集的信号往往很小，不能直接进行运算、滤波等处理，必须进行放大。本节介绍几种常用的放大

57、电路和预处理的一些实际问题。电子信息系统预处理中所用放大电子信息系统预处理中所用放大(fngd)电路电路7.4传感器传感器接收器接收器隔离隔离(gl)、滤波放大、滤波放大、阻抗变换、阻抗变换运算、转换运算、转换、比较、比较功率放大功率放大A/D转换转换第72页/共89页第七十三页，共89页。74 可见(kjin)，放大器的放大能力将随信号大小而变。为使 稳定，应使 愈大，信号源内阻变化引起的放大误差愈小。仪表仪表(ybio)放大放大器器集成仪表放大器，也称精密集成仪表放大器，也称精密(jngm)放大器，用于弱信号放大。放大器，用于弱信号放大。一、仪表放大器的特点一、仪表放大器的特点 在测量系统

58、中，传感器的输出是放大器的信号源，在测量系统中，传感器的输出是放大器的信号源，多数传感器的等效电阻多数传感器的等效电阻RS随被测物理量的变化而变随被测物理量的变化而变。uusARRRAisi usAiSiR,RR 结论结论:仪表用的放大器应具备：仪表用的放大器应具备： (1)放大倍数足够大放大倍数足够大;(2)高输入电阻高输入电阻; (3)高共模抑制比。高共模抑制比。 此外，从传感器所获得的信号常为差模信号，并含有较大共模此外，从传感器所获得的信号常为差模信号，并含有较大共模部分。因此，要求放大器应具有较强的共模抑制能力。部分。因此，要求放大器应具有较强的共模抑制能力。第73页/共89页第七十

59、四页，共89页。75二、基本二、基本(jbn)电路电路 图示三图示三 运放构成的精密运放构成的精密(jngm)放大器，很多仪表用放放大器，很多仪表用放大器都是在该电路的基础上演变而来。大器都是在该电路的基础上演变而来。)(21()(2I2I121O2O1O2O1212I2I1uuRRuuuuRRRuu Id21fOI2I1Id)21(uRRRRuuuu 则则, ,设设第74页/共89页第七十五页，共89页。762ICBAICI2I1R,uuuuuu 时，由于时，由于当当中电流中电流(dinli)为零，为零，。 0 OICO2O1 u,uuu 可见，电路放大差模信号，抑制可见，电路放大差模信号，

60、抑制(yzh)共模信号。当输入信号中含有噪声，也将被抑制共模信号。当输入信号中含有噪声，也将被抑制(yzh)。第75页/共89页第七十六页，共89页。77 INA102的电源和输入级失调调整管脚接法如图示，两个的电源和输入级失调调整管脚接法如图示，两个1F电容电容(dinrng)为去对耦电容为去对耦电容(dinrng)。改变其它管脚的外部接线可以。改变其它管脚的外部接线可以改变第一级增益（分别为改变第一级增益（分别为1、10、100、1000四种情况），如表所示四种情况），如表所示。三、集成三、集成(j chn)仪表仪表放大器放大器 图示图示INA102集成仪集成仪表放大器，图中电容表放大器，