信号的运算与处理电路课件

信号的运算与处理电路8.1基本运算电路（重点）8.2实际运放电路的误差分析（只讲1例）8.3对数和反对数运算电路×*8.4模拟乘法器×8.5有源滤波电路（概念、一阶）*8.6开关电容滤波器×集成运放应用概述1集成运放应用概述8信号的运算与处理电路1.应用分类按功能分类按工作区域分类放大

—

信号传递，AV、AI、AR（V/I）、AG（I/V）运算

—处理

—

滤波、峰值、有效值、绝对值、限幅比较

—

判断电压大小（9.4.1节）信号产生

—

正弦、方波、三角波（第9章）线性应用非线性应用

——

电压比较器2.线性应用的条件3.分析任务及方法4.分析举例及2个基本电路22.线性应用的条件8信号的运算与处理电路集成运放应用概述

必须引入负反馈，用Xf

抵消Xi

，使Vid<Vim，运放工作在线性区。

由于AVO

,

为深度负反馈，可用虚短和虚断。理想运放虚断(vP=vN

)虚短增益与负载无关33.分析任务及方法任务：集成运放应用概述8信号的运算与处理电路（1）求vO

或iO

表达式

电路功能（2）考虑Ri

、RO等其他指标的要求方法：（1）按理想运放进行分析或设计

——

即利用深度负反馈的虚短、虚断

——

多个基本电路的级联（组合）（2）考虑非理想参数

计算误差43.分析任务及方法集成运放应用概述8信号的运算与处理电路

小信号低频等效电路（2）考虑非理想参数

计算误差54.分析举例及2个基本电路集成运放应用概述(1)反相比例(2)同相比例电压并联负反馈电压串联负反馈虚短、虚断(虚地)性能特点输入电阻小（Ri=R1）运放共模输入电压

0有虚地——

设计简单输入电阻大（Ri=

）运放共模输入电压

vi对运放KCMR要求较高电压跟随器平衡电阻

输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入差分级的对称性。6误差分析举例：VIO、IIO不为零时的情况反相比例R1R2*第8.2节=0平衡电阻理想运放=07减小误差的方法误差分析举例：VIO、IIO不为零时的情况反相比例

设置平衡电阻R2

=R1

//Rf

选用自带调零电路的运放

输入端加补偿（调零）电路R2

=9k

RP

=1k

VRP虚短：虚断：图8.2.48分析举例1设计要求：Ri=1M

，AV=-100解：R1=Ri=1M

为了用低值电阻实现高电压增益的反相比例运算（习题8.1.9）i1R2=R1=Ri=

1M

取：R2

>>R3,R4(k)R4=

99k

R3=

1k

9分析举例2

理想运放构成的电路如图所示，该电路采用了自举扩展的方法提高电路的输入阻抗。(1)求闭环增益AVF；(2)当满足(R

R1)/R

0.05%时，求电路的输入阻抗Rif

＝？R1=20k

解:(1)由A1的虚短、虚断得：(2)由Ri的定义式得：因A2构成反相比例，所以：(+)(+)(-)(-)(+)108.1基本运算电路

积分电路

微分电路

减法电路

加法电路118.1.1加法电路反相比例加法电路(1)电路(2)同相比例加法反相器图8.1.1习题8.1.112分析举例3(1)求vO

表达式(2)说明A1,A2各构成什么功能电路。解:第一级A1反相比例第二级A2反相加法利用反相信号求和以实现减法运算图8.1.2新的电路结构——多级运放13分析举例4求vO

表达式解:方法一，虚短、虚断图8.1.3方法二，叠加定理vS1单独作用，vS2=0:vS2单独作用，vS1=0:反相比例同相比例148.1.2减法电路(1)

利用反相信号求和图8.1.2(2)利用差分式电路图8.1.3分析方法小结：(1)

基本的虚短、虚断(2)

分解为基本电路（多个运放）(3)

叠加原理特点：有虚地、结构简单输入电阻小特点：电阻要配对、无虚地、输入电阻不等15关于差分式电路的讨论(1)电阻要配对(2)无虚地(3)输入电阻不等为实现增益调节麻烦电阻配对精度——共模抑制比串联负反馈和并联负反馈16分析举例5求电压增益表达式解：A1、A2为电压跟随器，所以对A3利用虚短、虚断有A4为反相比例解得：习题8.1.717第二级A3差分减法电路第一级A1

、A2差分式电路例题8.1.1分析举例618分析举例7(1)求vO

表达式(2)说明A1,A2各构成什么功能电路。集成运放均是理想的解:第一级A1同相比例第二级A2差分电路具有高输入电阻的减法电路198.1.3积分电路

特点：反相比例Rf

C

输出表达式推导：根据“虚短、虚断”，得反相积分运算方法二：C

ZC=1/sC20分析举例8习题8.1.12用方法二较方便21

积分应用8.1.3积分电路

阶跃响应

——

产生斜坡电压tvS0VStvO0-VomTM积分时限设Vom=15V,VS=+3V,R=10k,C=1F=0.05秒恒流充电!22

方波

三角波

积分应用8.1.3积分电路

阶跃响应

——

产生斜坡电压tvS0tvO0

移相238.1.4微分电路

特点：反相比例R1

C

输出表达式推导：根据“虚短、虚断”，得例：,求votvs0tvo090°end248信号的运算与处理电路8.1基本运算电路（重点）8.2实际运放电路的误差分析（只讲1例）8.3对数和反对数运算电路×*8.4模拟乘法器×8.5有源滤波电路（概念、一阶）*8.6开关电容滤波器×集成运放应用概述258.5有源滤波电路

8.5.1

基本概念及初步定义

8.5.2一阶有源滤波电路

8.5.3二阶有源滤波电路

×

高通滤波

低通滤波

带通滤波

带阻滤波268.5.1基本概念及初步定义1.滤波电路定义让有用频率信号通过；而同时抑制或衰减无用频率信号。举例：RC低通电路滤波器的用途举例272.无源与有源8.5.1基本概念及初步定义无源滤波器： 采用R、L、C

等无源元件组成；有源滤波器：

R、L、C

+

放大器（三极管、集成运放）特点：不用电感、体积小、重量轻、有电压放大和缓冲作用，但工作频率难以做得很高。283.按幅频特性分类8.5.1基本概念及初步定义低通（LPF）高通（HPF）带通（BPF）带阻（BEF）

H

<

L294.分析任务8.5.1基本概念及初步定义低通（LPF）

确定类型

确定通带增益A0、通带截止频率f0

确定过渡带衰减速率5.分析方法——

与频率响应分析类似滤波电路

传递函数——

模，幅频响应——

相位角，相频响应时延响应为

频响表达式308.5.2一阶有源滤波电路1.低通滤波电路

结构：RC低通＋同相比例

传递函数

频响表达式

确定通带增益A0、通带截止频率f0

确定过渡带衰减速率31分析举例1设图中的集成运放均为理想运放。试分析：

1.集成运放A1和电阻R3、R4构成什么电路？

2.推导该电路的传递函数3.作出对数幅频响应曲线（波特图）4.该电路的通频带BW=？，中频增益Avm=？

328.5.2一阶有源滤波电路2.高通滤波电路

可由低通和高通串联得到必须满足3.带通滤波电路低通特征角频率高通特征角频率338.5.2一阶有源滤波电路4.带阻滤波电路

可由低通和高通并联得到必须满足

一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频程），与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求不高的场合。34本章小结1．集成运放的线性应用线性应用条件： 均存在深度负反馈

运放工作在线性放大状态。8信号的运算与处理电路加法、减法、积分、微分有源滤波器2．有源滤波器是一种重要的信号处理电路理想运放模型

“虚短”和“虚断”的概念分解为基本电路（多个运放）叠加原理电路分析的有力工具：

可以突出有用频段的信号，衰减无用频段的信号，抑制干扰和噪声信号，达到选频和提高信噪比的目的。。分析方法——

与频率响应分析类似end358.5.3二阶有源滤波电路1.压控电压源低通滤波电路压控电压源电路（VCVS）对于滤波电路，有得滤波电路传递函数（二阶）368.5.3二阶有源滤波电路1.压控电压源低通滤波电路令称为通带增益称为特征角频率称为等效品质因数则滤波电路才能稳定工作注意：用代入，可得传递函数的频率响应：378.5.3二阶有源滤波电路1.压控电压源低通滤波电路归一化的幅频响应相频响应388.5.3二阶有源滤波电路1.压控电压源低通滤波电路归一化的幅频响应波特图398.5.3二阶有源滤波电路2.压控电压源高通滤波电路

将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。传递函数归一化的幅频响应滤波电路才能稳定工作408.5.3二阶有源滤波电路2.压控电压源高通滤波电路归一化的幅频响应波特图418.5.3二阶有源滤波电路3.