电路与模拟电子技术基础课件-第8章 信号运算与处理电路

集成运放的两种工作状态1.运放的电压传输特性：设：电源电压±VCC=±10V。运放的Aod=104│Ui│≤1mV时，运放处于线性区。Aod越大，线性区越小，当Aod→∞时，线性区→00uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV线性区非线性区非线性区+10V-10V+Uom-Uom0uoui概述2.理想运算放大器：开环电压放大倍数Aod=∞差摸输入电阻Rid=∞输出电阻Ro=0为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：理想运放工作在线性区的条件：电路中有负反馈！运放工作在线性区的分析方法：虚短（u+=u-）虚断（ii+=ii-=0）3.线性区4.非线性区（正、负饱和状态）运放工作在非线性区的条件：电路开环工作或引入正反馈！运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论+10V-10V+Uom-Uom0uoui8.1比例运算电路

8.1.1反相比例运算电路

8.1.2同相比例运算电路8.1比例运算电路一、反相比例运算运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断虚断虚地为使两输入端对地直流电阻相等：R2=R1//Rf平衡电阻特点：1.为深度电压并联负反馈，Auf=

Rf/R12.输入电阻较小RifR

ifR

if=R13.uIC=0，对KCMR的要求低u+=u-

=0虚地二、同相比例运算Auf=1跟随器当R1=

，Rf=0时，

特点：1.为深度电压串联负反馈，Auf=1+Rf/R12.输入电阻大R

if=

3.，对KCMR的要求高uIC=uiu+=u-

=uI8.2求和运算电路1.反相加法运算R3=R1//R2//RfiF

i1+i2若Rf=R1=R2

则uO=

(uI1+uI2)R2//R3//R4

=R1//Rf若R2=R3=R4，则

uO=uI1+uI2

Rf=2R1

2.同相加法运算法1：利用叠加定理uI2=0uI1使：uI1=0uI2使：一般R1=R

1；Rf=R

fuO=uO1+uO2

=Rf/R1(uI2

uI1)法2：利用虚短、虚断uo=Rf/R1(uI2

uI1)减法运算实际是差分电路8.3减法运算例1:

差分运算电路的设计条件：Rf=10k

要求：uo=uI1

2uI2R1=5k

R2=2R3R2//R3=R1//Rf

=5//10R2=10k

R3=5k

课堂练习8.4积分运算电路与微分运算电路8.4.1积分运算电路8.4.2微分运算电路1.积分电路8.4.1积分运算电路反相积分器：如果u

i=直流电压,输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。tui0tuo0-UomTM积分时间设Uom=15V,ui=+3V,

R=10k,C=1F求积到饱和值的时间：161.积分运算电路为了保证A不出现开环，可与Cf并联一个大电阻Rf差动积分电路练习:画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形。tui0212345tuo0-2-4-6利用积分运算的基本关系实现不同的功能18移相1)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？3)输入为正弦波时的输出电压波形？线性积分波形变换8.4.2.微分运算电路19虚地此微分电路很少直接使用随ω↑，|Uo|↑高频噪声幅值非常高8.5模拟乘法器及其应用8.5.2模拟乘法器的工作原理8.5.1模拟乘法器简介6.2集成模拟乘法器的应用电路8.5.3模拟乘法器的应用8.5.1模拟乘法器简介一、模拟乘法器的基本特性符号K

—

比例系数（可正可负）类型单象限乘法器ux、uy

皆为固定极性二象限乘法器一个为固定极性，另一个为可正可负四象限乘法器ux、uy

皆为可正可负量纲:V-1理想乘法器：

对输入电压没有限制，ux=0或uy=0时，uO=0实际乘法器：ux=0,uy=0时，uO

0—输出失调电压ux=0，uy

0时，或

uy=0，ux

0时，—输出馈通电压uO

0一.基本运算电路1.平方运算8.5.2模拟乘法器的应用2.除法运算当u1<0时，uO>0，为使u3>0，则u2>0

当u1>0时，uO<0，为使u3<0，则u2>0条件：u3与u1必须反相

(保证负反馈)u2>03.平方根运算(uI

<0)4.压控增益uO=KuXuY设uX=UXQ则uO=(KUXQ)uY调节直流电压UXQ，则调节电路增益

有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。

滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号，保留下有用信号。

8.6有源滤波电路

滤波器的分类：

低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BEF）ω|A|0ωC通带阻带A0ω|A|0ωCA0通带阻带ω|A|0ωC1A0阻阻ωC2通ω|A|0ωC1A0阻ωC2通通

各种滤波器理想的幅频特性：（1）低通（2）高通（1）带通（1）带阻

滤波器的用途

滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。1.一阶RC低通滤波器(无源)一.低通有源滤波器传递函数：截止频率：幅频特性：此电路的缺点：1、带负载能力差。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。幅频特性：0.707

H截止频率01|A|2.一阶有源低通滤波器传递函数：通带增益：截止频率：幅频特性及幅频特性曲线传递函数：幅频特性：缺点：阻带衰减太谩。

H0.7071+Rf/R101+Rf/R1|A|3.二阶有源低通滤波器传递函数：

当Ao＜3时，滤波器可以稳定工作。此时特性与Q有关。当Q=0.707时，幅频特性较平坦。当f＞＞fL时，幅频特性曲线的斜率为-40dB/dec。

当Ao≥3时，源滤波器自激。幅频特性及幅频特性曲线传递函数：通带增益：截止频率：二.高通有源滤波器1.一阶有源高通滤波器幅频特性：缺点：阻带衰减太谩。幅频特性及幅频特性曲线传递函数：01+Rf/R10.707(1+Rf/R1)

L|A|2.二阶有源高通滤波器由此绘出频率响应特性曲线

(2)通带增益（1）幅频特性：其中：当AO≥3时，电路自激。幅频特性曲线

当Ao＜3时，滤波器可以稳定工作。此时特性与Q有关。当Q=0.707时，幅频特性较平坦。当f＜＜

fL时，幅频特性曲线的斜率为+40dB/dec。

可由低通和高通串联得到低通截止频率高通截止频率必须满足三.有源带通滤波器

可由低通和高通并联得到必须满足四.有源带阻滤波器一、基本运算电路1.运算电路的两种基本形式同相输入反相输入小结为保证测量精度需元件对称性好2.运算电路的分析方法运用“虚短”和“虚断”的概念分析电路中各电量间关系。运放在线性工作时，“虚短”和“虚断”总是同时存在。虚地只存在于同相输入端接地的电路中。2)

运用叠加定理解决多个输入端的问题。二、模拟乘法器(属于非线性模拟集成电路)uO=