模拟电子技术基础--第7章--信号的运算和处理.ppt

1、第七章 信号的运算和处理,7.1 基本运算电路,作业,7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.10 7.11,电子系统简介,传感器接收器,隔离、滤波放大、阻抗变换,运算、转换、比较,功率放大A/D转换,第七章,第八章,第九章,信号的产生,电子信息系统的供电电源,第十章,一、理想运放的条件,1.开环差模电压增益Aod=; 2.差模输入电阻Rid=; 3.输出电阻Ro=0; 4.共模抑制比CMRR=; 5.开环带宽BW=; 6.失调、漂移和内部噪声为零。,主要条件,条件较难满足， 可采用专用运放 来近似满足。,理想集成运算放大器,为简化对集成运放应用电路的分析，常把集成运放视为理想器件

2、。其主要满足以下一些条件：,实际运放的技术指标与理想运放比较接近，因此用理想运放代替实际运放分析所产生的误差并不大，在工程计算中是允许的，由此却带来了分析的大大简化。,1.同相端与反相端呈开路状态。 2.输出回路为一受控电压源AV(V+-V-) ， 由于Ro=0,所以Vo=AV(V+-V-),二、理想运放模型,三、理想运放的工作状态及其特点,Vo,0,VOH,VOL,理想,实际,线性区,非线性区,非线性区,运放的传输特性,VOH为正向输出饱和电压 VOL为负向输出饱和电压 其数值接近运放的正负电源电压,引入深度负反馈,开环或引入正反馈,分析应用电路的工作原理时，首先要分清运放工作在线性区还是非

3、线性区。, 线性工作状态,1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零,I+=I-0,2.理想运放的同相和反相输入端电位近似相等,V+=V-,Rid,V+-V-=Vo/AU0,虚断,虚短,在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。,虚地,如将运放的同相端接地V+=0，则V-=0,即反相端是一 个不接“地”的“地”，称为“虚地”,虚地点对地的电位为“0”,由于理想运放的输入电阻非常高，在分析处于线性状态运放时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。,三、理想运放的工作状态及其特点,1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零,2.

4、当V+V-时，Vo为正向输出饱和电压VOH 当V+V-时，Vo为负向输出饱和电压VOL 其数值接近运放的正负电源电压,I+=I-0,分析运放的应用电路时，首先将集成运放视作理想运放，以便抓住主要矛盾，忽略次要矛盾；然后判断运放是工作在线性区还是非线性区。在此基础上分析具体电路的工作原理，其它问题也就迎刃而解了。, 非线性工作状态,三、理想运放的工作状态及其特点, 比例运算电路, 积分电路, 微分电路, 减法电路, 加法电路,7.1 基本运算电路,（一）反相比例运算电路,（二）同相比例运算电路,2. 加法电路,根据虚短、虚断和N点的KCL得：,若,则有,（加法运算）,输出再接一级反相电路,可得,

5、实例1,从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。,（2）利用差分式电路以实现减法运算,当,则,若继续有,则,根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：,方法1,减法器,运放工作在线性放大时，可用叠加原理来推导输出表达式。 当U2=0时，在输入信号U1的作用下，产生的输出为Uo,当U1=0时，在输入信号U2的作用下，产生的输出为Uo 根据叠加原理：Uo= Uo + Uo,当U1单独作用时：,Uo,当U2单独作用时：,Uo,方法2,减法器,当U1单独作用时：,当U2单独作用时：,若R1=R2 R3=Rf, 减法器的输出电压为两个输入信号之差乘以放大系数 Rf/R1, 故又称它为差分放大器。

6、为减小失调误差 R1/Rf=R2/R3,（五）反相积分运算电路,移相,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？,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，延时,波形变换,(六) 微分运算电路,对输入电压的极性和幅值有何要求？,(七)、对数运算电路和指数运算电路,1. 对数运算,实用电路中常常采取措施消除IS对运算关系的影响,利用PN结端电压与电流的关系,集成对数运算电路,对输入电压的极性和幅值有何要求？,2. 指数运算电路,3. 乘法、除法运算电路,六、模拟乘法器及其在运算电路中的应用,1. 模拟乘法器简介,1) 变

7、跨导型模拟乘法器的基本原理,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。,理想情况下，ri1、 ri2、fH为无穷大， 失调电压、电流及其温漂为0，ro为0， ux 、uy 幅值变化时 k 值不变。,有单象限、两象限和四象限之分。,2)模拟乘法器的符号及等效电路,2. 在运算电路中的基本应用,2)乘方运算,1)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=10V。,实现了对正弦波 电压的二倍频变换,为使电路引入的是负反馈，k和uI2的极性应如何？,2. 在运算电路中的基本应用,3)除法运算,运

8、算电路中集成运放必须引入负反馈！,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？,为满足上式，电路中uI、 uO、k的极性是什么？为什么？,3. 开方运算,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、开方运算电路。,如何实现开三次方运算电路？,若uO0，则有何变化？,讨论一：电路如图所示,（1）组成哪种基本运算电路？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？ （2）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？,讨论二：求解图示各电路,该电路可等效成差分放大电路的哪种接法？与该接法的分立元件电路相比有什么优点？,1. 滤波电路的功能 使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。,2. 滤波电路的种类,低通滤波器（LPF）,通带放大倍数,通带截止频率,下降速率,理想幅频特性 无过渡带,一、概述,用幅频特性描述滤波特性，要研究 、 ( fP、下降速率)。,高通滤波器（HPF）,带通滤波器（BPF）,带阻滤波器（BEF）,全通滤波器（APF）,理想滤波器的幅频特性,阻容耦合,通信电路,抗