童诗白模电第七章.ppt

1、第七章 信号的运算与处理电路,7.1 比例电路,7.2 基本运算电路,7.3 对数和反对数电路,7.4 集成模拟乘法器,7.5 有源滤波器,复习：集成运放的两种工作状态,1. 运放的电压传输特性：,Aod越大，线性区越小， 当Aod 时，线性区0,uo = Aud(u+ u),2.理想运算放大器：,开环电压放大倍数 Aod= 差模输入电阻 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

2、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,一.反相比例运算,虚地点,i1=iF （虚断）,因为有负反馈， 利用虚短和虚断,u+ =0,u=u+=0（虚地）,平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):RP=R1/RF,f,反馈方式：,电压并联负反馈,7.1.1 基本运算电路,为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大Rf，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。,电压放大倍数:,i,f,采用T型反馈网络的反相比例电路,分析：u+=u-=0（虚短） i1=i2 （虚断）,该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。 但R3的

3、存在，削弱了负反馈。,二. 同相比例运算电路,u-= u+= ui,i1=if （虚断）,平衡电阻R=Rf/R1,因为有负反馈， 利用虚短和虚断,反馈方式：,电压串联负反馈,电压放大倍数:,Au=1,三.电压跟随器,此电路是同相比例运算的特殊情况，输入电阻大，输出电阻小。电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。,ui=u+= u-= uo,因为有负反馈， 利用虚短和虚断：,1. 反相加法器：,若R1 =R2 =R,平衡电阻 R0= R1/ R2/Rf,i1 + i2= if,7.1.2 基本运算电路,一. 加法运算电路,虚地,调节

4、反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,2、同相求和运算,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,此电路如果以 u+ 为输入 ，则输出为：,u+ 与 ui1 和 ui2 的关系如何？,注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。,左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？,平衡电阻:R1 / RF = R21/ R22/ R,三、单运放的加减运算电路,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,例：设计一个加减运算电路， RF=240k，使 uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3,

5、解:,(1) 画电路。,系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。,(2) 求各电阻值。,uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3,优点：元件少，成本低。,缺点：要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的调整计算不方便。,单运放的加减运算电路,改进：采用双运放电路。,四、双运放的加减运算电路,1. 积分电路,7.1.3 积分和微分电路,2. 微分电路：,u-= u+= 0,滤波电路的分类,1. 按信号性质分类,2. 按所用元件分类,7.2 有源滤波器 7.2.1 滤波电路的基础知识,模拟滤波器和数字滤波器,无源滤波器：主要由无源元件R、L和C组成 有源滤波器：集成运放和R

6、、C组成， 具有不用电感、体积小、重量轻等优点。,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。,3. 按电路功能分类:,低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器,低通,高通,带通,带阻,四种典型的频率特性,4. 按传递函数分类:,一阶，二阶 高阶,传递函数：,幅频特性,相频特性,传递函数的定义,有源滤波器的优点：,1. 不使用电感元件，不需要磁屏蔽,体积小重量轻。,2. 有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。,3. 除滤波外，还可放大信号，放大倍数

7、容易调节。,有源滤波器的缺点：,1. 不宜用于高频。,2. 不宜在高电压、大电流情况下使用。,3. 可靠性较差。,4. 使用时需外接直流电源。,1.一阶有源低通滤波器,传递函数中出现 的一次项,故称为一阶滤波器,7.2.2 低通滤波器,相频特性：,幅频特性及幅频特性曲线,解出：,其中：,二、二阶有源低通滤波器,传递函数中出现 的二次项，故称为二阶滤波器。,一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别：,阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器。,7.4.3 其他滤波器,将低通滤波器中的R、C 对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。,一阶有源高通滤波器,幅频特性：,本章小结,1集成运放可以构成加法、减法、积

8、分、微分、对数和反对数等多种运算电路。在这些电路中，均存在深度负反馈。因此，运放工作在线性放大状态。这时可以使用理想运放模型对电路进行分析，“虚短”和“虚断”的概念是电路分析的有力工具。 2有源滤波器是一种重要的信号处理电路，它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。实际使用时，应根据具体情况选择低通、高通、带通或带阻滤波器，并确定滤波器的具体形式。,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。,7.5 有源滤波电路,滤波器的分类：,低通滤波器（LPF） 高通滤波器（H

9、PF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF）,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：,幅频特性：,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。,3.二阶有源低通滤波器,传递函数：,当 Ao3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

10、平坦。 当ffL时，幅频特性曲线的斜率 为-40dB/dec。,当Ao3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：,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AO3时，电路自激。,幅频特性曲线,当 Ao3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,本章小结,1集成运放可以构成加法、减法、积分、微分、对数和反对数等多种运算电路。在这些电路中，均存在深度负反馈。因此，运放工作在线性放大状态。这时可以使用理想运放模型对电路进行分析，“虚短”和“虚断”的概念是电路分析的有力工具。 2集成模拟乘法器是一种重要的模拟集成电路，在信号处理和频率变换方面得到了广泛的应用