第4章信号运算处理.ppt

1、第4章信号运算及处理电路,4.1 信号运算电路,4.2 信号处理电路,4.3 信号产生电路,1. 运放的电压传输特性：,集成运算放大电路,2.理想运算放大器：,开环电压放大倍数 AV= 差摸输入电阻 rid= 输出电阻 r0=0,为了扩大运放的线性区， 给运放电路引入负反馈：,运放工作在线性区的分析方法： 虚短（U+=U-） 虚断（i+=i-=0）,3. 线性区,4.1信号运算电路,4.1.1 比例运算,4.1.2 加法与减法运算,4.1.3 微分与积分运算,4.1.1 比例运算,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 =

2、 R1 / R f,平衡电阻,二、同相比例运算,Auf = 1,跟随器,当 R1 = ，Rf = 0 时，,4.1.2 加法与减法运算,一、加法运算,1. 反相加法运算,R3 = R1 / R2 / Rf,iF i1 + i2,若 Rf = R1= R2,则 uO = (uI1+ uI2),平衡电阻,R2 / R3 / R4 = R1/ Rf,若 R2 = R3 = R4 ，,则 uO = uI1+ uI2,Rf = 2R1,2. 同相加法运算,利用叠加定理,uI2 = 0,uI1作用：,uI1 = 0,uI2 作用：,一般,R1 = R1； Rf = Rf,uO = uO1 + uO2,=

3、Rf / R1( uI2 uI1 ),减法运算实际是差分电路,二、减法运算,4.1.3 微分与积分运算(略),R2 = Rf,虚地,虚断,RfC1 = , 时间常数,微分电路输出电压:,一、微分运算,二、积分运算,=,当 uI = UI 时，,设 uC(0) = 0,时间常数 = R1Cf,积分电路输出电压：,课堂练习,差分运算电路的设计（略）,条件：,Rf = 10 k,要求：,uo = uI1 2uI2,R1 = 5 k,R2 = 2R3,= 5/10,R2= 10 k,R3= 5 k,4.2信号处理电路,4.2.2 电压比较器,4.2.1 有源滤波电路,滤波电路,有用频率信号通过，无用频

4、率信号被抑制,分类：,按处理 方法分,硬件滤波,软件滤波,按所处理 信号分,模拟滤波器,数字滤波器,按构成 器件分,无源滤波器,有源滤波器,4.2.1有源滤波器,按频率 特性分,低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器,带阻滤波器,理想滤波器的频率特性,低通,高通,带通,带阻,一、 有源低通滤波电路(LPFLow Pass Filter), 通带放大倍数,1、一阶 LPF,其中， Auf = 1 + Rf /R1,fH = 1/2RC, 上限截止频率,归一化 幅频特性,0,-3,2、 二阶 LPF,1. 简单二阶 LPF,通带增益：,Auf = 1 + Rf/R1,二、 有源高通滤波电路(HPFHi

5、gh Pass Filter),通带增益：,Auf = 1 + Rf / R1,f / fn,0,-3,-10,-20,1,-30,-40,1,三、有源带通滤波电路(BPFBand Pass Filter),构成思路：带通滤波器可由低通滤波器和高通滤波器串联,注意：低通滤波器的截止频率必须大于高通滤波器的截止频率,四、有源带阻滤波电路,构成思路：带阻滤波器可由低通滤波器和高通滤波器并联,注意：低通滤波器的截止频率必须小于高通滤波器的截止频率,4.2.2电压比较器,功能：,类型,基本比较器,简单比较器(单门限),窗口比较器(双门限),滞回比较器(施密特触发器),比较电压信号(被测试信号与标准信号

6、)大小,一、 简单比较器,1. 过零电压比较器,uI 0,uI 0,UOmax,-UOmax,UOH,UOL,2. 同相输入单门限比较器,UZ,uI UREF,-UZ,uI UREF,门限 电压 UT,门限电压 UT = UREF,Uz,1)电路和阈值电压,二、滞回比较器,1. 反相型滞回比较器,正反馈,当 uI uP 时， uO = -UZ,当 uI uP 时， uO = +UZ,当 uI = uP 时， 状态翻转,例：R1 = 30 k，R2 =15 k, UZ = 6 V, UREF = 0, 求 UT。,特点：,2)传输特性,R,R1,uI,UREF,R2,R3,UZ,P,uO,uO,

7、UT+,UT-,UZ,-UZ,当 uI 逐渐增大时,只要 uI UT+ ，则 uO = UZ,一旦 uI UT+ ，则 uO = -UZ,当 uI 逐渐减小时,只要 uI U T- ，则 uO = -UZ,一旦 uI UT- ，则 uO = UZ,上阈值,下阈值,U = UT+ - UT-,回差 电压,uI 上升时与上阈值比,uI 下降时与下阈值比。,2. 同相型滞回比较器,状态翻转时，uP = uN = UREF,若 UREF = 0,传输特性,U = UT+ - UT-,抗 干 扰,单门限比较,UT,滞回比较,UT-,UT+,uO,整 形,4.3波形产生电路,4.3.2 非正弦波振荡电路,

8、4.3.1 正弦波振荡电路,信号产生电路,(振荡器Oscillators),分类：,正弦波振荡:,非正弦波振荡：,RC 振荡器(1 kHz 数百 kHz),LC 振荡器(几百 kHz 以上),石英晶体振荡器(频率稳定度高),方波、,三角波、,锯齿波等,主要性 要求能：,输出信号的幅度准确稳定,输出信号的频率准确稳定,4.3.1 正弦波振荡电路,一、振荡条件,微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。,幅值平衡条件, 相位平衡条件,n = 0, 1, 2, ,二、电路的组成和起振的判断,1. 放大电路 Au,2. 正反馈网络 Fu,3. 选频网络实现单一频率的振荡,4. 稳

9、幅环节使振荡稳定、波形好,满足振荡条件,组成:,三、 RC 正弦波振荡电路,1. RC 串并联选频网络,当 = 0 时, = 0,0 = 1/RC,2. RC 桥氏振荡电路,振荡频率:,振荡条件:,Rf 不能太大，否则 正弦波将变成方波,应使：, ,四、 LC 正弦波振荡电路,类型：变压器反馈式 、 电感三点式、 电容三点式,L 的等效损耗电阻,1、 LC 并联回路的特性,Z,谐振频率 f0,频率特性,2、变压器反馈式振荡电路,满足相位平衡条件,同名端同极性,电感三点式和电容三点式LC正弦波发生器,把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就 有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个 极相

10、连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。 它们又分为电感三点式和电容三点式两类。,3、三点式 LC 振荡电路,结论：在LC三点式正弦波发生电路中，为了 判断相位平衡条件，有：,电感三点式 振荡电路,优点：,缺点：,易起振(L 间耦合紧)；,易调节(C 可调)。,输出取自电感，对 高次谐波阻抗大， 输出波形差。,电容三点式振荡电路,C3,一、 矩形波产生电路,1. 电路组成和输出波形,4.3.2 非正弦波发生电路（略）,2. 振荡频率,占空比 = 50%,3.占空比可调的矩形波电路 为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。,优点：波形较好,缺点：,2) T 极间电容影响 f0,1) 调频时易停振,1. 获得三角波的基本方法,方波,积分电路,三角波,2. 锯齿波发生电路,在三角波发生电路中，如果电容的充电、放电时间 常数不相等，则可使积分电路的输出为锯齿