模擬電子技術第七章信號的運算和處理課件

1、模擬電子技術第七章信號的運算和處理模擬電子技術第七章信號的運算和處理第七章 信號和運算和處理研究的問題1. 什么是運算電路：運算電路的輸出電壓是輸入電壓某種運算的結(jié)果，如加、減、乘、除、乘方、開方、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)等。2. 描述方法：運算關系式 uOf (uI)3. 分析方法：“虛短”和“虛斷”是基本出發(fā)點。1. 識別電路2. 求解運算關系式學習運算電路的基本要求第七章 信號的運算和處理第七章 信號和運算和處理研究的問題1. 什么是運算電路：運算第七章 信號的運算和處理第一節(jié) 基本運算電路第二節(jié) 積分、微分運算電路第三節(jié) 對數(shù)、指數(shù)運算電路第四節(jié) 模擬乘法器及其應用第五節(jié) 有源濾波目 錄

2、第七章 信號的運算和處理第七章 信號的運算和處理第一節(jié) 基本運算電路目 錄第一、理想運放的參數(shù)特點 Aod、 rid 、fH 均為無窮大，ro、失調(diào)電壓及其溫漂、失調(diào)電流及其溫漂、噪聲均為0。 因為uO為有限值， Aod，所以 uNuP0，即 uNuP虛短路因為rid，所以 iNiP0虛斷路電路特征：引入電壓負反饋。無源網(wǎng)絡第一節(jié) 基本運算電路目錄第七章 信號的運算和處理一、理想運放的參數(shù)特點 Aod、 rid 、fH 均二、反相比例電路引入了哪種組態(tài)的負反饋？電路的輸入電阻為多少？3) R？為什么？4) 若要Ri100k，比例系數(shù)為100，R1？ Rf？Rf太大，噪聲大。如何利用相對小的電阻

3、獲得100的比例系數(shù)？+_iN=iP=0，uN=uP=0虛地在節(jié)點N：第一節(jié) 基本運算電路目錄第七章 信號的運算和處理二、反相比例電路引入了哪種組態(tài)的負反饋？Rf太大，噪聲大。如運算關系的分析方法：節(jié)點電流法三、同相比例電路引入了哪種組態(tài)的負反饋？輸入電阻為多少？電阻R？為什么？共模抑制比KCMR時會影響運算精度嗎？為什么？第一節(jié) 基本運算電路1. 基本電路目錄第七章 信號的運算和處理運算關系的分析方法：節(jié)點電流法三、同相比例電路引入了哪種組態(tài)第一節(jié) 基本運算電路三、同相比例1. 電壓跟隨器目錄第七章 信號的運算和處理第一節(jié) 基本運算電路三、同相比例1. 電壓跟隨器目錄第七章四、加減運算電路

4、1. 反相求和方法一：節(jié)點電流法第一節(jié) 基本運算電路方法二：利用疊加原理 首先求解每個輸入信號單獨作用時的輸出電壓，然后將所有結(jié)果相加，即得的所有輸入信號同時作用時的輸出電壓。目錄第七章 信號的運算和處理四、加減運算電路 1. 反相求和方法一：節(jié)點電流法第一節(jié) 2、同相求和利用疊加原理求解： 令uI2= uI3=0，求uI1單獨作用時的輸出電壓 同理可得， uI2、 uI3單獨作用時的uO2、 uO3，形式與uO1相同， uO =uO1+uO2+uO3 。 物理意義清楚，計算麻煩！ 第一節(jié) 基本運算電路目錄第七章 信號的運算和處理2、同相求和利用疊加原理求解： 同理可得， uI2、 若 R1

5、R2 R3 R4 R Rf前提是滿足電阻平衡條件第一節(jié) 基本運算電路目錄第七章 信號的運算和處理若 R1 R2 R3 R4 R Rf前提是滿足第3. 加減運算設 R1 R2 Rf R3 R4 R5若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?實現(xiàn)了差分放大電路第一節(jié) 基本運算電路目錄第七章 信號的運算和處理3. 加減運算設 R1 R2 Rf R3 R4 一、積分運算電路第二節(jié) 積分、微分運算電路1.推導關系式目錄第七章 信號的運算和處理一、積分運算電路第二節(jié) 積分、微分運算電路1.推導關系式目移相1) 輸入為階躍信號時的輸出電壓波形？2) 輸入為方波時的輸出電壓波形？3) 輸入為正弦波時的輸出電

6、壓波形？線性積分，延時波形變換第二節(jié) 積分、微分運算電路2. 積分電路的應用目錄第七章 信號的運算和處理移相1) 輸入為階躍信號時的輸出電壓波形？2) 輸入為方波時 為了克服集成運放的阻塞現(xiàn)象和自激振蕩，實用電路應采取措施。限制輸入電流限制輸出電壓幅值滯后補償?shù)诙?jié) 積分、微分運算電路二、微分運算電路目錄第七章 信號的運算和處理 為了克服集成運放的阻塞現(xiàn)象和自激振蕩，實用電路應采取對輸入電壓的極性和幅值有何要求？一、對數(shù)運算實用電路中常常采用措施消除IS對運算關系的影響利用PN結(jié)端電壓與電流的關系第三節(jié) 對數(shù)、指數(shù)運算電路目錄第七章 信號的運算和處理對輸入電壓的極性和幅值有何要求？一、對數(shù)運算

7、實用電路中常常采對輸入電壓的極性和幅值有何要求？第三節(jié) 對數(shù)、指數(shù)運算電路二、指數(shù)運算目錄第七章 信號的運算和處理對輸入電壓的極性和幅值有何要求？第三節(jié) 對數(shù)、指數(shù)運算電路 理想情況下，ri1、 ri2、fH為無窮大， 失調(diào)電壓、電流及其溫漂為0，ro為0， ux 、uy 幅值變化時 k 值不變。 有單象限、兩象限和四象限之分。一、模擬乘法器簡介第四節(jié) 模擬乘法器及其應用目錄第七章 信號的運算和處理 理想情況下，ri1、 ri2、fH為無窮大， 失調(diào)2. 乘方運算1.乘法運算 實際的模擬乘法器k常為+0.1V-1或0.1V-1。 若k= +0.1V-1，uI1= I2=10V，則 uO=10V

8、。實現(xiàn)了對正弦波電壓的二倍頻變換第四節(jié) 模擬乘法器及其應用一、模擬乘法器在運算電路中的應用目錄第七章 信號的運算和處理2. 乘方運算1.乘法運算 實際的模擬乘法器k常為+ 為使電路引入的是負反饋，k和uI2的極性應如何？3.除法運算運算電路中集成運放必須引入負反饋！ 若集成運放的同相輸入端與反相輸入端互換，則k和uI2的極性應如何？第四節(jié) 模擬乘法器及其應用目錄第七章 信號的運算和處理 為使電路引入的是負反饋，k和uI2的極性應如何？3.為滿足上式，電路中uI、 uO、k的極性是什么？為什么？4、開方運算 當集成運放的負反饋通路中為某種運算電路，則整個電路實現(xiàn)其逆運算，如除法運算電路、開方運算

9、電路。若uO0則有何變化？第四節(jié) 模擬乘法器及其應用目錄第七章 信號的運算和處理為滿足上式，電路中uI、 uO、k的極性是什么？為什么？4、1.濾波電路的功能 使指定頻段的信號順利通過，其它頻率的信號被衰減。2.濾波電路的種類低通濾波器（LPF）通帶放大倍數(shù)通帶截止頻率下降速率理想幅頻特性無過渡帶一、概述第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理1.濾波電路的功能2.濾波電路的種類低通濾波器（LPF）通帶高通濾波器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF）全通濾波器（APF）阻容耦合通信電路抗已知頻率的干擾f-轉(zhuǎn)換第五節(jié) 有源濾波2.濾波電路的種類目錄第七章 信號的運算和處理高通濾波

10、器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF）空載時帶負載時3.無源濾波電路 負載變化，通帶放大倍數(shù)和截止頻率均變化。第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理空載時帶負載時3.無源濾波電路 負載變化，通帶放大倍數(shù) 無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負載變化；有源濾波電路的濾波參數(shù)不隨負載變化，可放大，不能輸出高電壓大電流。 用電壓跟隨器隔離濾波電路與負載電阻4. 有源濾波電路第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理 無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負載變化；有源濾波電路的濾波二、低通濾波器一階LPF經(jīng)拉氏變換得傳遞函數(shù)頻率趨于0時的放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)決定于RC環(huán)節(jié)表明進入高頻段的下降速率為20

11、dB/十倍頻1.一階低通第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理二、低通濾波器一階LPF經(jīng)拉氏變換得傳遞函數(shù)頻率趨于0時的放2.一階低通幅頻特性 為了使過渡帶變窄，需采用多階濾波器，即增加RC環(huán)節(jié)。在Au(s)表達式分母中s的方次就是濾波器的階數(shù)。第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理2.一階低通幅頻特性 為了使過渡帶變窄，需采用多階濾波3. 簡單二階LPF截止頻率 fp 0.37f0分析方法：電路引入了負反饋利用節(jié)點電流法求解輸出電壓與輸入電壓的關系。第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理3. 簡單二階LPF截止頻率 fp 0.37f0分析方4. 壓控電壓源二階LPF引入正反饋為使 fp=f0，且在f=f0時幅頻特性按40dB/十倍頻下降。 f0時，C1斷路，正反饋斷開，放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)； f ， C2短路，正反饋不起作用，放大倍數(shù)小0 ； 因而有可能在f = f 0時放大倍數(shù)等于或大于通帶放大倍數(shù)。對于不同頻率的信號正反饋的強弱不同。第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理4. 壓控電壓源二階LPF引入正反饋為使 fp=f0，且在f 列P、M點的節(jié)點電流方程，整理可得：4. 壓控電壓源二階LPF第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理 列P、M點的節(jié)點