信號的運算與處理電路課件

信號的運算與處理電路8.1基本運算電路（重點）8.2實際運放電路的誤差分析（只講1例）8.3對數(shù)和反對數(shù)運算電路×*8.4模擬乘法器×8.5有源濾波電路（概念、一階）*8.6開關(guān)電容濾波器×集成運放應用概述1集成運放應用概述8信號的運算與處理電路1.應用分類按功能分類按工作區(qū)域分類放大

—

信號傳遞，AV、AI、AR（V/I）、AG（I/V）運算

—處理

—

濾波、峰值、有效值、絕對值、限幅比較

—

判斷電壓大小（9.4.1節(jié)）信號產(chǎn)生

—

正弦、方波、三角波（第9章）線性應用非線性應用

——

電壓比較器2.線性應用的條件3.分析任務及方法4.分析舉例及2個基本電路22.線性應用的條件8信號的運算與處理電路集成運放應用概述

必須引入負反饋，用Xf

抵消Xi

，使Vid<Vim，運放工作在線性區(qū)。

由于AVO

,

為深度負反饋，可用虛短和虛斷。理想運放虛斷(vP=vN

)虛短增益與負載無關(guān)33.分析任務及方法任務：集成運放應用概述8信號的運算與處理電路（1）求vO

或iO

表達式

電路功能（2）考慮Ri

、RO等其他指標的要求方法：（1）按理想運放進行分析或設(shè)計

——

即利用深度負反饋的虛短、虛斷

——

多個基本電路的級聯(lián)（組合）（2）考慮非理想?yún)?shù)

計算誤差43.分析任務及方法集成運放應用概述8信號的運算與處理電路

小信號低頻等效電路（2）考慮非理想?yún)?shù)

計算誤差54.分析舉例及2個基本電路集成運放應用概述(1)反相比例(2)同相比例電壓并聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋虛短、虛斷(虛地)性能特點輸入電阻?。≧i=R1）運放共模輸入電壓

0有虛地——

設(shè)計簡單輸入電阻大（Ri=

）運放共模輸入電壓

vi對運放KCMR要求較高電壓跟隨器平衡電阻

輸入端對地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時輸入差分級的對稱性。6誤差分析舉例：VIO、IIO不為零時的情況反相比例R1R2*第8.2節(jié)=0平衡電阻理想運放=07減小誤差的方法誤差分析舉例：VIO、IIO不為零時的情況反相比例

設(shè)置平衡電阻R2

=R1

//Rf

選用自帶調(diào)零電路的運放

輸入端加補償（調(diào)零）電路R2

=9k

RP

=1k

VRP虛短：虛斷：圖8.2.48分析舉例1設(shè)計要求：Ri=1M

，AV=-100解：R1=Ri=1M

為了用低值電阻實現(xiàn)高電壓增益的反相比例運算（習題8.1.9）i1R2=R1=Ri=

1M

?。篟2

>>R3,R4(k)R4=

99k

R3=

1k

9分析舉例2

理想運放構(gòu)成的電路如圖所示，該電路采用了自舉擴展的方法提高電路的輸入阻抗。(1)求閉環(huán)增益AVF；(2)當滿足(R

R1)/R

0.05%時，求電路的輸入阻抗Rif

＝？R1=20k

解:(1)由A1的虛短、虛斷得：(2)由Ri的定義式得：因A2構(gòu)成反相比例，所以：(+)(+)(-)(-)(+)108.1基本運算電路

積分電路

微分電路

減法電路

加法電路118.1.1加法電路反相比例加法電路(1)電路(2)同相比例加法反相器圖8.1.1習題8.1.112分析舉例3(1)求vO

表達式(2)說明A1,A2各構(gòu)成什么功能電路。解:第一級A1反相比例第二級A2反相加法利用反相信號求和以實現(xiàn)減法運算圖8.1.2新的電路結(jié)構(gòu)——多級運放13分析舉例4求vO

表達式解:方法一，虛短、虛斷圖8.1.3方法二，疊加定理vS1單獨作用，vS2=0:vS2單獨作用，vS1=0:反相比例同相比例148.1.2減法電路(1)

利用反相信號求和圖8.1.2(2)利用差分式電路圖8.1.3分析方法小結(jié)：(1)

基本的虛短、虛斷(2)

分解為基本電路（多個運放）(3)

疊加原理特點：有虛地、結(jié)構(gòu)簡單輸入電阻小特點：電阻要配對、無虛地、輸入電阻不等15關(guān)于差分式電路的討論(1)電阻要配對(2)無虛地(3)輸入電阻不等為實現(xiàn)增益調(diào)節(jié)麻煩電阻配對精度——共模抑制比串聯(lián)負反饋和并聯(lián)負反饋16分析舉例5求電壓增益表達式解：A1、A2為電壓跟隨器，所以對A3利用虛短、虛斷有A4為反相比例解得：習題8.1.717第二級A3差分減法電路第一級A1

、A2差分式電路例題8.1.1分析舉例618分析舉例7(1)求vO

表達式(2)說明A1,A2各構(gòu)成什么功能電路。集成運放均是理想的解:第一級A1同相比例第二級A2差分電路具有高輸入電阻的減法電路198.1.3積分電路

特點：反相比例Rf

C

輸出表達式推導：根據(jù)“虛短、虛斷”，得反相積分運算方法二：C

ZC=1/sC20分析舉例8習題8.1.12用方法二較方便21

積分應用8.1.3積分電路

階躍響應

——

產(chǎn)生斜坡電壓tvS0VStvO0-VomTM積分時限設(shè)Vom=15V,VS=+3V,R=10k,C=1F=0.05秒恒流充電!22

方波

三角波

積分應用8.1.3積分電路

階躍響應

——

產(chǎn)生斜坡電壓tvS0tvO0

移相238.1.4微分電路

特點：反相比例R1

C

輸出表達式推導：根據(jù)“虛短、虛斷”，得例：,求votvs0tvo090°end248信號的運算與處理電路8.1基本運算電路（重點）8.2實際運放電路的誤差分析（只講1例）8.3對數(shù)和反對數(shù)運算電路×*8.4模擬乘法器×8.5有源濾波電路（概念、一階）*8.6開關(guān)電容濾波器×集成運放應用概述258.5有源濾波電路

8.5.1

基本概念及初步定義

8.5.2一階有源濾波電路

8.5.3二階有源濾波電路

×

高通濾波

低通濾波

帶通濾波

帶阻濾波268.5.1基本概念及初步定義1.濾波電路定義讓有用頻率信號通過；而同時抑制或衰減無用頻率信號。舉例：RC低通電路濾波器的用途舉例272.無源與有源8.5.1基本概念及初步定義無源濾波器： 采用R、L、C

等無源元件組成；有源濾波器：

R、L、C

+

放大器（三極管、集成運放）特點：不用電感、體積小、重量輕、有電壓放大和緩沖作用，但工作頻率難以做得很高。283.按幅頻特性分類8.5.1基本概念及初步定義低通（LPF）高通（HPF）帶通（BPF）帶阻（BEF）

H

<

L294.分析任務8.5.1基本概念及初步定義低通（LPF）

確定類型

確定通帶增益A0、通帶截止頻率f0

確定過渡帶衰減速率5.分析方法——

與頻率響應分析類似濾波電路

傳遞函數(shù)——

模，幅頻響應——

相位角，相頻響應時延響應為

頻響表達式308.5.2一階有源濾波電路1.低通濾波電路

結(jié)構(gòu)：RC低通＋同相比例

傳遞函數(shù)

頻響表達式

確定通帶增益A0、通帶截止頻率f0

確定過渡帶衰減速率31分析舉例1設(shè)圖中的集成運放均為理想運放。試分析：

1.集成運放A1和電阻R3、R4構(gòu)成什么電路？

2.推導該電路的傳遞函數(shù)3.作出對數(shù)幅頻響應曲線（波特圖）4.該電路的通頻帶BW=？，中頻增益Avm=？

328.5.2一階有源濾波電路2.高通濾波電路

可由低通和高通串聯(lián)得到必須滿足3.帶通濾波電路低通特征角頻率高通特征角頻率338.5.2一階有源濾波電路4.帶阻濾波電路

可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足

一階有源濾波電路通帶外衰減速率慢（-20dB/十倍頻程），與理想情況相差較遠。一般用在對濾波要求不高的場合。34本章小結(jié)1．集成運放的線性應用線性應用條件： 均存在深度負反饋

運放工作在線性放大狀態(tài)。8信號的運算與處理電路加法、減法、積分、微分有源濾波器2．有源濾波器是一種重要的信號處理電路理想運放模型

“虛短”和“虛斷”的概念分解為基本電路（多個運放）疊加原理電路分析的有力工具：

可以突出有用頻段的信號，衰減無用頻段的信號，抑制干擾和噪聲信號，達到選頻和提高信噪比的目的。。分析方法——

與頻率響應分析類似end358.5.3二階有源濾波電路1.壓控電壓源低通濾波電路壓控電壓源電路（VCVS）對于濾波電路，有得濾波電路傳遞函數(shù)（二階）368.5.3二階有源濾波電路1.壓控電壓源低通濾波電路令稱為通帶增益稱為特征角頻率稱為等效品質(zhì)因數(shù)則濾波電路才能穩(wěn)定工作注意：用代入，可得傳遞函數(shù)的頻率響應：378.5.3二階有源濾波電路1.壓控電壓源低通濾波電路歸一化的幅頻響應相頻響應388.5.3二階有源濾波電路1.壓控電壓源低通濾波電路歸一化的幅頻響應波特圖398.5.3二階有源濾波電路2.壓控電壓源高通濾波電路

將低通電路中的電容和電阻對換，便成為高通電路。傳遞函數(shù)歸一化的幅頻響應濾波電路才能穩(wěn)定工作408.5.3二階有源濾波電路2.壓控電壓源高通濾波電路歸一化的幅頻響應波特圖418.5.3二階有源濾波電路3.