08 信號(hào)的運(yùn)算與處理電路.ppt

1、模擬電子線(xiàn)路教改課程多媒體課件,第八章課前導(dǎo)讀：,由運(yùn)算放大器構(gòu)成的信號(hào)處理電路在實(shí)際中運(yùn)用十分廣泛。本章將重點(diǎn)介紹各種基本運(yùn)算電路的電路組成和工作原理，同時(shí)簡(jiǎn)單介紹濾波電路的原理和電路。,模擬電路教改課程多媒體課件,第八章 信號(hào)的運(yùn)算與處理電路,8.1 基本運(yùn)算電路,8.2 實(shí)際運(yùn)放電路的誤差分析,8.3 對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路,8.5 有源濾波電路,8.1 基本運(yùn)算電路, 比例運(yùn)算電路, 積分電路, 微分電路, 減法電路, 加法電路,為提高精度，一般取,1. 比例運(yùn)算電路,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,由第7章可知，電路為負(fù)反饋電路。,即電路處于深度負(fù)反饋條件下，虛短和虛斷成立。,（1）反相比例運(yùn)算電路,

2、利用虛短和虛斷得,運(yùn)算放大器輸入端無(wú)共模信號(hào) 運(yùn)算電路輸入電阻較小,由于運(yùn)放的增益一般有 ，,所以,輸出與輸入反相,1. 比例運(yùn)算電路,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,（2）同相比例運(yùn)算電路,利用虛短和虛斷得,運(yùn)算放大器輸入端有共模信號(hào) 運(yùn)算電路輸入電阻很大,輸出與輸入同相,電壓跟隨器,2. 加法電路,根據(jù)虛短、虛斷和N點(diǎn)的KCL得：,若,則有,（加法運(yùn)算）,輸出再接一級(jí)反相電路,可得,3. 減法電路,第一級(jí)反相比例,第二級(jí)反相加法,（1）利用反相信號(hào)求和以實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算,即,當(dāng) 時(shí),得,（減法運(yùn)算）,從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。,（2）利用差分式電路以實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算,當(dāng),則,若繼續(xù)有,則

3、,根據(jù)虛短、虛斷和N、P點(diǎn)的KCL得：,4. 積分電路,式中，負(fù)號(hào)表示vO與vS在相位上是相反的。,根據(jù)“虛短”，得,根據(jù)“虛斷”，得,即,因此,電容器被充電，其充電電流為,設(shè)電容器C的初始電壓為零，則,（積分運(yùn)算）,當(dāng)vS為階躍電壓時(shí)，有,4. 積分電路,vO與 t 成線(xiàn)性關(guān)系,5. 微分電路,8.2 實(shí)際運(yùn)放電路的誤差分析,共模抑制比KCMR為有限值的情況,輸入失調(diào)電壓VIO、輸入失調(diào)電流IIO 不為零時(shí)的情況,1. 共模抑制比KCMR為有限值的情況,同相比例運(yùn)算電路,閉環(huán)電壓增益,理想情況,越大，誤差越小。,2. VIO、IIO不為零 時(shí)的情況,輸入為零時(shí)的等效電路,解得誤差電壓,當(dāng) 時(shí)

4、，可以 消除偏置電流 引起的 誤差，此時(shí),當(dāng)電路為積分運(yùn)算時(shí)，,即 換成電容C，則,時(shí)間越長(zhǎng)，誤差越大，且易使輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)。,引起的誤差仍存在,2. VIO、IIO不為零 時(shí)的情況,減小誤差的方法,輸入端加補(bǔ)償電路,利用運(yùn)放自帶的調(diào) 零電路,模擬電路教改課程多媒體課件,8.3 對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路, 對(duì)數(shù)運(yùn)算電路, 反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路,模擬電路教改課程多媒體課件,其中，IES 是發(fā)射結(jié)反向飽和電流，vO是vS的對(duì)數(shù)運(yùn)算。,1. 對(duì)數(shù)運(yùn)算電路,利用PN結(jié)的指數(shù)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算,BJT的發(fā)射結(jié)有,注意：vS必須大于零，電路的輸出電壓小于0.7伏,利用虛短和虛斷，電路有,當(dāng) 時(shí)，,vO是vS的反對(duì)數(shù)

5、運(yùn)算（指數(shù)運(yùn)算）,2. 反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路,利用虛短和虛斷，電路有,要求,以上兩個(gè)電路溫漂很?chē)?yán)重，實(shí)際電路都有溫度補(bǔ)償電路,模擬電路教改課程多媒體課件,8.5 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,高通濾波,低通濾波,基本概念,分類(lèi),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,帶阻濾波,帶通濾波,8.5.1 基本概念及初步定義,1. 基本概念,濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制或衰減無(wú) 用頻率信號(hào)得電子裝置。,有源濾波器：由有源器件構(gòu)成的濾波器。,濾波電路傳遞函數(shù)定義,時(shí)，有,其中, 模，幅頻響應(yīng), 相位角，相頻響應(yīng),時(shí)延響

6、應(yīng)為,模擬電路教改課程多媒體課件,2. 分類(lèi),低通（LPF）,希望抑制50Hz的干擾信號(hào)，應(yīng)選用哪種類(lèi)型的濾波電路？,高通（HPF）,帶通（BPF）,帶阻（BEF）,全通（APF）,放大音頻信號(hào)，應(yīng)選用哪種類(lèi)型的濾波電路？,模擬電路教改課程多媒體課件,8.5.2 一階有源濾波電路,1. 低通濾波電路,傳遞函數(shù),其中,特征角頻率,故，幅頻相應(yīng)為,模擬電路教改課程多媒體課件,8.5.2 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(mǎn)足,3. 帶通濾波電路,低通特征角頻率,高通特征角頻率,模擬電路教改課程多媒體課件,8.5.2 一階有源濾波電路,4. 帶阻濾波電路,可由低通和高

7、通并聯(lián)得到,必須滿(mǎn)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(yuǎn)。一般用在對(duì)濾波要求不高的場(chǎng)合。,模擬電路教改課程多媒體課件,8.5.3 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）,得濾波電路傳遞函數(shù),（二階）,8.5.3 二階有源濾波電路,1. 壓控電壓源低通濾波電路,令,稱(chēng)為通帶增益,稱(chēng)為特征角頻率,稱(chēng)為等效品質(zhì)因數(shù),則,用 代入，可得傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)：,8.5.3 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(yīng),相頻響應(yīng),8.5.3 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(yīng)波特圖,8.5.3 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(duì)換，便成為高通電路。,傳遞函數(shù),歸一化的幅頻響應(yīng),8.5.3 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(yīng)波特圖,8.5.3 二階有源濾波電路,3. 壓控電壓源帶通濾波電路,可由低通和高通串聯(lián)得到,模擬電路教改課程多媒體課件,8.5.3 二階有源濾波電路,3. 壓控電壓源帶通濾波電路,傳遞函數(shù),得,模擬電路教改課程多媒體課件,8.5.3 二階有源濾波電路,歸一化的幅頻響應(yīng)波特圖,3. 壓控電壓源帶通濾波電路,模擬電路教改課程多媒體課件,8.5.3