08 信號的運算與處理電路.ppt

1、模擬電子線路教改課程多媒體課件,第八章課前導(dǎo)讀：,由運算放大器構(gòu)成的信號處理電路在實際中運用十分廣泛。本章將重點介紹各種基本運算電路的電路組成和工作原理，同時簡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 信號的運算與處理電路,8.1 基本運算電路,8.2 實際運放電路的誤差分析,8.3 對數(shù)和反對數(shù)運算電路,8.5 有源濾波電路,8.1 基本運算電路, 比例運算電路, 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. 比例運算電路,電壓并聯(lián)負反饋,由第7章可知，電路為負反饋電路。,即電路處于深度負反饋條件下，虛短和虛斷成立。,（1）反相比例運算電路,

2、利用虛短和虛斷得,運算放大器輸入端無共模信號 運算電路輸入電阻較小,由于運放的增益一般有 ，,所以,輸出與輸入反相,1. 比例運算電路,電壓串聯(lián)負反饋,（2）同相比例運算電路,利用虛短和虛斷得,運算放大器輸入端有共模信號 運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點的KCL得：,若,則有,（加法運算）,輸出再接一級反相電路,可得,3. 減法電路,第一級反相比例,第二級反相加法,（1）利用反相信號求和以實現(xiàn)減法運算,即,當(dāng) 時,得,（減法運算）,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現(xiàn)減法運算,當(dāng),則,若繼續(xù)有,則

3、,根據(jù)虛短、虛斷和N、P點的KCL得：,4. 積分電路,式中，負號表示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,（積分運算）,當(dāng)vS為階躍電壓時，有,4. 積分電路,vO與 t 成線性關(guān)系,5. 微分電路,8.2 實際運放電路的誤差分析,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 不為零時的情況,1. 共模抑制比KCMR為有限值的情況,同相比例運算電路,閉環(huán)電壓增益,理想情況,越大，誤差越小。,2. VIO、IIO不為零 時的情況,輸入為零時的等效電路,解得誤差電壓,當(dāng) 時

4、，可以 消除偏置電流 引起的 誤差，此時,當(dāng)電路為積分運算時，,即 換成電容C，則,時間越長，誤差越大，且易使輸出進入飽和狀態(tài)。,引起的誤差仍存在,2. VIO、IIO不為零 時的情況,減小誤差的方法,輸入端加補償電路,利用運放自帶的調(diào) 零電路,模擬電路教改課程多媒體課件,8.3 對數(shù)和反對數(shù)運算電路, 對數(shù)運算電路, 反對數(shù)運算電路,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的對數(shù)運算。,1. 對數(shù)運算電路,利用PN結(jié)的指數(shù)特性實現(xiàn)對數(shù)運算,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，,vO是vS的反對數(shù)

5、運算（指數(shù)運算）,2. 反對數(shù)運算電路,利用虛短和虛斷，電路有,要求,以上兩個電路溫漂很嚴(yán)重，實際電路都有溫度補償電路,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,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通過而同時抑制或衰減無 用頻率信號得電子裝置。,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，有,其中, 模，幅頻響應(yīng), 相位角，相頻響應(yīng),時延響

6、應(yīng)為,模擬電路教改課程多媒體課件,2. 分類,低通（LPF）,希望抑制50Hz的干擾信號，應(yīng)選用哪種類型的濾波電路？,高通（HPF）,帶通（BPF）,帶阻（BEF）,全通（APF）,放大音頻信號，應(yīng)選用哪種類型的濾波電路？,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。,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,稱為通帶增益,稱為特征角頻率,稱為等效品質(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