模拟电子技术第七章信号的运算和处理L.ppt

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1、第七章 信号的运算和处理,模拟电子技术电 子 教 案沈阳工业大学电子技术教研室,第七章 信号的运算和处理,第七章 信号和运算和处理,研究的问题,1.什么是运算电路：运算电路的输出电压是输入电压某种运算的结果，如加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微分、对数、指数等。2.描述方法：运算关系式 uOf(uI)3.分析方法：“虚短”和“虚断”是基本出发点。,1.识别电路2.求解运算关系式,学习运算电路的基本要求,第七章 信号的运算和处理,第七章 信号的运算和处理,第一节 基本运算电路第二节 积分、微分运算电路第三节 对数、指数运算电路第四节 模拟乘法器及其应用第五节 有源滤波,目 录,第七章 信号的运

2、算和处理,一、理想运放的参数特点,Aod、rid、fH 均为无穷大，ro、失调电压及其温漂、失调电流及其温漂、噪声均为0。,因为uO为有限值，Aod，所以 uNuP0，即 uNuP虚短路,因为rid，所以 iNiP0虚断路,电路特征：引入电压负反馈。,无源网络,第一节 基本运算电路,目录,第七章 信号的运算和处理,二、反相比例,电路引入了哪种组态的负反馈？电路的输入电阻为多少？3)R？为什么？4)若要Ri100k，比例系数为100，R1？Rf？,Rf太大，噪声大。如何利用相对小的电阻获得100的比例系数？,+,_,iN=iP=0，uN=uP=0虚地,在节点N：,第一节 基本运算电路,目录,第七

3、章 信号的运算和处理,运算关系的分析方法：节点电流法,三、同相比例,电路引入了哪种组态的负反馈？输入电阻为多少？电阻R？为什么？共模抑制比KCMR时会影响运算精度吗？为什么？,第一节 基本运算电路,1.基本电路,目录,第七章 信号的运算和处理,第一节 基本运算电路,三、同相比例,1.电压跟随器,目录,第七章 信号的运算和处理,四、加减运算电路 1.反相求和,方法一：节点电流法,第一节 基本运算电路,方法二：利用叠加原理 首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得的所有输入信号同时作用时的输出电压。,目录,第七章 信号的运算和处理,2、同相求和,利用叠加原理求解：令uI2

4、=uI3=0，求uI1单独作用时的输出电压,同理可得，uI2、uI3单独作用时的uO2、uO3，形式与uO1相同，uO=uO1+uO2+uO3。物理意义清楚，计算麻烦！,第一节 基本运算电路,目录,第七章 信号的运算和处理,若 R1 R2 R3 R4 R Rf,前提是滿足电阻平衡条件,第一节 基本运算电路,目录,第七章 信号的运算和处理,3.加减运算,设 R1 R2 Rf R3 R4 R5,若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?,实现了差分放大电路,第一节 基本运算电路,目录,第七章 信号的运算和处理,一、积分运算电路,第二节 积分、微分运算电路,1.推导关系式,目录,第七章 信号的运算

5、和处理,移相,1)输入为阶跃信号时的输出电压波形？,2)输入为方波时的输出电压波形？,3)输入为正弦波时的输出电压波形？,线性积分，延时,波形变换,第二节 积分、微分运算电路,2.积分电路的应用,目录,第七章 信号的运算和处理,为了克服集成运放的阻塞现象和自激振荡，实用电路应采取措施。,限制输入电流,限制输出电压幅值,滞后补偿,第二节 积分、微分运算电路,二、微分运算电路,目录,第七章 信号的运算和处理,对输入电压的极性和幅值有何要求？,一、对数运算,实用电路中常常采用措施消除IS对运算关系的影响,利用PN结端电压与电流的关系,第三节 对数、指数运算电路,目录,第七章 信号的运算和处理,对输入

6、电压的极性和幅值有何要求？,第三节 对数、指数运算电路,二、指数运算,目录,第七章 信号的运算和处理,理想情况下，ri1、ri2、fH为无穷大，失调电压、电流及其温漂为0，ro为0，ux、uy 幅值变化时 k 值不变。,有单象限、两象限和四象限之分。,一、模拟乘法器简介,第四节 模拟乘法器及其应用,目录,第七章 信号的运算和处理,2.乘方运算,1.乘法运算,实际的模拟乘法器k常为+0.1V-1或0.1V-1。若k=+0.1V-1，uI1=I2=10V，则 uO=10V。,实现了对正弦波电压的二倍频变换,第四节 模拟乘法器及其应用,一、模拟乘法器在运算电路中的应用,目录,第七章 信号的运算和处理

7、,为使电路引入的是负反馈，k和uI2的极性应如何？,3.除法运算,运算电路中集成运放必须引入负反馈！,若集成运放的同相输入端与反相输入端互换，则k和uI2的极性应如何？,第四节 模拟乘法器及其应用,目录,第七章 信号的运算和处理,为满足上式，电路中uI、uO、k的极性是什么？为什么？,4、开方运算,当集成运放的负反馈通路中为某种运算电路，则整个电路实现其逆运算，如除法运算电路、开方运算电路。,若uO0则有何变化？,第四节 模拟乘法器及其应用,目录,第七章 信号的运算和处理,1.滤波电路的功能 使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。,2.滤波电路的种类,低通滤波器（LPF）,通带放大倍

8、数,通带截止频率,下降速率,理想幅频特性无过渡带,一、概述,第五节 有源滤波,目录,第七章 信号的运算和处理,高通滤波器（HPF）,带通滤波器（BPF）,带阻滤波器（BEF）,全通滤波器（APF）,阻容耦合,通信电路,抗已知频率的干扰,f-转换,第五节 有源滤波,2.滤波电路的种类,目录,第七章 信号的运算和处理,空载时,带负载时,3.无源滤波电路,负载变化，通带放大倍数和截止频率均变化。,第五节 有源滤波,目录,第七章 信号的运算和处理,无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大，不能输出高电压大电流。,用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻,4.有源滤波电路,

9、第五节 有源滤波,目录,第七章 信号的运算和处理,二、低通滤波器,一阶LPF,经拉氏变换得传递函数,频率趋于0时的放大倍数为通带放大倍数,决定于RC环节,表明进入高频段的下降速率为20dB/十倍频,1.一阶低通,第五节 有源滤波,目录,第七章 信号的运算和处理,2.一阶低通幅频特性,为了使过渡带变窄，需采用多阶滤波器，即增加RC环节。在Au(s)表达式分母中s的方次就是滤波器的阶数。,第五节 有源滤波,目录,第七章 信号的运算和处理,3.简单二阶LPF,截止频率 fp 0.37f0,分析方法：电路引入了负反馈利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系。,第五节 有源滤波,目录,第七章 信号的运

10、算和处理,4.压控电压源二阶LPF,引入正反馈,为使 fp=f0，且在f=f0时幅频特性按40dB/十倍频下降。,f0时，C1断路，正反馈断开，放大倍数为通带放大倍数；,f，C2短路，正反馈不起作用，放大倍数小0；,因而有可能在f=f 0时放大倍数等于或大于通带放大倍数。对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。,第五节 有源滤波,目录,第七章 信号的运算和处理,列P、M点的节点电流方程，整理可得：,4.压控电压源二阶LPF,第五节 有源滤波,目录,第七章 信号的运算和处理,三、其它类型有源滤波电路1.高通滤波器（HPF）,与LPF有对偶性，将LPF的电阻和电容互换，就可得一阶HPF、简单二阶HPF、压控电压源二阶HPF电路。,2.带通滤波器（BPF）,3.带阻滤波器（BEF）,fHfL,第五节 有源滤波,目录,