模擬電子技術(shù)7信號(hào)的運(yùn)算與處理電路

1、第七章 信號(hào)的運(yùn)算與處理電路,7.1 比例電路,7.2 基本運(yùn)算電路,7.3 對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)電路,7.4 集成模擬乘法器,7.5 有源濾波器,預(yù)備知識(shí)：集成運(yùn)放的兩種工作狀態(tài),1. 運(yùn)放的電壓傳輸特性：,設(shè)：電源電壓±VCC=±10V。 運(yùn)放的Aod=104,│Ui│≤1mV時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。,Aod越大，線性區(qū)越小，當(dāng)Aod →∞時(shí)，線性區(qū)→0,2.理想運(yùn)算放大器：,開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)

2、Aod=∞差摸輸入電阻 Rid=∞輸出電阻 Ro=0,為了擴(kuò)大運(yùn)放的線性區(qū)，給運(yùn)放電路引入負(fù)反饋：,理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件： 電路中有負(fù)反饋！,運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析方法：虛短（u+=u-）虛斷（ii+=ii-=0）,3. 線性區(qū),4. 非線性區(qū)（正、負(fù)飽和狀態(tài)）,,運(yùn)放工作在非線性區(qū)的條件：電路開(kāi)環(huán)工作或引入正反饋！,運(yùn)放工作在非線性區(qū)的分析方法在下一章討論,7.1 比例運(yùn)算電路,一. 反相

3、比例運(yùn)算,虛地點(diǎn),i1=if （虛斷）,因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷,u+ =0,u－=u+=0（虛地）,反饋方式：,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電壓放大倍數(shù):,例題1. R1=10k? , Rf=20k? , ui =-1V。求:uo 、Ri。說(shuō)明R0的作用， R0應(yīng)為多大？,特點(diǎn)：共模輸入電壓=0（u－=u+=0）缺點(diǎn)：輸入電阻?。?Ri=R1）,R0為平衡電阻(使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等):R0=R1//Rf,采用T型反饋網(wǎng)絡(luò)的反

4、相比例電路,目的：在高比例系數(shù)時(shí)，避免R1阻值太小，使輸入電阻太小。,分析：u+=u-=0（虛短） i1=i2 （虛斷）,二. 同相比例運(yùn)算電路,u-= u+= ui,i1=if （虛斷）,平衡電阻R=Rf//R1,因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷,反饋方式：,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,特點(diǎn)：輸入電阻高缺點(diǎn)：共模輸入電壓≠0（u－=u+=ui）,電壓放大倍數(shù):,Au=1,三.電壓跟隨器,此電路是同相比例運(yùn)算的特殊情況

5、，輸入電阻大，輸出電阻小。在電路中作用與分立元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。,ui=u+= u-= uo,因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷：,1. 反相加法器：,若R1 =R2 =R,,平衡電阻R0= R1// R2//Rf,i1 + i2= if,7.2 基本運(yùn)算電路,一. 加法運(yùn)算電路,虛地,2. 同相求和運(yùn)算：,當(dāng)R1 = R2 = Rf = R時(shí),,同相比例運(yùn)算:,二. 減法運(yùn)算電路,1、利用加法器和反相比例器,,

6、疊加原理,2、差動(dòng)減法器,ui1作用,ui2作用,綜合：,,,,則有：,1. 積分電路,三. 積分和微分電路,反相積分器：如果u i=直流電壓,輸出將反相積分，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后輸出飽和。,,,,積分時(shí)間,設(shè)Uom=15V,ui=+3V, R=10k? ,C=1?F,求積到飽和值的時(shí)間：,EWB演示——積分器,練習(xí): 畫(huà)出在給定輸入波形作用下積分器的輸出波形。,應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出是三角波。,2. 微分電路：,u-=

7、 u+= 0,,一. 對(duì)數(shù)電路,7.3 對(duì)數(shù)和反對(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：ui必須大于零，電路的輸出電壓小于0.7V,利用虛短和虛斷，有,用三極管實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算,二. 反對(duì)數(shù)（指數(shù)）電路,uO是ui的反對(duì)數(shù)運(yùn)算（指數(shù)運(yùn)算）,用三極管實(shí)現(xiàn)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)電路溫漂很嚴(yán)重，實(shí)際電路都有溫度補(bǔ)償電路,基本原理,三. 對(duì)數(shù)反對(duì)數(shù)型模擬乘法器,舉例：,若取 R1

8、＝R2＝R3＝R4＝R，可得：,對(duì)于差放有：,7.4 集成模擬乘法器,一.基本原理,模擬乘法器功能：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬量相乘,其中K為比例因子，,量綱:V-1,符號(hào)：,二.模擬乘法器的應(yīng)用,1. 乘法運(yùn)算,立方運(yùn)算電路,2. 平方和立方運(yùn)算,平方運(yùn)算電路,uo=KuXuY,uo=K(ui)2,uo=K2(ui)3,3. 除法運(yùn)算電路,根據(jù)虛斷,如果令K= R2 / R1則:,注意：為保證電路為負(fù)反饋，必須有：,,EWB演示——除法器,4. 開(kāi)

9、平方運(yùn)算電路,ui為負(fù)值！,負(fù)反饋條件？,,有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。,濾波器的功能：對(duì)頻率進(jìn)行選擇,過(guò)濾掉噪聲和干擾信號(hào)，保留下有用信號(hào)。,7.5 有源濾波電路,濾波器的分類：,低通濾波器（LPF） 高通濾波器（HPF） 帶通濾波器（BPF） 帶阻濾波器（BEF）,各種濾波器理想的幅頻特性：,（1）低通,（2）

10、高通,（1）帶通,（1）帶阻,濾波器的用途,濾波器主要用來(lái)濾除信號(hào)中無(wú)用的頻率成分，例如，有一個(gè)較低頻率的信號(hào)，其中包含一些較高頻率成分的干擾。,1. 一階RC低通濾波器(無(wú)源),一. 低通有源濾波器,傳遞函數(shù)：,截止頻率：,幅頻特性：,幅頻特性：,2.一階有源低通濾波器,傳遞函數(shù)：,通帶增益：,截止頻率：,幅頻特性及幅頻特性曲線,傳遞函數(shù)：,幅頻特性：,缺點(diǎn)：阻帶衰減太謾。,3.二階有源低通濾波器,傳遞函數(shù)：,當(dāng) Ao＜3時(shí)，濾波器可

11、以穩(wěn)定工作 。 此時(shí)特性與Q有關(guān)。當(dāng)Q=0.707時(shí)，幅頻特性較平坦。 當(dāng)f＞＞fL時(shí)，幅頻特性曲線的斜率 為-40dB/dec。,當(dāng)Ao≥3時(shí)，源濾波器自激。,幅頻特性及幅頻特性曲線,傳遞函數(shù)：,通帶增益：,截止頻率：,二. 高通有源濾波器,1.一階有源高通濾波器,幅頻特性：,缺點(diǎn)：阻帶衰減太謾。,幅頻特性及幅頻特性曲線,傳遞函數(shù)：,2. 二階有源高通濾波器,由此繪出頻率響應(yīng)特性曲線,(2)通帶增益,（1）幅頻特性：,其中：,當(dāng)

12、AO≥3時(shí)，電路自激。,幅頻特性曲線,當(dāng) Ao＜3時(shí)，濾波器可以穩(wěn)定工作 。 此時(shí)特性與Q有關(guān)。當(dāng)Q=0.707時(shí)，幅頻特性較平坦。 當(dāng)f ＜＜ fL時(shí)，幅頻特性曲線的斜率為+40dB/dec。,可由低通和高通串聯(lián)得到,低通截止頻率,高通截止頻率,必須滿足,三. 有源帶通濾波器,,可由低通和高通并聯(lián)得到,必須滿足,四. 有源帶阻濾波器,本章小結(jié),1．集成運(yùn)放可以構(gòu)成加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)等多種運(yùn)算電路。在這些電路中

13、，均存在深度負(fù)反饋。因此，運(yùn)放工作在線性放大狀態(tài)。這時(shí)可以使用理想運(yùn)放模型對(duì)電路進(jìn)行分析，“虛短”和“虛斷”的概念是電路分析的有力工具。2．集成模擬乘法器是一種重要的模擬集成電路，在信號(hào)處理和頻率變換方面得到了廣泛的應(yīng)用。集成模擬乘法器內(nèi)部電路較為復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)工藝的要求也較高。熟練掌握這種器件在各種運(yùn)算電路中的使用方法，是要求的重點(diǎn)。3．有源濾波器是一種重要的信號(hào)處理電路，它可以突出有用頻段的信號(hào)，衰減無(wú)用頻段的信號(hào)，抑制干擾和噪聲