模擬電子技術(shù)教學(xué)課件信號(hào)的運(yùn)算和處理教學(xué)課件PPT

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 童詩白、華成英主編童詩白、華成英主編 主講人：葉雙 信息工程系電子技術(shù)教研室 第七章第七章 信號(hào)的運(yùn)算和處理信號(hào)的運(yùn)算和處理 7.1 概述概述 一、電子系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、電子系統(tǒng)簡(jiǎn)介 傳感器傳感器 接收器接收器 隔離、濾波隔離、濾波 放大、阻抗放大、阻抗 變換變換 運(yùn)算、轉(zhuǎn)運(yùn)算、轉(zhuǎn) 換、比較換、比較 功率放大功率放大 a/d轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 第七章第七章第七章第七章 第八章第八章 第九章第九章 信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生 第十章第十章 二、理想運(yùn)放的參數(shù)特點(diǎn)二、理想運(yùn)放的參數(shù)特點(diǎn) aod、 rid 、fh 均均為無窮大為無窮大，ro、失調(diào)電壓及其溫漂、失調(diào)電壓及其溫漂、 失調(diào)電流

2、及其溫漂、噪聲均為失調(diào)電流及其溫漂、噪聲均為0。 三、集成運(yùn)放的線性工作區(qū)三、集成運(yùn)放的線性工作區(qū) uoaod(up un) 因?yàn)橐驗(yàn)閡o為有限值，為有限值， aod，所以，所以 unup0，即，即 unup虛短路虛短路 因?yàn)橐驗(yàn)閞id，所以，所以 inip0虛斷路虛斷路 無源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò) 電路特點(diǎn)：引入電壓負(fù)反饋電路特點(diǎn)：引入電壓負(fù)反饋 四、研究的問題四、研究的問題 （1） 運(yùn)算電路：運(yùn)算電路：運(yùn)算電路的輸出電壓是輸入電壓某種運(yùn)算電路的輸出電壓是輸入電壓某種運(yùn)算運(yùn)算 的結(jié)果，如加、減、乘、除、開方、積分、微分、對(duì)數(shù)、指數(shù)。的結(jié)果，如加、減、乘、除、開方、積分、微分、對(duì)數(shù)、指數(shù)。 （2）描述方

3、法：運(yùn)算關(guān)系式）描述方法：運(yùn)算關(guān)系式 uof(ui) （3）分析方法：）分析方法：虛短虛短和和虛斷虛斷是基本出發(fā)點(diǎn)。是基本出發(fā)點(diǎn)。 五、學(xué)習(xí)運(yùn)算電路的基本要求五、學(xué)習(xí)運(yùn)算電路的基本要求 （1）、識(shí)別電路：）、識(shí)別電路： （2）、求解運(yùn)算關(guān)系式）、求解運(yùn)算關(guān)系式 虛地 0 0 pn pn uu ii r u ii r i f n：在節(jié)點(diǎn) i f o u r r u 7.2 7.2 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路 一、比例運(yùn)算電路 1、反相輸入、反相輸入 1) 電路引入了哪種組態(tài)的負(fù)反饋？電路引入了哪種組態(tài)的負(fù)反饋？ 2) 電路的輸入電阻為多少？電路的輸入電阻為多少？ 3) r？為什么？為什么？ 4)

4、若要若要ri100k，比例系數(shù)為，比例系數(shù)為100，r？ rf？ rf太大，噪聲大。如何利用相對(duì)太大，噪聲大。如何利用相對(duì) 小的電阻獲得小的電阻獲得-100的比例系數(shù)？的比例系數(shù)？ t 型反饋網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路型反饋網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路 3 m 3432mo i 1 2 m 1 i 12 , )( , r u iriiuu u r r u r u ii i 3 42 1 42 o )1 (u r rr r rr u ？，則，若比例系數(shù)為 ？，則若要求 342 1i k100100 k100 rrr rr 2、同相輸入、同相輸入 么？影響運(yùn)算精度嗎？為什 為什么？ ？電路的輸入電阻為多少 負(fù)反

5、饋？電路引入了哪種組態(tài)的 cmr )4 ? 3) )2 ) 1 k r i f o n f o ipn )1 ( )1 ( u r r u u r r u uuu 運(yùn)算關(guān)系的分析方法：節(jié)點(diǎn)電流法運(yùn)算關(guān)系的分析方法：節(jié)點(diǎn)電流法 列出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（如同相輸入端、反相輸入端）的電流方列出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（如同相輸入端、反相輸入端）的電流方 程，利用集成運(yùn)放工作在線性區(qū)所具有的程，利用集成運(yùn)放工作在線性區(qū)所具有的“ 虛短虛短 ”和和 “ 虛斷虛斷 ”的特點(diǎn)，求解輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系式。的特點(diǎn)，求解輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系式。 io uuuu pn 電壓跟隨器： 同相比例運(yùn)算電路的特例：電壓跟隨器同相比例運(yùn)算電

6、路的特例：電壓跟隨器 二、加減運(yùn)算電路二、加減運(yùn)算電路 1、反相求和、反相求和 )( 0 3 i3 2 i2 1 1i fffo 3 i3 2 i2 1 1i 321f pn r u r u r u rriu r u r u r u iiii uu rrr 方法一：節(jié)點(diǎn)電流法 電壓。信號(hào)同時(shí)作用時(shí)的輸出結(jié)果相加，即得到所有 后將所有作用時(shí)的輸出電壓，然首先求解每個(gè)信號(hào)單獨(dú) 方法二：利用疊加原理 i3 3 f i2 2 f i1 1 f o u r r u r r u r r u 2、同相求和、同相求和 設(shè) r1 r2 r3 r4 r rf 煩。物理意義清楚，運(yùn)算麻 單獨(dú)作用： 1 i 4321

7、 432f 1o 1 i )1 ( u rrrr rrr r r u u 4321p 3 i3 2 i2 1 i1 pp p 43213 i3 2 i2 1 i1 4 p 3 pi3 2 pi2 1 pi1 4321 )( ) 1111 ( rrrrr r u r u r u ru u rrrrr u r u r u r u r uu r uu r uu iiii f f 3 i3 2 i2 1 1i p f p f o )( )1 ( r r r u r u r u r r rr u r r u )( 3 i3 2 i2 1 1i fo r u r u r u ru 必不可 少的嗎？ 3、加

8、減運(yùn)算、加減運(yùn)算 )( 2 i2 1 i1 4 i4 3 i3 fo r u r u r u r u ru 設(shè) r1 r2 rf r3 r4 r5)( i1i2 f o uu r r u 若r1 r2 rf r3 r4 r5，uo? 四、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路四、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路 1、積分運(yùn)算、積分運(yùn)算 dt r u c uu r u ii rc i co i 1 )( 1 1o io 2 1 tudtu rc u t t dtu rc u io 1 1) 輸入為階躍信號(hào)時(shí)的輸出電壓波形？輸入為階躍信號(hào)時(shí)的輸出電壓波形？ 2) 輸入為方波時(shí)的輸出電壓波形？輸入為方波時(shí)的輸出電壓波

9、形？ 3) 輸入為正弦波時(shí)的輸出電壓波形？輸入為正弦波時(shí)的輸出電壓波形？ 線性積分線性積分 波形變換波形變換 移相移相 求解圖示各電路輸出和輸入的運(yùn)算關(guān)系 ?)( io ufi 2、微分運(yùn)算電路、微分運(yùn)算電路 riu t u cii r cr o i d d 為了克服集成運(yùn)放的阻為了克服集成運(yùn)放的阻 塞現(xiàn)象和自激振蕩，實(shí)塞現(xiàn)象和自激振蕩，實(shí) 用電路應(yīng)采取措施。用電路應(yīng)采取措施。 限制輸限制輸 入電流入電流 限制輸出限制輸出 電壓幅值電壓幅值 滯后補(bǔ)償滯后補(bǔ)償 t u rcu d d i o 7.3模擬乘法器及其在運(yùn)算電路中的應(yīng)用模擬乘法器及其在運(yùn)算電路中的應(yīng)用 32 12 2 1 )(, ii

10、ooio ukuukukuu 432 12 2 1 , iooio ukkuukuu k和和ui2同符號(hào)同符號(hào) 為了使根號(hào)下正數(shù)，為了使根號(hào)下正數(shù)，ui和和k一定符號(hào)相反。一定符號(hào)相反。 1 i 2 i 單端輸入雙端輸出單端輸入雙端輸出 7.3有源濾波器有源濾波器 7.3.1濾波電路的作用和分類濾波電路的作用和分類 作用：選頻。使指定頻段的信號(hào)順利通過，其他頻率的信號(hào)被衰減作用：選頻。使指定頻段的信號(hào)順利通過，其他頻率的信號(hào)被衰減 分類：分類： f0 f u a lg20 o 通通阻阻 f u a lg20 f0 o 通通阻阻 f1 f u a lg20 o 通通通通 阻阻 f2 f u a

11、lg20 o 通通阻阻阻阻 f1f2 低通濾波器低通濾波器 高通濾波器高通濾波器 帶通濾波器帶通濾波器 帶阻濾波器帶阻濾波器 低通濾波器低通濾波器( (lpf) ) 無源低通濾波器：無源低通濾波器： 電壓放大倍數(shù)為電壓放大倍數(shù)為 p i o j1 1 f f u u a u rc f p 2 1 通帶截止頻率通帶截止頻率 電路缺點(diǎn)：電路缺點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)低，只有，且?guī)ж?fù)載能力差。電壓放大倍數(shù)低，只有，且?guī)ж?fù)載能力差。 解決辦法解決辦法：利用集成運(yùn)放與：利用集成運(yùn)放與 rc 電路組成有源濾波器。電路組成有源濾波器。 由對(duì)數(shù)幅頻特性知，具有由對(duì)數(shù)幅頻特性知，具有“低通低通”的特性。的特性。 7.3.2低通濾波器低通濾波器( (lpf) ) 0.1 db/ p lg20 au au -40 -20 -0 0 f f 110 20db/十倍頻十倍頻 40db/十倍頻十倍頻 一階、二階低通有源濾波電路幅頻特性的比較：一階、二階低通有源濾波電路幅頻特性的比較： 理想特性理想特性 圖圖 7.1.5低通濾波器的幅頻特性低通濾波器的