模擬電子技術(shù)第七章信號的運算和處理課件

1、模擬電子技術(shù)第七章信號的運算和處理模擬電子技術(shù)第七章信號的運算和處理第七章 信號和運算和處理研究的問題1. 什么是運算電路：運算電路的輸出電壓是輸入電壓某種運算的結(jié)果，如加、減、乘、除、乘方、開方、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)等。2. 描述方法：運算關(guān)系式 uOf (uI)3. 分析方法：“虛短”和“虛斷”是基本出發(fā)點。1. 識別電路2. 求解運算關(guān)系式學(xué)習(xí)運算電路的基本要求第七章 信號的運算和處理第七章 信號和運算和處理研究的問題1. 什么是運算電路：運算第七章 信號的運算和處理第一節(jié) 基本運算電路第二節(jié) 積分、微分運算電路第三節(jié) 對數(shù)、指數(shù)運算電路第四節(jié) 模擬乘法器及其應(yīng)用第五節(jié) 有源濾波目 錄

2、第七章 信號的運算和處理第七章 信號的運算和處理第一節(jié) 基本運算電路目 錄第一、理想運放的參數(shù)特點 Aod、 rid 、fH 均為無窮大，ro、失調(diào)電壓及其溫漂、失調(diào)電流及其溫漂、噪聲均為0。 因為uO為有限值， Aod，所以 uNuP0，即 uNuP虛短路因為rid，所以 iNiP0虛斷路電路特征：引入電壓負反饋。無源網(wǎng)絡(luò)第一節(jié) 基本運算電路目錄第七章 信號的運算和處理一、理想運放的參數(shù)特點 Aod、 rid 、fH 均二、反相比例電路引入了哪種組態(tài)的負反饋？電路的輸入電阻為多少？3) R？為什么？4) 若要Ri100k，比例系數(shù)為100，R1？ Rf？Rf太大，噪聲大。如何利用相對小的電阻

3、獲得100的比例系數(shù)？+_iN=iP=0，uN=uP=0虛地在節(jié)點N：第一節(jié) 基本運算電路目錄第七章 信號的運算和處理二、反相比例電路引入了哪種組態(tài)的負反饋？Rf太大，噪聲大。如運算關(guān)系的分析方法：節(jié)點電流法三、同相比例電路引入了哪種組態(tài)的負反饋？輸入電阻為多少？電阻R？為什么？共模抑制比KCMR時會影響運算精度嗎？為什么？第一節(jié) 基本運算電路1. 基本電路目錄第七章 信號的運算和處理運算關(guān)系的分析方法：節(jié)點電流法三、同相比例電路引入了哪種組態(tài)第一節(jié) 基本運算電路三、同相比例1. 電壓跟隨器目錄第七章 信號的運算和處理第一節(jié) 基本運算電路三、同相比例1. 電壓跟隨器目錄第七章四、加減運算電路

4、1. 反相求和方法一：節(jié)點電流法第一節(jié) 基本運算電路方法二：利用疊加原理 首先求解每個輸入信號單獨作用時的輸出電壓，然后將所有結(jié)果相加，即得的所有輸入信號同時作用時的輸出電壓。目錄第七章 信號的運算和處理四、加減運算電路 1. 反相求和方法一：節(jié)點電流法第一節(jié) 2、同相求和利用疊加原理求解： 令uI2= uI3=0，求uI1單獨作用時的輸出電壓 同理可得， uI2、 uI3單獨作用時的uO2、 uO3，形式與uO1相同， uO =uO1+uO2+uO3 。 物理意義清楚，計算麻煩！ 第一節(jié) 基本運算電路目錄第七章 信號的運算和處理2、同相求和利用疊加原理求解： 同理可得， uI2、 若 R1

5、R2 R3 R4 R Rf前提是滿足電阻平衡條件第一節(jié) 基本運算電路目錄第七章 信號的運算和處理若 R1 R2 R3 R4 R Rf前提是滿足第3. 加減運算設(shè) R1 R2 Rf R3 R4 R5若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?實現(xiàn)了差分放大電路第一節(jié) 基本運算電路目錄第七章 信號的運算和處理3. 加減運算設(shè) R1 R2 Rf R3 R4 一、積分運算電路第二節(jié) 積分、微分運算電路1.推導(dǎo)關(guān)系式目錄第七章 信號的運算和處理一、積分運算電路第二節(jié) 積分、微分運算電路1.推導(dǎo)關(guān)系式目移相1) 輸入為階躍信號時的輸出電壓波形？2) 輸入為方波時的輸出電壓波形？3) 輸入為正弦波時的輸出電

6、壓波形？線性積分，延時波形變換第二節(jié) 積分、微分運算電路2. 積分電路的應(yīng)用目錄第七章 信號的運算和處理移相1) 輸入為階躍信號時的輸出電壓波形？2) 輸入為方波時 為了克服集成運放的阻塞現(xiàn)象和自激振蕩，實用電路應(yīng)采取措施。限制輸入電流限制輸出電壓幅值滯后補償?shù)诙?jié) 積分、微分運算電路二、微分運算電路目錄第七章 信號的運算和處理 為了克服集成運放的阻塞現(xiàn)象和自激振蕩，實用電路應(yīng)采取對輸入電壓的極性和幅值有何要求？一、對數(shù)運算實用電路中常常采用措施消除IS對運算關(guān)系的影響利用PN結(jié)端電壓與電流的關(guān)系第三節(jié) 對數(shù)、指數(shù)運算電路目錄第七章 信號的運算和處理對輸入電壓的極性和幅值有何要求？一、對數(shù)運算

7、實用電路中常常采對輸入電壓的極性和幅值有何要求？第三節(jié) 對數(shù)、指數(shù)運算電路二、指數(shù)運算目錄第七章 信號的運算和處理對輸入電壓的極性和幅值有何要求？第三節(jié) 對數(shù)、指數(shù)運算電路 理想情況下，ri1、 ri2、fH為無窮大， 失調(diào)電壓、電流及其溫漂為0，ro為0， ux 、uy 幅值變化時 k 值不變。 有單象限、兩象限和四象限之分。一、模擬乘法器簡介第四節(jié) 模擬乘法器及其應(yīng)用目錄第七章 信號的運算和處理 理想情況下，ri1、 ri2、fH為無窮大， 失調(diào)2. 乘方運算1.乘法運算 實際的模擬乘法器k常為+0.1V-1或0.1V-1。 若k= +0.1V-1，uI1= I2=10V，則 uO=10V

8、。實現(xiàn)了對正弦波電壓的二倍頻變換第四節(jié) 模擬乘法器及其應(yīng)用一、模擬乘法器在運算電路中的應(yīng)用目錄第七章 信號的運算和處理2. 乘方運算1.乘法運算 實際的模擬乘法器k常為+ 為使電路引入的是負反饋，k和uI2的極性應(yīng)如何？3.除法運算運算電路中集成運放必須引入負反饋！ 若集成運放的同相輸入端與反相輸入端互換，則k和uI2的極性應(yīng)如何？第四節(jié) 模擬乘法器及其應(yīng)用目錄第七章 信號的運算和處理 為使電路引入的是負反饋，k和uI2的極性應(yīng)如何？3.為滿足上式，電路中uI、 uO、k的極性是什么？為什么？4、開方運算 當(dāng)集成運放的負反饋通路中為某種運算電路，則整個電路實現(xiàn)其逆運算，如除法運算電路、開方運算

9、電路。若uO0則有何變化？第四節(jié) 模擬乘法器及其應(yīng)用目錄第七章 信號的運算和處理為滿足上式，電路中uI、 uO、k的極性是什么？為什么？4、1.濾波電路的功能 使指定頻段的信號順利通過，其它頻率的信號被衰減。2.濾波電路的種類低通濾波器（LPF）通帶放大倍數(shù)通帶截止頻率下降速率理想幅頻特性無過渡帶一、概述第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理1.濾波電路的功能2.濾波電路的種類低通濾波器（LPF）通帶高通濾波器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF）全通濾波器（APF）阻容耦合通信電路抗已知頻率的干擾f-轉(zhuǎn)換第五節(jié) 有源濾波2.濾波電路的種類目錄第七章 信號的運算和處理高通濾波

10、器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF）空載時帶負載時3.無源濾波電路 負載變化，通帶放大倍數(shù)和截止頻率均變化。第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理空載時帶負載時3.無源濾波電路 負載變化，通帶放大倍數(shù) 無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負載變化；有源濾波電路的濾波參數(shù)不隨負載變化，可放大，不能輸出高電壓大電流。 用電壓跟隨器隔離濾波電路與負載電阻4. 有源濾波電路第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理 無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負載變化；有源濾波電路的濾波二、低通濾波器一階LPF經(jīng)拉氏變換得傳遞函數(shù)頻率趨于0時的放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)決定于RC環(huán)節(jié)表明進入高頻段的下降速率為20

11、dB/十倍頻1.一階低通第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理二、低通濾波器一階LPF經(jīng)拉氏變換得傳遞函數(shù)頻率趨于0時的放2.一階低通幅頻特性 為了使過渡帶變窄，需采用多階濾波器，即增加RC環(huán)節(jié)。在Au(s)表達式分母中s的方次就是濾波器的階數(shù)。第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理2.一階低通幅頻特性 為了使過渡帶變窄，需采用多階濾波3. 簡單二階LPF截止頻率 fp 0.37f0分析方法：電路引入了負反饋利用節(jié)點電流法求解輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理3. 簡單二階LPF截止頻率 fp 0.37f0分析方4. 壓控電壓源二階LPF引入正反饋為使 fp=f0，且在f=f0時幅頻特性按40dB/十倍頻下降。 f0時，C1斷路，正反饋斷開，放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)； f ， C2短路，正反饋不起作用，放大倍數(shù)小0 ； 因而有可能在f = f 0時放大倍數(shù)等于或大于通帶放大倍數(shù)。對于不同頻率的信號正反饋的強弱不同。第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理4. 壓控電壓源二階LPF引入正反饋為使 fp=f0，且在f 列P、M點的節(jié)點電流方程，整理可得：4. 壓控電壓源二階LPF第五節(jié) 有源濾波目錄第七章 信號的運算和處理 列P、M點的節(jié)點