模擬電子技術(shù)基本教程華成英主編 精選文檔

1、第八章,信號(hào)的運(yùn)算和濾波,8.1,集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路,8.2,模擬乘法器及其在運(yùn)算電路中的應(yīng)用,8.3,有源濾波電路,8.1,集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路,一、比例運(yùn)算電路,二、加減運(yùn)算電路,三、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路,四,、對數(shù)運(yùn)算電路和指數(shù)運(yùn)算電路,一、比例運(yùn)算電路,1.,反相比例電路,2.,同相比例電路,二、加減運(yùn)算電路,1.,反相求和,2.,同相求和,設(shè),R,1,R,2,R,3,R,4,R,R,f,3.,加減運(yùn)算,利用求和運(yùn)算電路的分析結(jié)果,R,u,i,i,R,I,C,?,?,對輸入電壓的極性和幅值有何要求？,R,I,u,U,u,u,S,I,T,BE,O,l,n,?,?,?,?,四、

2、對數(shù)運(yùn)算電路和指數(shù)運(yùn)算電路,1.,對數(shù)運(yùn)算,實(shí)用電路中常常采取措施,消除,I,S,對運(yùn)算關(guān)系的影響,T,BE,e,S,C,U,u,I,i,?,利用,PN,結(jié)端電,壓與電流的關(guān)系,實(shí)際,極性,I,CM,限制其值,集成對數(shù)運(yùn)算電路,T,BE,1,e,S,3,I,I,1,C,U,u,I,R,u,i,i,?,?,?,3,S,I,T,BE1,ln,R,I,u,U,u,?,S,T,BE2,l,n,I,I,U,u,R,?,同理，,3,I,T,B,E,1,B,E,2,P2,N,2,ln,R,I,u,U,u,u,u,u,R,?,?,?,?,?,3,I,T,5,2,N2,5,2,O,ln,),1,(,),1,(,

3、R,I,u,U,R,R,u,R,R,u,R,?,?,?,?,?,熱敏電阻？溫度系數(shù)為正？為負(fù)？,q,kT,U,?,T,BE,I,u,u,?,對輸入電壓的極性和幅值有何要求？,T,I,e,S,O,U,u,R,R,I,R,i,u,?,?,?,?,2.,指數(shù)運(yùn)算電路,T,I,e,S,E,U,u,R,I,i,i,?,?,3.,乘法、除法運(yùn)算電路,8.2,模擬乘法器及其在,運(yùn)算電路中的應(yīng)用,一、模擬乘法器簡介,二、在運(yùn)算電路中的應(yīng)用,一、模擬乘法器簡介,1.,變跨導(dǎo)型模擬乘法器的基本原理,X,c,m,c,C2,C1,O,),(,u,R,g,R,i,i,u,?,?,?,?,?,T,T,EQ,m,2,U,I

4、,U,I,g,?,?,e,BE3,Y,R,u,u,I,?,?,e,T,Y,m,BE3,Y,2,R,U,u,g,u,u,?,?,，則,若,Y,X,e,T,c,O,2,u,u,R,U,R,u,?,?,實(shí)際電路需在多方面改進(jìn)，如線性度、溫度的影響、,輸入電壓的極性等方面。,理想情況下，,r,i1,、,r,i2,、,f,H,為,無窮大，,失調(diào)電壓、電流及其,溫漂為,0,，,r,o,為,0,，,u,x,、,u,y,幅值,和頻率變化時(shí),k,值不變。,有單象限、兩象限和四象限,之分。,2.,模擬乘法器的符號(hào)及等效電路,Y,X,O,u,ku,u,?,),cos2,1,(,2,sin,2,sin,2,2,i,2

5、,2,i,O,i,I,t,kU,t,kU,u,t,U,u,?,?,?,?,?,?,?,則,若,二、在運(yùn)算電路中的應(yīng)用,2.,乘方運(yùn)算,1.,乘法運(yùn)算,I2,I1,O,u,k,u,u,?,實(shí)際的模擬乘法器,k,常為,+0.1V,-1,或,0.1V,-1,。,若,k=,+0.1V,-1,，,u,I1,=,u,I2,=10V,，,則,u,O,=10V,。,2,I,O,ku,u,?,實(shí)現(xiàn)了對正弦波,電壓的二倍頻變換,為使電路引入的是負(fù)反饋，,k,和,u,I2,的極性應(yīng)如何？,2,1,i,i,?,3.,除法運(yùn)算,I2,I1,1,2,O,ku,u,R,R,u,?,?,?,運(yùn)算電路中集成運(yùn)放必須引入負(fù)反饋！

6、,?,1,i,2,i,?,?,若集成運(yùn)放的同相輸入端與,反相輸入端互換，則,k,和,u,I2,的,極性應(yīng)如何？,2,O,1,I1,R,u,R,u,?,?,O,I2,I1,1,2,O,u,u,k,u,R,R,u,?,?,?,?,條件：,同極性,2,O,I,1,2,O,ku,u,R,R,u,?,?,?,?,為實(shí)現(xiàn)上式，電路中,u,I,、,u,O,、,k,的極性是什么？為什么？,4.,開方運(yùn)算,I,1,2,O,u,kR,R,u,?,?,?,若集成運(yùn)放的負(fù)反饋通路中為某種運(yùn)算電路，則整個(gè)電,路實(shí)現(xiàn)其逆運(yùn)算！,如何實(shí)現(xiàn)開三次方運(yùn)算電路？,若要,u,O,0,，則有何變化？,若要求,u,I,、,u,O,均大

7、于,0,，則有何變化？,8.3,有源濾波電路,一、概述,二、低通濾波器,三、高通、帶通、帶阻濾波器,四、狀態(tài)變量型濾波器,1.,濾波電路的功能,使指定頻段的信號(hào)順利通過，其它頻率的信號(hào)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,用幅頻特性描述濾波特性，要研究,、,(,f,P,、下降速率,),。,p,u,A,?,u,A,?,高通濾波器（,HPF,）,帶通濾波器（,BPF,）,帶阻濾波器（,BEF,）,）,全通濾波器（,APF,）,）,理想濾波器的幅頻特性,阻容耦合,通信電路,抗已知頻率的干擾,f-,轉(zhuǎn)換,p,p

8、,p,1,1,1,j,1,1,2,1,j,u,u,u,A,A,RC,f,A,f,RC,f,?,?,?,?,?,?,?,空載：,p,p,L,p,L,L,p,j,1,),(,2,1,f,f,A,A,C,R,R,f,R,R,R,A,u,u,u,?,?,?,?,?,?,?,?,帶載：,空載時(shí),帶負(fù)載時(shí),3.,無源濾波電路和有源濾波電路,負(fù)載變化，通,帶放大倍數(shù)和截,止頻率均變化。,積分電路,無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負(fù)載變化；有源濾波電路的,濾波參數(shù)不隨負(fù)載變化，可放大。,無源濾波電路可用于高電壓大電流，如直流電源中的濾,波電路；有源濾波電路是信號(hào)處理電路，其輸出電壓和電,流的大小受有源元件自身參數(shù)和供

9、電電源的限制。,有源濾波電路,用電壓跟隨,器隔離濾波電,路與負(fù)載電阻,二、低通濾波器,求解傳遞函數(shù)時(shí)，只需將放大倍數(shù)中的,j,用,s,取代即可；,s,的方次稱為階數(shù)。,1,2,p,1,R,R,A,u,?,?,?,RC,f,2,1,p,?,p,p,j,1,f,f,A,A,u,u,?,?,?,?,頻率趨于,0,時(shí)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(jìn)入高頻段,的下降速率為,20dB/,十倍頻,（,1,）一階電路,1.,同相輸入,經(jīng)拉氏變換得,傳遞函數(shù)：,sRC,R,R,sC,R,sC,R,R,s,U,s,U,s,A,u,?,?,?,?,?,?,?,?,1,1,),1,(,1,1,)

10、,1,(,),(,),(,),(,1,2,1,f,i,o,一階電路,幅頻特性,),2,1,(,j,1,1,p,p,p,1,2,p,RC,f,f,f,A,A,R,R,A,u,u,u,?,?,?,?,?,?,?,?,為了使過渡帶變窄，需,采用多階濾波器，即增加,RC,環(huán)節(jié)。,p,p,|,0,.,7,0,7,|,|,2,0,/,u,p,u,f,f,A,u,A,f,f,A,d,B,?,?,?,?,?,時(shí),，,|,|,時(shí),，,2,0,l,g,|,按,十,倍,頻,程,下,降,（,2,）簡單二階,LPF,M,2,2,P,i,1,1,2,1,M,j,1,),j,1,),j,1,(,j,1,),j,1,(,j,

11、1,U,C,R,C,U,U,C,R,C,R,C,R,C,U,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,j,3,),(,1,1,),1,(,0,2,0,1,2,f,f,f,f,R,R,A,u,?,?,?,?,?,截止頻率,f,p, 0.37,f,0,RC,f,2,1,0,?,特征頻率,分析方法：電路引入了負(fù)反饋，具有“虛短”和“虛斷”,的特點(diǎn)利用節(jié)點(diǎn)電流法求解輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。,C,1,=,C,2,（,3,）壓控電壓源二階,LPF,引入正反饋,為使,f,p,=,f,0,，且在,f,=,f,0,時(shí)幅頻特性按,40dB/,十倍頻下降。,f,0,時(shí)，,C,1,斷路

12、，正反饋,斷開，放大倍數(shù)為通帶放大,倍數(shù)。,f,，,C,2,短路，正反饋不,起作用，放大倍數(shù),0,。,因而有可能在,f,=,f,0,時(shí)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(hào)正反饋的強(qiáng)弱不同。,C,1,=,C,2,壓控電壓源二階,LPF,的分析,p,p,p,3,0,u,u,u,f,f,u,A,Q,A,A,A,?,?,?,?,?,?,?,?,列,P,、,M,點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電流方程，,整理可得：,p,p,0,3,2,u,f,f,u,u,A,A,A,?,?,?,?,?,?,?,時(shí)，,當(dāng),0,p,2,0,p,3,j,),(,1,f,f,A,f,f,A,A,u,u,u,?,?,?,?,?,?,?,

13、0,p,p,1,;,3,u,u,f,f,u,Q,A,A,A,?,?,?,?,等,效,品,質(zhì),因,數(shù),Q,值合適時(shí)，從,f,0,開始就按,40dB/,十倍頻下降。,O,O,O,三、高通、帶通、帶阻有源濾波器,與,LPF,有對偶性，將,LPF,的電阻和電容互換，就可得一階,HPF,、簡單二階,HPF,、壓控電壓源二階,HPF,電路。,2.,帶通濾波器,（,BPF,）,3.,帶阻濾波器,（,BEF,）,f,H,f,L,f,H,f,L,1.,高通濾波器,（,HPF,）,討論,?,頻率趨于零，電壓放大倍數(shù)趨于通帶放大倍數(shù),的濾波器有哪幾種？,?,頻率趨于無窮大，電壓放大倍數(shù)趨于通帶放大,倍數(shù)的濾波器有哪

14、幾種？,?,頻率趨于零，電壓放大倍數(shù)趨于零的濾波器有,哪幾種？,?,頻率趨于無窮大，電壓放大倍數(shù)趨于零的濾波,器有哪幾種？,四、狀態(tài)變量型濾波器,要點(diǎn)：,?,將比例、積分、求和等基,本運(yùn)算電路組合成自由設(shè),置傳遞函數(shù)、實(shí)現(xiàn)各種濾,波功能的電路，稱為狀態(tài),變量型濾波器。,?,通帶放大倍數(shù)決定于電阻,組成的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。,?,利用“,逆運(yùn)算,”方法。,將,低通環(huán)節(jié),加在負(fù)反饋通路來,實(shí)現(xiàn)高通,。,f, ,時(shí),C,相當(dāng)于短路，兩端電壓近似為,即,A,2,輸出電壓,0,，電路開環(huán)，,A,1,輸出電壓,U,OM,，工作到非線性區(qū)；,需引入負(fù)反饋決定通帶放大倍數(shù)。,6,R,4,6,p,1,R,R,A,u,?,?,?,二階狀態(tài)變量濾波器的組成,帶通,),(,o2,s,U,低通,),(,o3,s,U,帶阻,),(,o4,s,U,5,R,高通,),(,o1,s,U,6,R,運(yùn)算電路與有源濾波器的比較,?,相同之處,電路中