清華模電數(shù)電課件第18講信號的運算

1、第十八講 信號的運算一、概述二、比例運算電路三、加減運算電路四、積分運算電路和微分運算電路一、概述一、概述 1. 電子系統(tǒng)簡介電子系統(tǒng)簡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、阻抗變換變換運算、轉(zhuǎn)運算、轉(zhuǎn)換、比較換、比較功率放大功率放大第七章第七章第八章第八章第九章第九章信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生電子信息系統(tǒng)的供電電源電子信息系統(tǒng)的供電電源第十章第十章2. 理想運放的參數(shù)特點理想運放的參數(shù)特點 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)電流及其溫漂、噪聲均為失調(diào)電流及其溫漂、噪聲均為0。 因為因為uo為有限值，為有限值， a

2、od，所以所以 unup0，即，即 unup虛短路虛短路因為因為rid，所以，所以 inip0虛斷路虛斷路電路特征：引入電壓負(fù)反饋。電路特征：引入電壓負(fù)反饋。無源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò)3. 集成運放的線性工作區(qū)集成運放的線性工作區(qū) uoaod(up un)4. 研究的問題研究的問題 （1）什么是運算電路：運算電路的輸出電壓是輸入電）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。分、微分、對數(shù)、指數(shù)等。 （2）描述方法：運算關(guān)系式）描述方法：運算關(guān)系式 uof (ui) （3）分析方法：

3、）分析方法：“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”是基本出發(fā)點。是基本出發(fā)點。（1）識別電路。）識別電路。（2）求解運算關(guān)系式。）求解運算關(guān)系式。5、學(xué)習(xí)運算電路的基本要求、學(xué)習(xí)運算電路的基本要求二、比例運算電路 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) 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。如何利用相對小太大，噪聲大。如何利用相對小的電阻獲得的電阻獲得100的比例系數(shù)？的比例系數(shù)？+_in=ip=0，un=up=0虛地虛地在節(jié)點在節(jié)點n

4、：ruiirififffourrriut 形反饋網(wǎng)絡(luò)反相比例運算電路形反饋網(wǎng)絡(luò)反相比例運算電路i12murrui342142o)1 (urrrrrru利用利用r4中有較大電流來獲得較大數(shù)值的比例系數(shù)。中有較大電流來獲得較大數(shù)值的比例系數(shù)。432mo)(riiuu1i12ruii3m3 rui ifonfoipn)1 ()1 (urruurruuuu運算關(guān)系的分析方法：節(jié)點電流法運算關(guān)系的分析方法：節(jié)點電流法2. 同相輸入同相輸入ipnouuuu同相輸入比例運算電路的特例：電壓跟隨器同相輸入比例運算電路的特例：電壓跟隨器討論一：討論一： 電路如圖所示，已知電路如圖所示，已知u uo o=-55u

5、=-55ui i，參數(shù)如圖所示。，參數(shù)如圖所示。試求出試求出r r5 5的值；并說明若的值；并說明若u ui i與地接反，則輸出電壓與地接反，則輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系將產(chǎn)生什么變化。與輸入電壓的關(guān)系將產(chǎn)生什么變化。三、加減運算電路三、加減運算電路 1. 反相求和反相求和3i32i211i321fpn 0rururuiiiiuurrr)(3i32i211iffforurururriu方法一：節(jié)點電流法方法一：節(jié)點電流法1. 反相求和反相求和i33fi22fi11fo3o2o1ourrurrurruuuu方法二：利用疊加原理方法二：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

6、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，即得到所有輸入信號同時作用時的輸出電壓。有結(jié)果相加，即得到所有輸入信號同時作用時的輸出電壓。i33fo3i22fo2urruurru同理可得1i1fo1urru2. 同相求和同相求和 設(shè)設(shè) r1 r2 r3 r4 r rf利用疊加原理求解：利用疊加原理求解： 令令ui2= ui3=0，求，求ui1單獨單獨作用時的輸出電壓作用時的輸出電壓 在求解運算電路時，應(yīng)選擇合適的方法，使運算結(jié)果在求解運算電路時，應(yīng)選擇合適的方法，使運算結(jié)果簡單明了，易于計算。簡單明了，易于計算。1i4321432f1o)1 (urrrrrrrrru 同理可得，

7、同理可得， ui2、 ui3單獨作用時的單獨作用時的uo2、 uo3，形式與，形式與uo1相同，相同， uo =uo1+uo2+uo3 。 物理意義清楚，計算麻煩！物理意義清楚，計算麻煩！ 2. 同相求和同相求和 設(shè)設(shè) r1 r2 r3 r4 r rf)()()1 (3i32i211ifnpff3i32i211ipfpforurururrrrrrurururrrrurru)(3i32i211iforurururu與反相求和運算電路與反相求和運算電路的結(jié)果差一負(fù)號的結(jié)果差一負(fù)號4321iiii4p3pi32pi21pi1ruruuruuruup43213i32i21i1)1111(urrrrru

8、ruru)( )(4321p3i32i21i1pprrrrrrurururu必不可少嗎？必不可少嗎？3. 加減運算加減運算 利用求和運算電路的分析結(jié)果利用求和運算電路的分析結(jié)果)(2i21i14i43i3forururururu設(shè)設(shè) r1 r2 rf r3 r4 r5)(i1i2fouurru實現(xiàn)了差分實現(xiàn)了差分放大電路放大電路討論二：討論二： 設(shè)計一個運算電路，要求輸出電壓和輸入電壓設(shè)計一個運算電路，要求輸出電壓和輸入電壓的運算關(guān)系式為的運算關(guān)系式為u uo o=10u=10ui1i1-5u-5ui2i2-4u-4ui3i3四、積分運算電路和微分運算電路四、積分運算電路和微分運算電路 1. 積分運算電路積分運算電路ruiirci)(11o io21tuurcuttio1urcu)()(1 1o12io21itutturcuttu為常量，則在若rucuuico1移相移相利用積分運算的基本關(guān)系實現(xiàn)不同的功能利用積分運算的基本關(guān)系實現(xiàn)不同的功能1) 輸入為階躍信號時的輸出電壓波形？