《模擬電子線路》第9章-楊凌

1、楊楊 凌凌 模模 擬擬 電電 子子 線線 路路 第第9 9章章第第9章章 信號(hào)的運(yùn)算和處理電路信號(hào)的運(yùn)算和處理電路9.0 引言引言 集成運(yùn)算放大器由于價(jià)格低廉集成運(yùn)算放大器由于價(jià)格低廉,性能接近理想性能接近理想,所以廣泛所以廣泛 應(yīng)用于電子電路和電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用于電子電路和電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中.本課程將涉及到運(yùn)算放本課程將涉及到運(yùn)算放 大器的兩大應(yīng)用領(lǐng)域大器的兩大應(yīng)用領(lǐng)域: 1.信號(hào)的運(yùn)算和處理信號(hào)的運(yùn)算和處理 2.信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路有源濾波、精密整流、比較器有源濾波、精密整流、比較器正弦波產(chǎn)生電路正弦波產(chǎn)生電路非正弦波產(chǎn)生電路非正弦波產(chǎn)生電路9.0 引引 言言一、理

2、想運(yùn)算放大器的定義一、理想運(yùn)算放大器的定義 1、Aod; 2、 KCMR; 3、 BW 4、Rid ; 5、 Rod0; 6、 VIO0 , IIO0 , dVIO/dT0, dIIO /dT 0二、理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn)二、理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn) 1、 vNvP (9-1)vo=Aod(vPvN) vovPvN= 0 vPvN Aod2 、 iP= iN 0 (9-2)9.0 引引 言言 Rid iP= iN 0 三、運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性三、運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性vOvPvN+VOMVOMAod圖圖 9.1 所有運(yùn)算放大器都是由偏所有運(yùn)算放大器都是由偏置于線性放大區(qū)的晶體管組成置于線性放大

3、區(qū)的晶體管組成的的,晶體管的直流偏置由晶體管的直流偏置由+VCC和和VCC提供提供,因此因此,輸出電壓是有輸出電壓是有限的限的. 若使運(yùn)放工作在線性區(qū)若使運(yùn)放工作在線性區(qū),必須必須引入深度負(fù)反饋引入深度負(fù)反饋.9.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路一、一、 比例運(yùn)算比例運(yùn)算 1 、反相比例運(yùn)算、反相比例運(yùn)算R= R1RfRif R1 Rof 0 iP= iN 0 vIvN vIi1= R1 R1vNvP0 vNvO vOif = Rf Rf vO RfAvf = = vI R1(9-3) RfvO = vI R1i1= ifiN + vO RfR1RL圖圖 9.2vIRiPvPvNi1if+A9.1

4、 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路2 、同相比例運(yùn)算、同相比例運(yùn)算iP= iN 0 vNvPvI vO RfAvf = =1+ vI R1(9-4) RfvO = (1+ ) vI R1Rif Rof 0 Avf1vO = vI 電壓跟隨器電壓跟隨器iNRL + vO vI R1RfRiPvPvNR=R1Rf圖圖 9.3+ARL + vO vI 圖圖 9.4+A R1vN= vO R1+Rf9.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路二、求和運(yùn)算二、求和運(yùn)算 1、反相求和、反相求和iP= iN 0 vNvP 0i1+i2=ifvI1vN vI2vN vNvO + = R1 R2 RfvI1 vI2 vO + =

5、R1 R2 Rf Rf RfvO =( vI1+ vI2 ) (9-5) R1 R2 i1iNi2ifR2圖圖 9.5 + vO vI2 RfRiPvPvNRLvI1 R1R= R1 R2 Rf+A9.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路 2、同相求和、同相求和iP= iN 0 vNvP R3vN= vO R3+Rf R2 R1vP= vI1+ vI2 R1+R2 R1+R2 RfvO = (1+ )vN (9-6) R3 Rf R2 R1= (1+ )( vI1+ vI2 ) R3 R1+R2 R1+R2Rf =R3 , R1 = R2 vO=vI1+vI2 圖圖 9.6RLR3Rf + vO vI

6、1 R1iPiNvPvNvI2 R2+A9.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路三、減法運(yùn)算三、減法運(yùn)算 1、差動(dòng)比例、差動(dòng)比例iP=iN0 vNvP R4vP= vI2 R2+R4 R3 R1vN= vI1+ vO R1+R3 R1+R3R1 = R2 R3 =R4 R3vO = (vI2 vI1) (9-7) R1Rif = 2R1R3R4 + vO vI1 R1iPiNvPvNRL圖圖 9.7R2vI2 +A9.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路2、減法電路、減法電路 Rf2vO = (vI2+ vO1) R2 vO =vI1 vI2 (9-8) Rf1vO1 = vI1 R1Rf1 = R1 Rf2

7、vO = (vI2 vI1) R2Rf2 = R2圖圖 9.8Rf1RvO vI1 R1R2vI2 Rf2vO1 RR2+A1+A29.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路【例例9-1】 P297 題題【9-6】 儀用放大器儀用放大器 R4vO = (vO1 vO2) R3 (9-9) vI1vI2 vO1vO2= (RG+2R) RG R4 2RvO= (1+ ) (vI1vI2) R3 RGRGvO vI1 R2R3R4vO1 R1vI2 vO2 R4R3圖圖 9.9+A2+A3+A19.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路四、積分和微分電路四、積分和微分電路 1、積分電路、積分電路iP= iN 0 vN

8、vP 0 1 1 1vO=vC = i2 dt = i1 dt = vI dt (9-10) C C RCt0t0t0vIVOm OvOOVSVS tt圖圖 9.10C vO vI RiPiNvPvNi1i2+A9.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路 2、微分電路、微分電路vSOvOOVSttiP=iN0 vNvP0vO=i2 R =i1 R dvIi1 =C dt dvIvO =RC (9-11) dt圖圖 9.11C vO vI RiPiNvPvNi1i2+A圖圖 9.129.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路五、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路五、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路 1、對(duì)數(shù)運(yùn)算電路、對(duì)數(shù)運(yùn)算電路iP=iN0

9、 vNvP0vO=vBE=VT ln(iC/IS)iC = i1 = vI /R vIvO=VT ln( ) (9-12) RISvO0.7V 由于由于VT和和IS均為溫度敏感參數(shù)均為溫度敏感參數(shù),因而因而vO與溫度密切相關(guān)與溫度密切相關(guān),為了克服這一缺點(diǎn)為了克服這一缺點(diǎn),設(shè)計(jì)如下電路設(shè)計(jì)如下電路.RvO TiPiNvPvNi1iCvI+A9.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路vO= (1+R3/R4) vB2vB2 = vBE2vBE1 VT ln(iC2/iC1) =2.3VT lg(iC1/iC2)iC1vI /R1 R3 R2 R3vO=2.3VT (1+ ) lg( ) vI =2.3VT

10、 (1+ ) lgKvI (9-13) R4 R1VCC R4TVTR4vOiC2VCC /R2T2R5圖圖 9.13VCC R1T1i1iC1RLvIR3R2vB2R4iC2+vO +A1+ A2圖圖 9.149.1 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路2、反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路、反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路vNvP0vO=iFR =R IS e (9-14)vI/VTiFiE =IS evI/VT六、乘法器和除法器六、乘法器和除法器 由對(duì)數(shù)運(yùn)算和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路組合可構(gòu)成乘、除法器由對(duì)數(shù)運(yùn)算和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路組合可構(gòu)成乘、除法器. 請(qǐng)同學(xué)們自己分析圖請(qǐng)同學(xué)們自己分析圖9.15.TvO RvPvNiFiEvI+AT1vO 9.1

11、 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路 1vO= vI1 vI2 (9-15) RISR1vI1RP1RRR/3vO1R2T2vI2RP2vO2T3RPRvO3Rf圖圖 9.15+A1+A2+A3+A49.2 實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析 在上一節(jié)所討論的運(yùn)算電路中在上一節(jié)所討論的運(yùn)算電路中,我們認(rèn)為運(yùn)放是理想的我們認(rèn)為運(yùn)放是理想的,實(shí)實(shí)際上的集成運(yùn)放并非如此際上的集成運(yùn)放并非如此.運(yùn)放的非理想?yún)?shù)會(huì)直接影響運(yùn)算運(yùn)放的非理想?yún)?shù)會(huì)直接影響運(yùn)算電路的運(yùn)算精度電路的運(yùn)算精度.一、一、Aod和和Rid為有限值對(duì)反相比例運(yùn)算電路的影響為有限值對(duì)反相比例運(yùn)算電路的影響iI=iN+

12、iF vOvNvId= AodvIvN vN vNvO = + R1 Rid+R RfvOvI R1RfRPN圖圖 9.16vId+Rid +AodvId iIiFiNRidR9.2 實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析 vOvNvId= AodvIvN vN vNvO = + R1 Rid+R Rf Rf AodRNvO= vI (9-16) R1 Rf+AodRNRN=R1Rf(Rid+R ) vO vO vO = 100% = 100% vO vO RfvO = vI R1 Rf = 100% (9-17) Rf+AodRNAodRid9.2 實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)

13、算電路的誤差分析實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析二、二、 Aod和和KCMR為有限值對(duì)同相比例運(yùn)算電路的影響為有限值對(duì)同相比例運(yùn)算電路的影響vP=vI R1vN = vO R1+Rf R1vId=vPvN=vIvO R1+Rf vP+vNvIc= vI 2 vO=AodvId+AocvIcvOvI R1RfRvPvN圖圖 9.17 +AodvId +AocvIc RfvO = (1+ ) R1 11+ KCMR (R1+Rf )/R1 1+ Aod vI (9-18) 9.2 實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析KCMRAod三、三、IIO0 和和 VIO 0 的情

14、況的情況 IIO0和和VIO0 時(shí)實(shí)際運(yùn)放的等效電路如圖時(shí)實(shí)際運(yùn)放的等效電路如圖9.18(a)所示所示.利用利用等效定理可得兩輸入端的等效電壓和電阻如圖等效定理可得兩輸入端的等效電壓和電阻如圖9.18(b)所示所示. = 11+ KCMR (R1+Rf )/R1 1+ Aod (9-19) 1 100% 9.2 實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析(a)圖圖 9.18(b)VO R1RfIIBIIBIIO /2IIO /2VNVPR2 VIO+ VOR1RfVPVNVIO(IIB+IIO /2) (R1Rf )R2 R1VO R1+Rf(IIBIIO /2)R2+A

15、 +9.2 實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析 VP=(IIB IIO /2)R2 R1 IIOVN= VO (IIB+ )(R1Rf )VIO R1+Rf 2VP=VN若 R2=R1Rf Rf VO= (1+ ) (VIO+IIOR2) (9-21) R1 Rf 1VO=(1+ )VIO+IIB(R1RfR2)+ IIO(R1Rf +R2) (9-20) R1 29.2 實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析實(shí)際運(yùn)算放大器運(yùn)算電路的誤差分析四、四、dIIO /dT 0 和和 dVIO /dT 0 的情況的情況 由于輸入失調(diào)的溫漂的影響由于輸入失調(diào)的溫漂的影響,當(dāng)溫度變

16、化時(shí)當(dāng)溫度變化時(shí),同樣會(huì)引起同樣會(huì)引起輸出的誤差電壓輸出的誤差電壓,即有即有: Rf dVIO dIIO VO= (1+ ) ( T+R2 T) (9-22) R1 dT dT 應(yīng)該明確應(yīng)該明確:由于溫漂產(chǎn)生的輸出誤差難以用人工調(diào)零或由于溫漂產(chǎn)生的輸出誤差難以用人工調(diào)零或補(bǔ)償辦法來(lái)抵消補(bǔ)償辦法來(lái)抵消,所以所以,在作運(yùn)算時(shí)在作運(yùn)算時(shí),尤其是作積分運(yùn)算時(shí)尤其是作積分運(yùn)算時(shí),常常選用失調(diào)和溫漂小的集成運(yùn)放選用失調(diào)和溫漂小的集成運(yùn)放,或?qū)r(shí)間常數(shù)適當(dāng)選大一些或?qū)r(shí)間常數(shù)適當(dāng)選大一些.9.3 精密整流電路精密整流電路 在第一章在第一章,我們介紹了二極管整流電路我們介紹了二極管整流電路,但是由于二極管死但

17、是由于二極管死區(qū)電壓的影響區(qū)電壓的影響,前述電路不適合小信號(hào)整流前述電路不適合小信號(hào)整流,利用集成運(yùn)放的高利用集成運(yùn)放的高差模電壓增益差模電壓增益,就可有效地克服二極管死區(qū)電壓的影響就可有效地克服二極管死區(qū)電壓的影響,實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)微小幅值輸入電壓的整流微小幅值輸入電壓的整流.一、精密半波整流電路一、精密半波整流電路vIt0vOt0圖圖 9.20圖圖 9.19D1R2vO R1RLvID2vO +A9.3 精密整流電路精密整流電路 vO0.7V, D1, D2 . vO0.7V, D1、D2中總有一個(gè)導(dǎo)通中總有一個(gè)導(dǎo)通, 電路進(jìn)入限幅狀態(tài)電路進(jìn)入限幅狀態(tài).而而要使要使vO0.7V, vI只需只需

18、0.7/Aod=0.7/105=7V.vI = 0 vO = 0 D1 ，D2 vO = 0 vI 0 vO0 D1 ，D2 vO = 0 vI 0 vO0 D1，D2 R1、R2構(gòu)成反相比例放大構(gòu)成反相比例放大器器. vO =(R2/R1) vI9.3 精密整流電路精密整流電路vI = 0 vO = 0 D1 ，D2 vO = 0 vI 0 vO0 D2 ，D1 vO =(R2/R1) vIvI 0 vO0 D2，D1 vO = 0圖圖 9.22vIt0vOt0R2R1vO 圖圖 9.21D1RLvID2vO +A9.3 精密整流電路精密整流電路二、精密全波整流電路二、精密全波整流電路2R圖

19、圖 9.23RD1vID2RRvO R2RvO1 R2R1+A1+A29.3 精密整流電路精密整流電路vI 0 vO1=vI vO =(2vO1+ vI) =(2vI+ vI) = vIvI 0 vO1= 0 vO =(2vO1+ vI) =vIA1精密半波整流電路精密半波整流電路 ;A2反相求和電路反相求和電路.圖圖 9.24vIt0vO1t0vOt09.4 有源濾波電路有源濾波電路 運(yùn)算放大器的一個(gè)重要應(yīng)用是有源濾波器運(yùn)算放大器的一個(gè)重要應(yīng)用是有源濾波器.濾波器是指濾濾波器是指濾掉無(wú)用的頻譜成分的過(guò)程掉無(wú)用的頻譜成分的過(guò)程.有源是指濾波電路中使用了一個(gè)或有源是指濾波電路中使用了一個(gè)或多個(gè)有

20、源器件多個(gè)有源器件,有源器件通常指運(yùn)算放大器有源器件通常指運(yùn)算放大器.有源濾波器與無(wú)源有源濾波器與無(wú)源濾波器相比濾波器相比,具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn): (1) 最大增益或傳遞函數(shù)的最大值可以大于最大增益或傳遞函數(shù)的最大值可以大于1; (2) 負(fù)載效應(yīng)很小負(fù)載效應(yīng)很小,這意味著濾波器的輸出響應(yīng)與濾波器驅(qū)動(dòng)這意味著濾波器的輸出響應(yīng)與濾波器驅(qū)動(dòng)的負(fù)載無(wú)關(guān)的負(fù)載無(wú)關(guān).一、基本概念一、基本概念濾波器濾波器vI(t)vO(t)圖圖 9.259.4 有源濾波電路有源濾波電路 Vo (s)A(s)= (9-23) Vi (s) A(j)= A(j) ej() d ()() = (9-25) d (

21、9-24)時(shí)延時(shí)延 通常通常用幅頻響應(yīng)來(lái)表征一個(gè)濾波器的特征用幅頻響應(yīng)來(lái)表征一個(gè)濾波器的特征.若要使信號(hào)通若要使信號(hào)通過(guò)濾波器的失真要小過(guò)濾波器的失真要小,則相位和時(shí)延響應(yīng)也要考慮則相位和時(shí)延響應(yīng)也要考慮.當(dāng)當(dāng) ()作作線性變化線性變化,即即()為常數(shù)時(shí)為常數(shù)時(shí),輸出信號(hào)才可能避免失真輸出信號(hào)才可能避免失真.9.4 有源濾波電路有源濾波電路二、濾波電路的分類二、濾波電路的分類低通濾波器低通濾波器 圖圖 9.26(a) BW = H高通濾波器高通濾波器 圖圖 9.26(b) BW 帶通濾波器帶通濾波器 圖圖 9.26(c) BW = HL帶阻濾波器帶阻濾波器 圖圖 9.26(d) BW : H全

22、通濾波器全通濾波器 圖圖 9.26(e) BW 0HA0通帶通帶阻帶阻帶(a)A0LA0通帶通帶阻帶阻帶(b)A9.4 有源濾波電路有源濾波電路圖圖 9.260A0通帶通帶(e)A0A0通帶通帶(d)阻帶阻帶通帶通帶L 0 HA0L 0 HA0通帶通帶阻帶阻帶(c)阻帶阻帶A9.4.1 有源低通濾波電路有源低通濾波電路圖圖 9.27一、一階有源低通濾波電路一、一階有源低通濾波電路(a)RfRVP(s)Cvivo+AviR1RfRVP(s)Cvo(b)+A Vo(s) Rf VP(s)A (s) = = (1+ ) Vi(s) R1 Vi(s) Rf 1 =(1+ ) R1 1+sRC (9-2

23、6)9.4.1 有源低通濾波電路有源低通濾波電路 1+Rf/R1 A0A(j) = = (9-27) 1+ jRC 1+ j/0 10 = RC()=arctan /0 RfA0=1+ , R1 A0A(j) = 1+ (/0)2/01102030 A(j)20lg /dB A0理想的20dB/十倍頻實(shí)際的圖圖 9.28其中其中:二、二階有源低通濾波電路二、二階有源低通濾波電路9.4.1 有源低通濾波電路有源低通濾波電路Vo(s) = A0VP(s) VA(s)VP(s) = 1+sRC Vi(s)VA(s) VA(s)Vo(s) VA(s)VP(s) = + R 1/sC R Vo(s) A

24、0A (s) = = Vi(s) 1+(3A0)sRC +(sRC)2(9-28) 10 = RC 1Q = 3A0VP(s)R1RfRCvivoRCvA圖圖 9.29+A9.4.1 有源低通濾波電路有源低通濾波電路 Vo(s) A002A (s) = = (9-29) Vi(s) s2 + s +02 0 Q(9-30) A(j)20lg = 20lg A0 1 1( )2 2 +( ) 2 0 0 Q /(0 Q)()=arctg 1( )2 0 (9-31)=0 A(j)= A0 ； A(j) 0 。低通濾波器9.4.1 有源低通濾波電路有源低通濾波電路/0110 3102030400

25、A(j)20lg /dB A0 40dB/decade20100.50.707125Q =10Q = 0.707/0=120lgA(j) / A0= 3dB /0=1020lgA(j) / A0=40dB 圖圖 9.30濾波效果比一階好9.4.1 有源低通濾波電路有源低通濾波電路/0110 3102030400 A(j)20lg /dB A0n =10n =8n =6n = 2n =4 巴特沃思濾波器巴特沃思濾波器是幅值最大平坦濾波是幅值最大平坦濾波器器,傳遞函數(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)傳遞函數(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)使其幅值在濾波器通使其幅值在濾波器通帶內(nèi)盡可能地平坦帶內(nèi)盡可能地平坦,而而在在0后后,幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)迅速下

26、降迅速下降.圖圖 9.31由圖由圖9.31可知可知,階數(shù)越高階數(shù)越高,濾波效果越好濾波效果越好.9.4.2 有源高通濾波電路有源高通濾波電路一、一階有源高通濾波電路一、一階有源高通濾波電路 Rf sRC=(1+ ) R1 1+sRC s= A0 s +0 (9-32) j j/0A(j)=A0 =A0 j+0 1+j/0高通濾波器 1L =0 = RC圖圖 9.32R1RfRVP(s)Cvivo+A Vo(s) Rf VP(s)A(s) = =(1+ ) Vi(s) R1 Vi(s) /01+ (/0)2 A(j)20lg = A020lg9.4.2 有源高通濾波電路有源高通濾波電路二、二階有

27、源高通濾波電路二、二階有源高通濾波電路(9-33) 10 = RC 1Q = 3A0 A0A (s) = 1+(3A0) + 1sRC 1 2 sRC A0 s2A (s) = (9-34) s2 + s +02 0 Q A0 2A (j) = 022 + j 0 QRfR1RVP(s)RvivoCvA圖圖 9.33C+A9.4.2 有源高通濾波電路有源高通濾波電路/015 3400 A(j)20lg /dB A040dB/十倍頻程0.50.707125Q =100.1圖圖 9.34 A(j)20lg A0(9-35) 1 0 ( )2 1 2 +( )2 0 Q= 20lg 1f3dB =

28、2RC(9-36)9.4.3 帶通濾波電路帶通濾波電路LPFHPFVi(s)Vo1(s)Vo(s)(a)A1OH(b)LAOH(d)A2OL(c)圖圖 9.35低通低通R1RfRCVi(s)Vo(s)C2RR高通高通(e)+A9.4.3 帶通濾波電路帶通濾波電路 AvfsRCA(s)= 1+(3Avf)sRC+(sRC)2 Rf Avf =1+ R1 (9-37) A (s) = (9-38) 1 + + s Q0 s ( )2 0 s A0 Q0 10 = RC 1Q = 3Avf AvfA0 = 3Avf A0 A (j) = = (9-39) 1+ 1+jQ j Q0 ( )2 0 1

29、j A0 Q 0 0( ) 0 9.4.3 帶通濾波電路帶通濾波電路/0120400 A(j)20lg /dB A05120.5Q =100.1圖圖 9.36=0A(j0) = AvfA0 = 3AvfQ BW 0( ) 0 Q =1 A0A(j)= 2 0 f0BW= = (9-40) 2Q Q9.4.3 帶通濾波電路帶通濾波電路【例例9-2】 帶通濾波電路如圖帶通濾波電路如圖9.35(e)所示所示,要求電路的中心頻率要求電路的中心頻率 f0=1kHz,通帶寬度通帶寬度BW=100Hz, 試計(jì)算和選擇該電路的電容和試計(jì)算和選擇該電路的電容和電阻值電阻值. 請(qǐng)同學(xué)們自己完成請(qǐng)同學(xué)們自己完成.【

30、參考答案參考答案】 C=0.01F, R=15.915k;Rf=1.9R1Rf/R1=2RR1=48.58k, Rf=92.3k9.4.4 帶阻濾波電路帶阻濾波電路一、雙一、雙T網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)RRR/2C2CCZ1R/22C2CR/2 + vi + vfZ2Z3圖圖 9.37 Vf (s) Z3 F (s) = = = (9-41) Vi (s) Z1+Z32R(1+sRC) 1+(sRC)21 1 (R+ )2 sC 1 1 (R+ )2 sC +2R(1+sRC) 1+(sRC)2Z1=9.4.4 帶阻濾波電路帶阻濾波電路 1 (RC)2 1 (/ 0)2 F (j) = =

31、 (9-42) 1(RC)2 +4 jRC 1 (/0)2 + 4 j/0圖圖 9.38/011F(j)/0190o90o0o0 10= RC9.4.4 帶阻濾波電路帶阻濾波電路二、雙二、雙T帶阻濾波電路帶阻濾波電路(9-43) A (s) = s s1+ +( )2 Q 0 0 sAvf (1+ ) 2 0 0 =1/RC 1 Q = 2(2Avf) Rf Avf=1+ R1 R1RfR/22CVi(s)Vo(s)CRCR圖圖 9.39+A9.4.5 全通濾波電路全通濾波電路圖圖 9.40對(duì)圖對(duì)圖 9.40(b): R RVo(s)=(1+)VP(s) Vi(s) R R 1/sCVP(s)

32、= Vi(s) R+1/sC Vo(s) 1sRCA(s)= = Vi(s) 1+sRC(9-44)R (a)RRVi(s)Vo(s)CR+ARRVi(s)Vo(s)C (b)VN(s)VP(s)+A9.4.5 全通濾波電路全通濾波電路()=2arctanRC =2arctan/0 1 jRCA(j)= 1+ j RC(9-45)A(j) =1圖圖 9.4101()01/RC90oA(j)180o9.5 電壓比較器電壓比較器 電壓比較器的功能是比較兩個(gè)輸入電壓的大小電壓比較器的功能是比較兩個(gè)輸入電壓的大小,據(jù)此決定據(jù)此決定輸出是高電平還是低電平輸出是高電平還是低電平.電壓比較器可以用運(yùn)放構(gòu)成電

33、壓比較器可以用運(yùn)放構(gòu)成,也可用也可用專用芯片構(gòu)成專用芯片構(gòu)成.用運(yùn)放組成電壓比較器時(shí)用運(yùn)放組成電壓比較器時(shí),它通常工作在開環(huán)或它通常工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)正反饋狀態(tài). 若不加限幅措施若不加限幅措施,其輸出高電平可接近正電源電壓其輸出高電平可接近正電源電壓+VCC,輸出低電平可接近負(fù)電源電壓輸出低電平可接近負(fù)電源電壓VEE. 專用比較器的輸出專用比較器的輸出電平一般與數(shù)字電路兼容電平一般與數(shù)字電路兼容. 圖圖9.42示出了一運(yùn)放組成的簡(jiǎn)單比較器的電路及其電壓傳示出了一運(yùn)放組成的簡(jiǎn)單比較器的電路及其電壓傳輸特性曲線輸特性曲線.9.5 電壓比較器電壓比較器圖圖 9.42vOvIVOLVOHVREF(

34、b)OVREFvIVOLVOH(c)vOO電壓比較器電壓比較器單限電壓比較器單限電壓比較器遲滯電壓比較器遲滯電壓比較器(施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器)雙限電壓比較器雙限電壓比較器vO vIVREF(a)VREF0,VREF0, VREF=0+A9.5 電壓比較器電壓比較器一、單限電壓比較器一、單限電壓比較器vI 0 vO0 , vOL=(VZ+VD(on)vI 0vO0, vOH = VZ+VD(on)vOvIVOLVOH0圖圖 9.44過(guò)零比較器過(guò)零比較器圖圖 9.43RDZ1RvIDZ2R1+vO vO+A9.5 電壓比較器電壓比較器vOvIVOLVOH0VREFvIVREFvO0 , vOH

35、 = VZ+VD(on)vI VREFvO0 , vOL =(VZ+VD(on)圖圖 9.46思考思考:若調(diào)換若調(diào)換vI與與VREF的位置的位置,電壓傳輸特性如何電壓傳輸特性如何?VREFvIRDZ1RDZ2R1+vO vO圖圖 9.45+A9.5 電壓比較器電壓比較器 R1 R2vN= vI+ VREF R1+R2 R1+R2vOvIVOLVOH0 R2 VREF R1圖圖 9.48vN0 , vI (R2/R1)VREF vO0 vOL=(VZ+VD(on)vN0 , vI (R2/R1)VREF vO0 vOH = VZ+VD(on)R1R2vODZ1vIDZ2R3+vO VREFR2R

36、1vN圖圖 9.47+A9.5 電壓比較器電壓比較器二、遲滯電壓比較器二、遲滯電壓比較器 單限電壓比較器雖然單限電壓比較器雖然具有電路簡(jiǎn)單、靈敏度高具有電路簡(jiǎn)單、靈敏度高等特點(diǎn)等特點(diǎn),但其抗干擾能力差但其抗干擾能力差.如圖如圖9.49所示所示.提高抗干擾提高抗干擾能力的一種方案是采用遲能力的一種方案是采用遲滯電壓比較器滯電壓比較器.圖圖8.50為一為一反相輸入遲滯電壓比較器反相輸入遲滯電壓比較器電路及其電壓傳輸特性電路及其電壓傳輸特性.圖圖 9.49tOvI tOvO VOH VOL VTH =VREF 9.5 電壓比較器電壓比較器 R2 R1VP= vO+ VREF (9-46) R1+R2

37、 R1+R2 R2 R1VTH= VOH+ VREF R1+R2 R1+R2 R2 R1VTL= VOL+ VREF R1+R2 R1+R2vOvIVOLVOHOVTHVTL (b)圖圖 9.50DZ2RDZ1R1vIR3+vO VREFR2(a)vPvN+A9.5 電壓比較器電壓比較器1. vO=VOH , vI vI = V TH vN vP vOVOHVOL VTH2. vO=VOL , vI vI = VTL vN vvP vOVOHVOL VTL3. 回差電壓回差電壓 V R2V= VTHVTL= (VOHVOL) (9-47) R1+R2 R2 VTH= VOH=5V R1+R2

38、R2 VTL= VOL=5V R1+R2 V=VTHVTL=10V【例例9-3】 P293 【例例9.3】 9.5 電壓比較器電壓比較器vO /VvI /V1010055(b)tOvI /V+55tOvO /V+10(c)圖圖 9.5110R3DZ20k1kR4R1vIVZ= 10VR2(a)vPvN10k20kvO+A9.5 電壓比較器電壓比較器三、窗口比較器三、窗口比較器vIVREF2 , vO1=VOH , vO2=VOL D1, D2 vO= VOH ；vIVREF1 , vO1=VOL , vO2=VOH D1 , D2 vO= VOH ；VREF1vIVREF2 , vO1= vO2=VOL D1 , D2 vO= 0。OvO vI 圖圖 9.53VREF1VREF2VREF2 VREF1圖圖 9.52D2VREF2D1vO1vOVREF1vIvO2RL+A2+A1章末總結(jié)與習(xí)題討論章末總結(jié)與習(xí)題討論一、本章小節(jié)一、本章小節(jié) 1、熟悉理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn)、熟悉理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn),掌握掌握“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的的概念概念; 2、掌握由運(yùn)放組成的信號(hào)運(yùn)算電路、掌握由運(yùn)放組成的信號(hào)運(yùn)算電路 比例、求和、減法、比例、求和、減法、微分、積分、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)微分、積分、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù) 、乘法、除法