第7章信號的運算和處理ppt課件

1、第七章第七章 信號的運算和處理信號的運算和處理7.1基本運算電路基本運算電路7.4電子信息系統(tǒng)預(yù)處理中所用放大電路電子信息系統(tǒng)預(yù)處理中所用放大電路7.2模擬乘法器及其在運算電路中的應(yīng)用模擬乘法器及其在運算電路中的應(yīng)用7.3有源濾波電路有源濾波電路第七章第七章7.5Multisim應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例本章討論的問題：本章討論的問題：1.什么是理想運放？指標參數(shù)有哪些？什么是理想運放？指標參數(shù)有哪些？3.如何判斷電路是否是運算電路？有哪些基本運算電路？如何判斷電路是否是運算電路？有哪些基本運算電路？怎樣分析運算電路的運算關(guān)系？怎樣分析運算電路的運算關(guān)系？4.為了獲得信號中的直流分量，或者為了獲得信號中

2、的為了獲得信號中的直流分量，或者為了獲得信號中的高頻分量，或者為了傳送某一頻段的信號，或者為了高頻分量，或者為了傳送某一頻段的信號，或者為了去掉電源所帶來的去掉電源所帶來的50Hz干擾，應(yīng)采用什么電路？干擾，應(yīng)采用什么電路？2.為什么在運算放大電路中集成運放必須工作在線性區(qū)？為什么在運算放大電路中集成運放必須工作在線性區(qū)？為什么理想運放工作在線性區(qū)時會有虛短和虛斷？為什么理想運放工作在線性區(qū)時會有虛短和虛斷？本章討論的問題：本章討論的問題：5.濾波電路的功能是什么？什么是有源濾波和無源濾波？濾波電路的功能是什么？什么是有源濾波和無源濾波？為什么說有源濾波電路是信號處理電路？為什么說有源濾波電路

3、是信號處理電路？6.有幾種濾波電路？它們分別有什么特點？有幾種濾波電路？它們分別有什么特點？7.從本質(zhì)上講，有源濾波電路與運算電路一樣嗎？為從本質(zhì)上講，有源濾波電路與運算電路一樣嗎？為什么？有源濾波電路有哪些主要指標？什么？有源濾波電路有哪些主要指標？8.由集成運放組成的有源濾波電路中一定引入負反饋嗎？由集成運放組成的有源濾波電路中一定引入負反饋嗎？能否引入正反饋？能否引入正反饋？本章重點和考點本章重點和考點1.比例、求和及積分電路的綜合運算。比例、求和及積分電路的綜合運算。2.有源濾波電路的基本概念有源濾波電路的基本概念(二階低通二階低通 濾波電路濾波電路)。本章教學(xué)時數(shù)：本章教學(xué)時數(shù)：8學(xué)

4、時學(xué)時7.1 7.1 基本運算電路基本運算電路7.1.1概概 述述信號的信號的提取提取信號的信號的預(yù)處理預(yù)處理信號的信號的加工加工信號的信號的執(zhí)行執(zhí)行圖圖7.1.1電子信息系統(tǒng)示意圖電子信息系統(tǒng)示意圖第七章第七章一、電子信息系統(tǒng)的組成一、電子信息系統(tǒng)的組成第七章第七章二、理想運放的兩個工作區(qū)二、理想運放的兩個工作區(qū)（一理想運放的性能指標（一理想運放的性能指標1.開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 Aod = ；3.輸出電阻輸出電阻 ro = 0；4.共模抑制比共模抑制比 KCMR = ；2.差模輸入電阻差模輸入電阻 rid = ；6.UIO = 0、IIO = 0、 UIO = IIO = 0；

5、無任何內(nèi)部噪聲無任何內(nèi)部噪聲5. 5.上限截止頻率上限截止頻率 fH = fH = ，等等。，等等。理想運放工作區(qū)：線性區(qū)和非線性區(qū)理想運放工作區(qū)：線性區(qū)和非線性區(qū)0TU= =ddoi0I= =dTdoi（二理想運放在線性工作區(qū)（二理想運放在線性工作區(qū)輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在線性放輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在線性放大關(guān)系，即大關(guān)系，即)(odO = =uuAu u uOu i i+Aod理想運放工作在線性區(qū)特點：理想運放工作在線性區(qū)特點：1. 理想運放的差模輸入電壓等于零理想運放的差模輸入電壓等于零0)(odO= = = Auuu即即 = = uu“虛短路虛短路”第七章第七

6、章2. 理想運放的輸入電流等于零理想運放的輸入電流等于零由于由于 rid = ，兩個輸入端均沒有電流，即，兩個輸入端均沒有電流，即0= = = ii“虛斷路虛斷路”（三理想運放的非線性工作區(qū)（三理想運放的非線性工作區(qū)+UOMuOu+-u-OUOMUOM理想特性理想特性圖圖 7.1.3集成運放的電壓傳輸特性集成運放的電壓傳輸特性第七章第七章理想運放工作在非線性區(qū)特點：理想運放工作在非線性區(qū)特點：當(dāng)當(dāng) uP uN時，時，uO = + UOM當(dāng)當(dāng) uP uN時時, uO = - UOM1. uO 的值只有兩種可能的值只有兩種可能在非線性區(qū)內(nèi)，在非線性區(qū)內(nèi)，(uP - uN)可能很大，即可能很大，即

7、uP uN。 “虛地不存在虛地不存在2. 理想運放的輸入電流等于零理想運放的輸入電流等于零0NP= = = ii第七章第七章實際運放實際運放 Aod ，當(dāng)，當(dāng) uP 與與 uN差值比較小時，仍差值比較小時，仍有有 Aod (uP- uN )，運放工作在線性區(qū)。，運放工作在線性區(qū)。例如：例如：F007 的的 UoM = 14 V，Aod 2 105 ，線性區(qū)內(nèi)輸入電壓范圍線性區(qū)內(nèi)輸入電壓范圍V70102V 145odOM=AUuuNPuOuP-uNO實際特性實際特性非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)線性區(qū)但線性區(qū)范圍很小。但線性區(qū)范圍很小。第七章第七章第七章第七章 對于工作在線性區(qū)的運放，對

8、于工作在線性區(qū)的運放，“虛短和虛短和“虛虛斷特性是分析運放電路輸出、輸入關(guān)系的重要斷特性是分析運放電路輸出、輸入關(guān)系的重要基礎(chǔ)?；A(chǔ)。 對于理想運放，只要在運放的輸入端施加對于理想運放，只要在運放的輸入端施加很小的差模電壓，很小的差模電壓，uo就會有一個接近電源電壓就會有一個接近電源電壓的輸出值。因此必須在運放的輸出端和輸入端的輸出值。因此必須在運放的輸出端和輸入端之間引入一個負反饋，從而保證輸出與輸入成之間引入一個負反饋，從而保證輸出與輸入成線性關(guān)系。線性關(guān)系。 有無負反饋是判斷運放電路工作在線性區(qū)有無負反饋是判斷運放電路工作在線性區(qū)的重要特征。的重要特征。 所有工作在運算電路和放大電路中的

9、運放所有工作在運算電路和放大電路中的運放都是工作在線性區(qū)。都是工作在線性區(qū)。三、三、 基本運算電路基本運算電路 由運放為放大電路組成的運算電路均由運放為放大電路組成的運算電路均工作在線性工作區(qū)，并且輸入、輸出信號工作在線性工作區(qū)，并且輸入、輸出信號均以均以“地為參考點。地為參考點。 在運算電路中，以輸入電壓為自變量，在運算電路中，以輸入電壓為自變量，以輸出電壓為函數(shù)，通過對輸入端子及反以輸出電壓為函數(shù)，通過對輸入端子及反饋電路的不同組合，實現(xiàn)各種數(shù)學(xué)運算功饋電路的不同組合，實現(xiàn)各種數(shù)學(xué)運算功能，通過輸出電壓反映運算結(jié)果。這就是能，通過輸出電壓反映運算結(jié)果。這就是運算電路的基本思想。運算電路的基

10、本思想。“運算放大器也運算放大器也因此得名。因此得名。第七章第七章比例運算電路比例運算電路微積分運算電路微積分運算電路反相比例運算電路反相比例運算電路同相比例運算電路同相比例運算電路電壓跟隨器電壓跟隨器微分運算電路微分運算電路積分運算電路積分運算電路加減運算電路加減運算電路反相求和電路反相求和電路同相求和電路同相求和電路差分電路差分電路其他運算電路其他運算電路指數(shù)運算電路指數(shù)運算電路對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路乘法運算電路乘法運算電路除法運算電路除法運算電路第七章第七章一、反相比例運算電路一、反相比例運算電路R為平衡電阻，為平衡電阻，R=R / Rf 。對理想運放，對理想運放，uN=uP，iN=i

11、P=0，有，有iR=if即即foNNiRRuuuu = = uoRfRRuiiRifANP反饋方式：反饋方式：電壓并聯(lián)負反饋。電壓并聯(lián)負反饋。7.1.2 比例運算電路比例運算電路第七章第七章0uuPN= = =iouRRuf = =RRuuofiPK = = =比例系數(shù)放大倍數(shù)）比例系數(shù)放大倍數(shù)）:虛地虛地整理得：整理得：由于由于電路的輸入電阻電路的輸入電阻:Ro0電路的輸出電阻電路的輸出電阻:RiR第七章第七章反相比例電路的特點：反相比例電路的特點：5. 共模輸入電壓為共模輸入電壓為0，因此對運放的共模抑制比，因此對運放的共模抑制比要求低。要求低。2. 由于電壓負反饋的作用，輸出電阻小，可認

12、由于電壓負反饋的作用，輸出電阻小，可認為是為是0，因此帶負載能力強。，因此帶負載能力強。3. 由于并聯(lián)負反饋的作用，輸入電阻小，因此由于并聯(lián)負反饋的作用，輸入電阻小，因此對輸入電流有一定的要求。對輸入電流有一定的要求。4. 在放大倍數(shù)較大時，該電路結(jié)構(gòu)不再適用在放大倍數(shù)較大時，該電路結(jié)構(gòu)不再適用 。1. 輸出信號與輸入信號反相輸出信號與輸入信號反相第七章第七章二、同相比例運算電路二、同相比例運算電路反饋方式：反饋方式：電壓串聯(lián)負反饋。電壓串聯(lián)負反饋。輸入電阻較高。輸入電阻較高。uoRfRRuiAiRifNPiouu)RR(1f = =uo與與ui同相且大于同相且大于ui。特例特例:Rf = 0

13、 或或 R= 時，時，Auf=1電壓跟隨器電壓跟隨器第七章第七章同相比例電路的特點：同相比例電路的特點：4. 共模輸入電壓為共模輸入電壓為ui，不為零，不為零, 因此對運放的共因此對運放的共模抑制比要求高。模抑制比要求高。2. 由于電壓負反饋的作用，輸出電阻小，可認由于電壓負反饋的作用，輸出電阻小，可認為是為是0，因此帶負載能力強。，因此帶負載能力強。3. 由于串聯(lián)負反饋的作用，輸入電阻大。由于串聯(lián)負反饋的作用，輸入電阻大。1. 輸出信號與輸入信號同相輸出信號與輸入信號同相第七章第七章例例1. R=10k , Rf =20k , ui =-1V。求。求:uo ，R應(yīng)為應(yīng)為多大？多大？R = R

14、/Rf =10/20=6.7 k KP= -(Rf /R)= -20/10= -2uo= KP ui=(-2)(-1)=2V第七章第七章uoRfRRuiiRifANP第七章第七章例例2. R=10k , Rf=20k , ui =-1V。求求:uo ，R應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？uo= KP ui=(3)(-1)=-3VR=R/Rf =10/20=6.7 k KP=1+ =1+20/10=3RfRRfRRuiuoAiRifNP例例3：求：求Au =?0=uui1= i2=0虛短路虛短路虛開路虛開路3M3Rui = =2M21i1RuiRui = = = =T形網(wǎng)絡(luò)反相比例運算電路形網(wǎng)絡(luò)反相比例運算電

15、路uoR2R1RuiR4R3i1i2i4i3MA解：解：4oM4Ruui = =432iii= = 第七章第七章)RRRR1 (RRRRRRRRRRA3424121442iou = = = = =3323uui31434232)RRRRRRRR(uuo = =該放大電路，在放大倍數(shù)較大時，可避免使用大電該放大電路，在放大倍數(shù)較大時，可避免使用大電阻。但阻。但R3的存在，削弱了負反饋。的存在，削弱了負反饋。第七章第七章例例4：自舉擴展輸入電阻反相比例電路，求：自舉擴展輸入電阻反相比例電路，求Ri。解：解： A1為一反相比例放大器，那么為一反相比例放大器，那么I12OURRU = =A2也為一反相

16、比例放大器，那么也為一反相比例放大器，那么II1221O21O22UU)RR)(R2R(UR2RU= = = = = =有有II=IR1IR，而而1IR1RUI= =RURU2URUUIIIIIO2R= = = = = =故故I11I1IRR1IU)RRRR(RURUI-II= = = = =11IIiRRRRIUR= = =7.1.3 加減運算電路加減運算電路作用：實現(xiàn)多個輸入信號按各自不同的比作用：實現(xiàn)多個輸入信號按各自不同的比例求和或求差。例求和或求差。類型：同相求和和反相求和。類型：同相求和和反相求和。方法：引入深度電壓并聯(lián)負反饋或電壓串聯(lián)方法：引入深度電壓并聯(lián)負反饋或電壓串聯(lián)負反饋。

17、這樣輸出電壓與運放的開環(huán)負反饋。這樣輸出電壓與運放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，只與輸入電壓和反饋放大倍數(shù)無關(guān)，只與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。系數(shù)有關(guān)。第七章第七章一、求和運算電路一、求和運算電路第七章第七章F321/RRRRR = = 由于由于“虛斷虛斷”，i- = 0所以：所以：i1 + i2 + i3 = iF又因又因“虛地虛地”，u- = 0所以：所以：FO3I32I21I1RuRuRuRu = = )(I33FI22FI11FOuRRuRRuRRu = =當(dāng)當(dāng) R1 = R2 = R3 = R 時，時，第七章第七章2同相求和運算電路同相求和運算電路RuRuuRuuRuu = = 3I32I21I

18、1解得：解得：I33I22I11uRRuRRuRRu = = 其中：其中：RRRRR = = /321由于由于“虛短虛短”，u+ = u-)(1()1()1(I33I22I111F1F1FOuRRuRRuRRRRuRRuRRu = = = = = = 2 2、同相求和運算、同相求和運算21RRRR/f= =RRfui1uoR1R2ui2_+No)RR1(uuf = =2i2111i212PNRRRRRRuuuu = = = = =22i11ioRRRuuuf若若R1 = R2 = R1 = R2 = RfRf2i1iouuu = =第七章第七章1 1、利用反相求和實現(xiàn)加減法運算電路、利用反相求

19、和實現(xiàn)加減法運算電路64321RRRRRR/f= =R2RfR1ui2uoui1R4ui4ui3R3R5_+二、加減法運算電路二、加減法運算電路)RR()RR(R22i11 i44i33iouuuuuf = =)(2i1 i4i3iouuuuu = =當(dāng)當(dāng)R1= R2= R3= R4= R5= Rf時，時，第七章第七章差動放大器放大了兩個信號的差，但是它的輸差動放大器放大了兩個信號的差，但是它的輸入電阻不高（入電阻不高（=2R1=2R1）, , 這是由于反相輸入造成。這是由于反相輸入造成。因此應(yīng)選用較高因此應(yīng)選用較高KCMRKCMR的運放。的運放。_+R2R1R1ui2uoR2ui12 2、用

20、差分電路實現(xiàn)減法運算、用差分電路實現(xiàn)減法運算)(RR1 i2i12ouuu = =當(dāng)當(dāng)R1= R2時，時，1 i2iouuu = =第七章第七章3、利用反相求和實現(xiàn)減法運算電路、利用反相求和實現(xiàn)減法運算電路-Rf1+ui2uo1R2ui1R1R3-Rf2+uoR2R4A1A22f241f13RR21RRRR/,/= = =Rf2=R2， Rf1=R12i1iouuu = =第七章第七章4、利用三運放組成加減運算電路、利用三運放組成加減運算電路uoR1R1AR2R2+uo2+AARRRWui1ui2uo1ab+第七章第七章1 iauu =2ibuu =WbaWooRuuRRuu=221WiiRu

21、u21=12oouu)(212iiWWuuRRR虛短路：虛短路：虛開路：虛開路：第七章第七章uo2+AARRRWui1ui2uo1ab+第七章第七章)(21212iiWWouuRRRRRu= 三運放電路是差三運放電路是差動放大器，放大動放大器，放大倍數(shù)可變。倍數(shù)可變。 由于輸入均在同由于輸入均在同相端，此電路的相端，此電路的輸入電阻高。輸入電阻高。)(1212ooouuRRu=R1R1AR2R2+1. 它們都引入電壓負反饋，因此輸出電阻都比它們都引入電壓負反饋，因此輸出電阻都比較小較小 。2. 關(guān)于輸入電阻：反相輸入的輸入電阻較小，關(guān)于輸入電阻：反相輸入的輸入電阻較小，同相輸入的輸入電阻較高。

22、同相輸入的輸入電阻較高。3. 同相輸入的共模電壓高，反相輸入的共模電同相輸入的共模電壓高，反相輸入的共模電壓小。壓小。比例運算電路與加減運算電路小結(jié)比例運算電路與加減運算電路小結(jié)4. 以上放大器均可級聯(lián)以上放大器均可級聯(lián), 級聯(lián)時各級放大倍數(shù)級聯(lián)時各級放大倍數(shù)獨立計算。獨立計算。第七章第七章7.1.4 積分和微分運算電路積分和微分運算電路 積分、微分運算電路在實際工作中應(yīng)用非積分、微分運算電路在實際工作中應(yīng)用非常廣泛。在傳統(tǒng)儀表控制系統(tǒng)中常用積分、微常廣泛。在傳統(tǒng)儀表控制系統(tǒng)中常用積分、微分運算電路作為控制對象的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；信號發(fā)分運算電路作為控制對象的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；信號發(fā)生器中的信號源也采用積分電

23、路；數(shù)字萬用表生器中的信號源也采用積分電路；數(shù)字萬用表中的中的A/D轉(zhuǎn)換器也是采用雙積分式的。轉(zhuǎn)換器也是采用雙積分式的。1 1、反相積分運算電路、反相積分運算電路ui+RR2Cuo-該電路是在基本反相比例該電路是在基本反相比例運算電路基礎(chǔ)上將反饋電運算電路基礎(chǔ)上將反饋電阻用電容阻用電容C取代后得到。取代后得到。第七章第七章i1iFui+RR2CuoRf根據(jù)虛地原則，有根據(jù)虛地原則，有F1ii = =而而RuRuuiiNi1= = = = = = = ttcCON0dtiC1uuu)t (udtuRC1u00t0iO = = 實用中一般在實用中一般在C上并聯(lián)一電阻上并聯(lián)一電阻Rf ，以防止對低頻

24、，以防止對低頻和直流信號輸入時和直流信號輸入時Ad過大起到限幅作用。過大起到限幅作用。式中式中u0(t0)為電容在初始時刻的電壓值。為電容在初始時刻的電壓值。第七章第七章2 2、同相積分運算電路、同相積分運算電路 如果將輸入信號按同相比如果將輸入信號按同相比例電路接法從同相輸入，并將例電路接法從同相輸入，并將反饋電阻和平衡電阻用電容反饋電阻和平衡電阻用電容C取代，便構(gòu)成同相積分電路。取代，便構(gòu)成同相積分電路。iCFi1ui+RRCfuoCiR在反相輸入端，有在反相輸入端，有CF1ii = =dt)uu(dCRu0ONfN = = dtduCRudtduCOfNNf= = 第七章第七章在同相輸入

25、端，有在同相輸入端，有CRii = =dtduCRuuPPi= = RuRudtduCiPP= = 由于由于uP=uN，取，取C=Cf，那么，那么=，即，即RudtduCiO= =)t (udtuRC1u00t0io = = i1ui+RRCfuoCiR實現(xiàn)了同相積分。實現(xiàn)了同相積分。第七章第七章 對于輸入信號的不同，積分電路可表現(xiàn)出不同對于輸入信號的不同，積分電路可表現(xiàn)出不同的輸出特性：的輸出特性： 若輸入為階躍信號，則若輸入為階躍信號，則積分電路表現(xiàn)為與輸入成線積分電路表現(xiàn)為與輸入成線性關(guān)系增長直到性關(guān)系增長直到C充電結(jié)束，充電結(jié)束，使運放進入飽和狀態(tài)。充電使運放進入飽和狀態(tài)。充電時間時間

26、=RC。 若輸入為方波信號，則若輸入為方波信號，則積分電路表現(xiàn)為充電與放電積分電路表現(xiàn)為充電與放電交替進行的狀態(tài)理想），交替進行的狀態(tài)理想），對外表現(xiàn)為三角波。對外表現(xiàn)為三角波。tui0tuo0tui0tuo0第七章第七章積分電路的主要用途：積分電路的主要用途：1. 在電子開關(guān)中用于延遲。在電子開關(guān)中用于延遲。2. 波形變換。例：將方波變?yōu)槿遣?。波形變換。例：將方波變?yōu)槿遣ā?. A/D轉(zhuǎn)換中，將電壓量變?yōu)闀r間量。轉(zhuǎn)換中，將電壓量變?yōu)闀r間量。4. 移相。移相。第七章第七章3 3、微分運算電路、微分運算電路 如果將積分電路中如果將積分電路中R和和C的位置互換，便構(gòu)成基本微分的位置互換，便構(gòu)成

27、基本微分電路。它是積分的逆運算。電路。它是積分的逆運算。根據(jù)虛斷原則，有根據(jù)虛斷原則，有CRii = =而而dtduCiic= =RuiOR = =dtduCRRiuiRo = = = =當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓us為階躍信號時，為階躍信號時，輸出電壓仍為一個有限值，隨輸出電壓仍為一個有限值，隨著著C的充電。的充電。uo將逐漸地衰減，將逐漸地衰減，最后趨近于零。最后趨近于零。第七章第七章 該電路說明微分電路對輸入信號特別敏感，故該電路說明微分電路對輸入信號特別敏感，故它的抗干擾能力差。另外，對反饋信號具有滯后作它的抗干擾能力差。另外，對反饋信號具有滯后作用的用的RC環(huán)節(jié)，與集成運放內(nèi)部電路的滯后作

28、用疊環(huán)節(jié)，與集成運放內(nèi)部電路的滯后作用疊加在一起，可能引起自激振蕩。再者加在一起，可能引起自激振蕩。再者ui突變時，輸突變時，輸入電流會較大，輸入電流與反饋電阻的乘積可能超入電流會較大，輸入電流與反饋電阻的乘積可能超過集成運放的最大輸出電壓，有可能使電路不能正過集成運放的最大輸出電壓，有可能使電路不能正常工作。常工作。 改進型的微分電路如改進型的微分電路如圖所示。其中圖所示。其中R1起限流作起限流作用，用，R2和和C2并聯(lián)起相位并聯(lián)起相位補償作用。該電路是近似補償作用。該電路是近似的微分電路。的微分電路。 例例1：設(shè)計一個加減運算電路，：設(shè)計一個加減運算電路， RF=240k，使，使uo=10

29、ui1+ 8ui2 - 20ui3解解:(1) 畫電路。畫電路。系數(shù)為負的信號從系數(shù)為負的信號從反相端輸入，系數(shù)反相端輸入，系數(shù)為正的信號從同相為正的信號從同相端輸入。端輸入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3第七章第七章(2) 求各電阻值。求各電阻值。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3FRRRRR/3421=)(332211RuRuRuRuiiiFo=k240FRuo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3=k241R=k302R=k123R=k804R第七章第七章例例2：A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為變換器要求其輸入電壓的幅度為0 +5V，現(xiàn)有信號變化范圍為現(xiàn)有

30、信號變化范圍為-5V+5V。試設(shè)計一電平變。試設(shè)計一電平變換電路，將其變化范圍變?yōu)閾Q電路，將其變化范圍變?yōu)?+5V。+5V-5V+5V+2.5V電平抬高電路電平抬高電路A/D計算機計算機uiuouo = 0.5ui+2.5 V第七章第七章uo =0.5ui +2.5 V =0.5 (ui +5) V_+ + 10k20k+5V5kui20kuo1uo_+ + 20k20k10k ) 5( 5 . 0) 5(20101=iiouuu) 5( 5 . 020201=ioouuu第七章第七章例例3： R1=10k , R2=20k , ui 1=-1V， ui 2=1V 。求求:uo uo_+ +

31、R2R1R1R2ui1_+ + ui2_+ + R2R1RPuo= (uo2- uo1)=(20/10)3-(-1) =8VR2 R1uo1= ui1=-1Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3V例例4：由三運放放大器組成的溫度測量電路。：由三運放放大器組成的溫度測量電路。uoR1R1+A3R2R2+A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtuiRt ：熱敏電阻：熱敏電阻集成化集成化:儀表放大器儀表放大器第七章第七章Rt=f (TC)uoR1R1+A3R2R2+A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtuiERRRREERRRutttti)( 22=ERRRRRRRRRuRRRRRuttWW

32、iWWo)( 2221212=sin(90 )RCt=cosouRCt= tui0tuo0siniut=例例5：,求求u。ioduuRCdt= u i+uoRR2i1iFC90第七章第七章一、對數(shù)運算器一、對數(shù)運算器RUi uo(t)-+IiIc 利用利用PN結(jié)結(jié)電壓與電流結(jié)結(jié)電壓與電流 之間的對數(shù)關(guān)系而構(gòu)成的。之間的對數(shù)關(guān)系而構(gòu)成的。I+=I- 0Ii = IcU+=U-U+=0U-=0RUIii=TbeUUseceIII=)RIUln(UUsiTbe=由電路可看出：由電路可看出：beoUU=)RIUln(UsiT= 輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系呈對數(shù)關(guān)系輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系呈對數(shù)關(guān)系 Uo

33、的最大輸出電壓不會超過的最大輸出電壓不會超過Ube 溫度的穩(wěn)定性差溫度的穩(wěn)定性差7.1.5 7.1.5 對數(shù)運算和指數(shù)運算對數(shù)運算和指數(shù)運算二、指數(shù)運算器二、指數(shù)運算器Rui(t) uo(t)-+CRfRfUi Uo-+IiIfTiUUsifeIII=RIUfo=TiUUsoReIU= 輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系呈指數(shù)關(guān)系輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系呈指數(shù)關(guān)系 溫度的穩(wěn)定性差溫度的穩(wěn)定性差* *7.2 7.2 模擬乘法器及其在運算電路中的應(yīng)用模擬乘法器及其在運算電路中的應(yīng)用1、概念：實現(xiàn)兩個模擬量相乘的非線性電子器件2、用處：構(gòu)成乘、除、乘方和開方運算電路3、理想模型：7.2.1 模擬乘法器簡介模擬

34、乘法器簡介uxuYXYKXYuxuYuo國際符號國際符號國內(nèi)符號國內(nèi)符號數(shù)學(xué)模型：數(shù)學(xué)模型：uo = k uxuY第七章第七章7.2.1 模擬乘法器簡介模擬乘法器簡介3、理想模型：、理想模型：uXuY+-+uorori1ri2kuXuY物理模型等效電路）物理模型等效電路）uXuYuX0, uY 0uX0, uY 0uX 0, uY0uX 0, uY0IIIIIIIV輸入信號的四個象限輸入信號的四個象限理想條件理想條件(1) ri1 = ， ri2 = (2) ro = 0(3) k不隨信號幅值變化，且不隨頻率不隨信號幅值變化，且不隨頻率而變化而變化(4) 當(dāng)當(dāng)uX或或uY為零時，為零時， uo

35、為零。為零。第七章第七章7.2.2 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理一、可控恒流源的差放電路的乘法特性一、可控恒流源的差放電路的乘法特性cmbecsouRgrRuuA = = = = =eTceTcoeE3ETcER2URR2URR2I21IURI = = = = = = = = = = =KuKuuuuuuuRguyxyxyxxcmoV1uxRc1Rc2uo UCC UEEV2iC1iC2iE1iE2uyiC3V3ReiE3uBE3TEUI= = = = = = =bebebbecmruiuig缺乏：缺乏： uY必須為正值必須為正值第七章第七章V3V4V1V2V5V6

36、V8V9 UCCRcRcuo1268ux104uy15R5V7R1500 R2500 R3500 Ry14 UEEIo2Io21和和2以及以及3和和4各組成一級差分電路后各組成一級差分電路后將輸入和輸出端對應(yīng)并將輸入和輸出端對應(yīng)并聯(lián)，聯(lián)，5和和6由恒流管由恒流管8和和9提供偏置電流提供偏置電流,因此不論因此不論uY是正值還是是正值還是負值負值,輸出均可得到輸出均可得到uY和和uX的乘積。的乘積。二、四象限變跨導(dǎo)型模擬乘法器二、四象限變跨導(dǎo)型模擬乘法器 2TO2TOC2o1oo4UI4UIR = = = = =kukuuuiiuyxyx）（一、乘方運算電路一、乘方運算電路 若若uy=ux,則則u

37、o=Ku2x,此時此時,模擬乘法器就成為平方電路。模擬乘法器就成為平方電路。7.2.3 模擬乘法器在運算電路中的應(yīng)用模擬乘法器在運算電路中的應(yīng)用uIXYKXYuo=k u2IXYKXYuo=k u3IXYKXYXYKXYuo=k u4IuIXYKXY第七章第七章XYKXYR3uoR2R1u1i1i2u3u2二、除法運算電路二、除法運算電路1123231121,uRRuRuRuii=即21122323uuKRRKuuuuKuuoo=u只有當(dāng)只有當(dāng)u2為正極性時才能保證運放處于負反饋狀態(tài)為正極性時才能保證運放處于負反饋狀態(tài),而而u1則可正可負。則可正可負。u當(dāng)當(dāng)u2=uo時，時，實現(xiàn)開方運算實現(xiàn)開

38、方運算112uKRRuo = =第七章第七章三、開方運算電路三、開方運算電路7.3 7.3 有源濾波電路有源濾波電路對信號的頻率具有選擇性的電路對信號的頻率具有選擇性的電路7.3.1 濾波電路的基礎(chǔ)知識濾波電路的基礎(chǔ)知識 1、概念、概念: 一、濾波電路的概念和分類一、濾波電路的概念和分類 2、功能、功能:使特定頻率范圍內(nèi)的信號通過，而阻使特定頻率范圍內(nèi)的信號通過，而阻止其它頻率信號通過止其它頻率信號通過 3、品種、品種: 低通濾波低通濾波LPF 高通濾波高通濾波HPF 帶通濾波帶通濾波BPF 帶阻濾波帶阻濾波BEF 全通濾波全通濾波APF濾波器濾波器第七章第七章理想濾波電路的幅頻特性理想濾波電

39、路的幅頻特性O(shè)fPf uA upA通帶通帶阻帶阻帶OfPf uA upA阻帶阻帶通帶通帶OfPf uA upA阻帶阻帶通帶通帶通帶通帶OfPf uA upA阻帶阻帶通帶通帶阻帶阻帶LPFHPFBPFBEFu實際濾波電路在通帶和阻帶之間都存在過度帶實際濾波電路在通帶和阻帶之間都存在過度帶 二、無源濾波和有源濾波二、無源濾波和有源濾波 1、無源濾波：、無源濾波： 濾波電路僅有無源元件濾波電路僅有無源元件電阻、電容、電感組成電阻、電容、電感組成 缺點：負載影響濾波特性缺點：負載影響濾波特性 2、有源濾波：、有源濾波： 在無源濾波電路和負載之在無源濾波電路和負載之間加有源隔離電路，一般由間加有源隔離電

40、路，一般由RC網(wǎng)絡(luò)和集成運放組成網(wǎng)絡(luò)和集成運放組成 適用范圍：只適用于信號處理電路，適用范圍：只適用于信號處理電路， 不適用于高電壓大電流負載不適用于高電壓大電流負載第七章第七章7.3.2 有源低通濾波電路有源低通濾波電路oup011iouj1Aj1RR1RCj1RR1UUAff.ff. = = = = = = =-RfR1Ruoui+COf/fo upulg20AA通帶通帶0.1110-20-10-31、一階電路、一階電路RC210p = = = ff截止頻率：截止頻率：頻率特性：頻率特性：一、同相輸入低通濾波器一、同相輸入低通濾波器2.簡單二階電路簡單二階電路可提高幅頻特性的衰減斜率可提高

41、幅頻特性的衰減斜率2110u)(311)1 ()()()1 ()()(sRCsRCRRsUsURRsUsUsAFipFi=）（圖圖7.3.7簡單二階低通電路簡單二階低通電路RF用用j取代取代s，且令，且令f0=1/(2RC)0201F3j)(11ffffRRAu=圖圖7.3.8簡單二階低通電路的幅頻特性簡單二階低通電路的幅頻特性圖圖7.3.8簡單二階低通電路的幅頻特性簡單二階低通電路的幅頻特性輸入電壓經(jīng)過兩級輸入電壓經(jīng)過兩級 RC 低通電路，低通電路，在高頻段，對數(shù)幅頻特性以在高頻段，對數(shù)幅頻特性以 -40 dB /十倍頻的速度下降，使濾波十倍頻的速度下降，使濾波特性比較接近于理想情況。特性比

42、較接近于理想情況。令電壓放大倍數(shù)分母的模等于令電壓放大倍數(shù)分母的模等于 2可解出通帶截止頻率可解出通帶截止頻率fP=0.37 f0問題：在問題：在 f = f0 附近，輸出幅度衰減大，附近，輸出幅度衰減大， fP 遠離遠離f0 引入正反饋，可以增大放大倍數(shù)，使引入正反饋，可以增大放大倍數(shù)，使 fP 接近接近f0 濾濾波特性趨于理想波特性趨于理想 。020p2ppio1j)(1)j ()j3(1ffQffARCRCAAUUAuuuu = = = = = 1Fp1RRAu = =RCf = =210p31uAQ = =圖圖 7.3.10壓控電壓源二階低通濾波電路壓控電壓源二階低通濾波電路圖圖7.3

43、.9壓控電壓源二階低通濾波電路壓控電壓源二階低通濾波電路3.壓控電壓源二階低通濾波電路壓控電壓源二階低通濾波電路2u)()(3 1)(sRCsRCsAsAsAupup=）（用用j取代取代s，且令，且令f0=1/(2RC)二、反相輸入低通濾波器二、反相輸入低通濾波器1.一階電路一階電路圖圖7.3.11反相輸入一階反相輸入一階低通濾波電路低通濾波電路令信號頻率令信號頻率0，求出，求出通帶放大倍數(shù)通帶放大倍數(shù)12pRRAu=電路的傳遞函數(shù)電路的傳遞函數(shù)CsRRRsUsUsAi2120u11.)()(=）（用用j取代取代s，且令，且令f0=1/(2 R2C)0pj1ffAAuu=fP= f02.二階電

44、路二階電路在一階電路的基礎(chǔ)上，增加在一階電路的基礎(chǔ)上，增加RC環(huán)節(jié)，可使濾波器的過渡環(huán)節(jié)，可使濾波器的過渡帶變窄，衰減斜率的值加大。帶變窄，衰減斜率的值加大。圖圖7.3.12反相輸入簡單二反相輸入簡單二階低通濾波電路階低通濾波電路為了發(fā)改善為了發(fā)改善f0附近的頻率特性，附近的頻率特性，也可采用多路反饋的方法。也可采用多路反饋的方法。圖圖7.3.13無限增益多路反饋無限增益多路反饋二階低通濾波電路二階低通濾波電路分析過程見教材分析過程見教材P366367）三、三種類型的有源低通濾波器三、三種類型的有源低通濾波器切比雪夫切比雪夫(Chebyshev)濾波器的品質(zhì)因數(shù)濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q，也稱為濾波器的截止特性系數(shù)。，也稱為濾波器的截止特性系數(shù)。其值決定于其值決定于f=fo附近的頻率特性。附近的頻率特性。按照按照f=fo附近頻率特性的特點，可將濾波器分為附近頻率特性的特點，可將濾波器分為:巴特沃思巴特沃思Butterworth）貝塞爾貝塞爾Bessel）圖圖7.3.15三種類型二階三種類型二階LPF幅頻