信號(hào)的運(yùn)算與處理

信號(hào)的運(yùn)算與處理模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路模擬乘法器及其在運(yùn)算電路中的應(yīng)用有源濾波電路電壓比較器非正弦波發(fā)生電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路1、概述

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?yàn)閡O為有限值，Aod＝∞，所以u(píng)N－uP＝0，即

uN＝uP…………虛短路因?yàn)閞id＝∞，所以

iN＝iP＝0………虛斷路電路特征：引入電壓負(fù)反饋。無源網(wǎng)絡(luò)2.集成運(yùn)放的線性工作區(qū):uO＝Aod(uP－uN)1.理想運(yùn)放的參數(shù)特點(diǎn)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3.研究的問題（1）運(yùn)算電路：運(yùn)算電路的輸出電壓是輸入電壓某種運(yùn)算的結(jié)果，如加、減、乘、除、乘方、開方、積分、微分、對(duì)數(shù)、指數(shù)等。（2）描述方法：運(yùn)算關(guān)系式uO＝f(uI)

（3）分析方法：“虛短”和“虛斷”是基本出發(fā)點(diǎn)。（1）識(shí)別電路；（2）掌握輸出電壓和輸入電壓運(yùn)算關(guān)系式的求解方法。4、學(xué)習(xí)運(yùn)算電路的基本要求模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)運(yùn)算電路運(yùn)算放大器的三種輸入方式1）反相輸入方式2）同相輸入方式3）差動(dòng)輸入方式模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2、比例運(yùn)算電路電路引入了哪種組態(tài)的負(fù)反饋？電路的輸入電阻為多少？3)R’＝？為什么？+_iN=iP=0，uN=uP=0－－虛地在節(jié)點(diǎn)N：1）反相輸入R’=R∥Rf保證輸入級(jí)的對(duì)稱性集成運(yùn)放的輸入級(jí)一般為差放模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2）同相輸入電路引入了哪種組態(tài)的負(fù)反饋？輸入電阻為多少？電阻R’＝？為什么？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)同相輸入比例運(yùn)算電路的特例：電壓跟隨器模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3、加減運(yùn)算電路1）反相求和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2）同相求和設(shè)R1∥R2∥R3∥R4＝R∥Rf與反相求和運(yùn)算電路的結(jié)果差一負(fù)號(hào)必不可少嗎？對(duì)稱性、、、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3）加減運(yùn)算利用求和運(yùn)算電路的分析結(jié)果設(shè)R1∥R2∥Rf＝R3∥R4∥R5若R1∥R2∥Rf≠R3∥R4∥R5，uO＝?實(shí)現(xiàn)了差分放大電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)討論一：電路如圖所示（1）組成哪種基本運(yùn)算電路？與用一個(gè)運(yùn)放組成的完成同樣運(yùn)算的電路的主要區(qū)別是什么？（2）為什么在求解第一級(jí)電路的運(yùn)算關(guān)系時(shí)可以不考慮第二級(jí)電路對(duì)它的影響？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)討論二：求解圖示各電路該電路可等效成差分放大電路的哪種接法？與該接法的分立元件電路相比有什么優(yōu)點(diǎn)？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路1）積分運(yùn)算電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)移相利用積分運(yùn)算的基本關(guān)系實(shí)現(xiàn)不同的功能1)輸入為階躍信號(hào)時(shí)的輸出電壓波形？2)輸入為方波時(shí)的輸出電壓波形？3)輸入為正弦波時(shí)的輸出電壓波形？線性積分，延時(shí)波形變換模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.微分運(yùn)算電路

為了克服集成運(yùn)放的阻塞現(xiàn)象和自激振蕩，實(shí)用電路應(yīng)采取措施。限制輸入電流滯后補(bǔ)償限制輸出電壓幅值虛地運(yùn)放由于某種原因進(jìn)入非線性區(qū)而不能自動(dòng)恢復(fù)的現(xiàn)象怎么識(shí)別微分運(yùn)算電路？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)對(duì)輸入電壓的極性和幅值有何要求？5、對(duì)數(shù)運(yùn)算電路和指數(shù)運(yùn)算電路1）對(duì)數(shù)運(yùn)算實(shí)用電路中常常采取措施消除IS對(duì)運(yùn)算關(guān)系的影響利用PN結(jié)端電壓與電流的關(guān)系實(shí)際極性ICM限制其值集成對(duì)數(shù)運(yùn)算電路熱敏電阻？溫度系數(shù)為正？為負(fù)？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)對(duì)輸入電壓的極性和幅值有何要求？2.指數(shù)運(yùn)算電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬乘法器

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幅值和頻率變化時(shí)k

值不變。

有單象限、兩象限和四象限之分。1.模擬乘法器的符號(hào)及等效電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2．對(duì)數(shù)指數(shù)乘法器由此可知，可利用對(duì)數(shù)電路、加法電路和反對(duì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的乘法運(yùn)算功能。由模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)原理框圖對(duì)數(shù)運(yùn)算對(duì)數(shù)運(yùn)算加法運(yùn)算反對(duì)數(shù)運(yùn)算模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3.變跨導(dǎo)型模擬乘法器RT1T2T4T3++_模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4.模擬乘法器的應(yīng)用2.乘方運(yùn)算1.乘法運(yùn)算

實(shí)際的模擬乘法器k常為+0.1V-1或－0.1V-1。若k=+0.1V-1，uI1=uI2=10V，則uO=10V。實(shí)現(xiàn)了對(duì)正弦波電壓的二倍頻變換模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

為使電路引入的是負(fù)反饋，k和uI2的極性應(yīng)如何？3.除法運(yùn)算運(yùn)算電路中集成運(yùn)放必須引入負(fù)反饋！若集成運(yùn)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？條件：同極性模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)為實(shí)現(xiàn)上式，電路中uI、uO、k的極性是什么？為什么？4.開方運(yùn)算

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uO<0，則有何變化？若要求uI、uO均大于0，則有何變化？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1)標(biāo)出集成運(yùn)放的“＋”和“－”；2)求解uO=f(uI)=?已知R1＝R2，求解uO=f(uI)=?二極管什么時(shí)候?qū)?？什么時(shí)候截止？+_+_

在集成運(yùn)放應(yīng)用電路中開關(guān)管的工作狀態(tài)往往決定于輸入信號(hào)或輸出信號(hào)的極性！模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)有源濾波器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

、(fP、下降速率)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高通濾波器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF））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模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)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jω用s

取代即可；s

的方次稱為階數(shù)。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)：一階電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.同相輸入

（1）一階電路：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)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（2）簡單二階LPF截止頻率fp≈0.37f0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。C1=C2模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（3）壓控電壓源二階LPF引入正反饋為使fp=f0，且在f=f0時(shí)幅頻特性按－40dB/十倍頻下降。

f→0時(shí)，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，（輸入為0）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(duì)于不同頻率的信號(hào)正反饋的強(qiáng)弱不同。C1=C2模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)壓控電壓源二階LPF的分析列P、M點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電流方程，整理可得：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)OOO三、高通、帶通、帶阻有源濾波器

與LPF有對(duì)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）fH＜fLfH＞fL1.高通濾波器（HPF）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)討論一頻率趨于零，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？頻率趨于無窮大零，電壓放大倍數(shù)趨于零的濾波器有哪幾種？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)雙T網(wǎng)絡(luò)A1、A2各組成什么電路？電路為LPF圖示電路是哪種有源濾波器？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電壓比較器一、概述1.電壓比較器的功能：比較電壓的大小。輸入電壓是模擬信號(hào)；輸出電壓表示比較的結(jié)果，只有高電平和低電平兩種情況，為二值信號(hào)。使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓。廣泛用于各種報(bào)警電路。2.電壓比較器的描述方法

:電壓傳輸特性u(píng)O＝f(uI)電壓傳輸特性的三個(gè)要素：（1）輸出高電平UOH和輸出低電平UOL（2）閾值電壓UT（3）輸入電壓過閾值電壓時(shí)輸出電壓躍變的方向模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3.幾種常用的電壓比較器（1）單限比較器：只有一個(gè)閾值電壓（3）窗口比較器：有兩個(gè)閾值電壓，輸入電壓單調(diào)變化時(shí)輸出電壓躍變兩次。（2）滯回比較器：具有滯回特性輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次?；夭铍妷海耗M電子技術(shù)基礎(chǔ)4、集成運(yùn)放的非線性工作區(qū)電路特征：集成運(yùn)放處于開環(huán)或僅引入正反饋理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)：1)凈輸入電流為02)uP>uN時(shí)，uO＝＋UOMuP<uN時(shí)，uO＝－UOM無源網(wǎng)絡(luò)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、單門限比較器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI>0時(shí)uO＝－UOM;uI<0時(shí)uO＝＋UOM

集成運(yùn)放的凈輸入電壓等于輸入電壓，為保護(hù)集成運(yùn)放的輸入級(jí)，需加輸入端限幅電路。二極管限幅電路使凈輸入電壓最大值為±UD1.過零比較器必要嗎？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)輸出限幅電路

為適應(yīng)負(fù)載對(duì)電壓幅值的要求，輸出端加限幅電路。UOH＝＋UZ1＋UD2

UOL＝－(UZ2＋UD1)UOH＝

－

UOL＝UZ不可缺少！模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電壓比較器的分析方法：（1）寫出uP、uN的表達(dá)式，令uP＝uN，求解出的uI即為UT；（2）根據(jù)輸出端限幅電路決定輸出的高、低電平；（3）根據(jù)輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端決定輸出電壓的躍變方向。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.一般單限比較器（1）若要UT<0，則應(yīng)如何修改電路？（2）若要改變曲線躍變方向，則應(yīng)如何修改電路？（3）若要改變UOL、UOH呢？作用于反相輸入端虛斷模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、滯回比較器1.閾值電壓模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.工作原理及電壓傳輸特性

設(shè)uI＜－UT，則uN＜uP，uO＝+UZ。此時(shí)uP＝+UT，增大uI，直至+UT，再增大，uO才從+UZ躍變?yōu)椋璘Z。

設(shè)uI＞+UT，則uN＞uP，uO＝－UZ。此時(shí)uP＝－UT，減小uI，直至－UT，再減小，uO才從－UZ躍變?yōu)?UZ。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.若要電壓傳輸特性曲線左右移動(dòng)，則應(yīng)如何修改電路？討論：如何改變滯回比較器的電壓傳輸特性2.若要電壓傳輸特性曲線上下移動(dòng)，則應(yīng)如何修改電路？3.若要改變輸入電壓過閾值電壓時(shí)輸出電壓的躍變方向，則應(yīng)如何修改電路？改變輸出限幅電路向左右移多少？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)uI>URH時(shí)，uO1=－uO2=UOM，D1導(dǎo)通，D2截止；uO=UZ。當(dāng)uI<URL時(shí)，uO2=－uO1=UOM，D2導(dǎo)通，D1截止；uO=UZ

。當(dāng)URL<uI<URH時(shí)，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。四、窗口比較器模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)討論：從電壓傳輸特性識(shí)別電路，畫波形已知各電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示，說出它們各為哪種電壓比較器；輸入電壓為5sinωt(V)，畫出各電路輸出電壓的波形。同相輸入單限比較器反相輸入滯回比較器窗口比較器模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)矩形波發(fā)生電路

輸出無穩(wěn)態(tài)，有兩個(gè)暫態(tài)；若輸出為高電平時(shí)定義為第一暫態(tài)，則輸出為低電平為第二暫態(tài)。1.基本組成部分

（1）開關(guān)電路：因?yàn)檩敵鲋挥懈唠娖胶偷碗娖絻煞N情況，即兩個(gè)暫態(tài)；故采用電壓比較器。

（2）反饋網(wǎng)絡(luò)：因需自控，在輸出為某一暫態(tài)時(shí)孕育翻轉(zhuǎn)成另一暫態(tài)的條件，故應(yīng)引入反饋。

（3）延遲環(huán)節(jié)：要使兩個(gè)暫態(tài)均維持一定的時(shí)間，故采用RC環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，從而決定振蕩頻率。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.電路組成正向充電：

uO（+UZ）→R→C→地反向充電：地→C→R→uO（－UZ）RC回路滯回比較器微分電路+滯回比較器=方波發(fā)生器模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3.工作原理：分析方法

設(shè)合閘通電時(shí)電容上電壓為0，uO上升，則產(chǎn)生正反饋過程：

uO↑→uP↑→uO↑↑，直至uO＝UZ，uP＝+UT，為第一暫態(tài)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

電容正向充電，t↑→uN↑，t→∞，uN→UZ；但當(dāng)uN＝+UT時(shí)，再增大，uO從+UZ躍變?yōu)椋璘Z，uP＝－UT，電路進(jìn)入第二暫態(tài)。

電容反向充電，t↑→uN↓，t→∞，uN→－UZ；但當(dāng)uN＝－UT時(shí)，再減小，uO從－UZ躍變?yōu)?UZ，uP＝+UT，電路返回第一暫態(tài)。第一暫態(tài)：uO＝UZ，uP＝+UT。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)脈沖寬度4.波形分析模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5.占空比可調(diào)電路為了占空比調(diào)節(jié)范圍大，R3應(yīng)如何取值？

正向充電和反向充電時(shí)間常數(shù)可調(diào)，占空比就可調(diào)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三角波發(fā)生電路

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