信号的运算与处理电路.ppt

电子技术,第八章 信号运算与处理,模拟电路部分,第八章 信号的运算与处理电路,§8.1 理想运放及其基本组态,§8.3 对数和反对数运算电路,§8.4 模拟乘法器,§8.5 有源滤波器,§8.2 基本运算电路,由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称理想运放。,理想运放的条件,理想运放,线性放大区,理想运放的传输特性,非线性放大区,运放工作在线性区的特点,反相比例放大器,三种基本组态,同相比例放大器,差分放大器,结构特点：,反相比例放大器,1. 信号从反相端输入。,2. 负反馈引到反相输入端。,i1= i2,虚短,虚断,反相比例放大器放大倍数,ri=R1,RP =R1 / Rf,反相比例放大器输入电阻,共模电压,输入电阻小、共模电压为 0 以及“虚地”是反相输入的特点。,反馈方式,电压并联负反馈,输出电阻很小！,反相比例放大器的共模电压,1. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。,2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。,反相比例电路的特点,uo,反相比例放大器的特例,uo,反相比例放大器的派生,例：求Au =?,i1= i2,虚短,虚断,反相比例放大器计算举例（1）,该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。,反相比例放大器计算举例（2）,结构特点：,同相比例放大器,1. 信号从同相端输入。,2. 负反馈引到反相输入端。,同相比例放大器放大倍数,u-= u+= ui,虚短,虚断,同相比例放大器输入电阻,RP =R1 / Rf,共模电压,反馈方式,电压串联负反馈,输出电阻很小！,同相比例放大器的共模电压,3.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。,1.共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。,2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,同相比例电路的特点,同相比例放大器的特例,称电压跟随器,若：Rf=0,同相比例放大器的派生,差分放大器,结构特点：,1. 信号从同相和反相端以差分形式输入。,2. 负反馈引到反相输入端。,解出：,差分放大器放大倍数（1）,虚短,虚断,方法一：,差分放大器放大倍数（2）,方法二：,差分放大器的特例,若：Rf=R1=R2=R3=R,称减法器,则：,作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。,类型：同相、反相、差分。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,加减运算电路,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,反相求和运算（1）,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,反相求和运算（2）,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,同相求和运算（1）,此电路如果以 u+ 为输入 ，则输出为：,注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。,流入运放输入端的电流为0（虚开路）,同相求和运算（2）,u+ 与 ui1 和 ui2 的关系如何？,左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？,提示： 1. 虚开路：流入同相端的电流为0。 2. 节点电位法求u+。,同相求和运算（3）,减法运算电路,差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（=2R）, 这是由于反相输入造成的。,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,加减混合运算电路（1）,虚短,虚断,虚断,加减混合运算电路（2）,例：设计一个加减运算电路， RF=240k，使 uo=11ui2- 10ui1,解:,(1) 画电路。,系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。,加减混合运算电路的设计（1）,(2) 求各电阻值。,uo=11ui2- 10ui1,加减混合运算电路的设计（2）,优点：元件少，成本低。,缺点：要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的调整计算不方便。,改进：采用双运放电路。,单运放加减运算电路小结,双运放加减运算电路,例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0 +5V，现有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0+5V。,uo = 0.5ui+2.5 V,双运放加减运算电路设计（1）,uo =0.5ui +2.5 V,=0.5 (ui +5) V,双运放加减运算电路设计（2）,三运放加减运算电路,虚短：,虚断：,三运放加减运算电路分析（1）,三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。 由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。,三运放加减运算电路分析（2）,例：由三运放放大器组成的温度测量电路。,Rt ：热敏电阻,集成化:仪表放大器,三运放加减运算电路应用（1）,Rt=f (T°C),三运放加减运算电路应用（2）,1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小 。,2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。,3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。,加减运算电路小结,微分运算电路（1）,u= u+= 0,微分运算电路（2）,若输入：,微分运算电路（3）,则：,微分运算电路的缺点与改进,缺点：对高频噪声敏感。,积分运算电路（1）,积分运算电路（2）,u= u+= 0,输入方波，输出是三角波。,积分运算电路的应用（1）,U,积分时限,积分运算电路的应用（2）,如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。,3. 在电子开关中用于延迟。,积分电路的主要用途：,1. 波形变换。例：将方波变为三角波。,2. A/D转换中，将电压量变为时间量。,4. 移相。,对数运算电路（1）,对数运算电路（2）,虚断:,虚短:,反对数运算电路,符号：,类型：,模拟乘法器,模拟乘法器的应用平方,若：ux =uy=u,模拟乘法器的应用除法,模拟乘法器的应用除法,i1= i2,虚断,虚短,模拟乘法器的应用开方,故称负压开方电路,模拟乘法器的应用开方,模拟乘法器的应用开立方,模拟乘法器的应用求有效值,滤波电路的分类,1. 按信号性质分类,3. 按电路功能分类:,低通滤波器；高通滤波器； 带通滤波器；带阻滤波器,2. 按所用元件分类,模拟滤波器和数字滤波器,无源滤波器和有源滤波器,4. 按阶数分类:,一阶，二阶 高阶,有源滤波电路,传递函数：,幅频特性,相频特性,传递函数的定义,低通,高通,带通,带阻,四种典型的频率特性,传递函数：,无源滤波器的缺点（1）,1. 带负载能力差。,2. 无放大作用。,3. 特性不理想，边沿不陡。,截止频率处：,此电路的缺点：,无源滤波器的缺点（2）,将两级一阶低通滤波器串接,？,各级互相影响！,无源滤波器的缺点（3）,1. 不使用电感元件，体积小重量轻。,2. 有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。,3. 除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。,有源滤波器的优点,传递函数中出现 的一次项，故称为一阶滤波器。,一阶有源低通滤波器,幅频特性：,相频特性：,一阶低通幅频和相频特性,有放大作用,3. 运放输出，带负载能力强。,幅频特性与一阶无源低通滤波器类似,电路的特点：,2. =o 时,1. =0 时,一阶有源低通滤波器的特点,解出：,其中：,传递函数中出现 的二次项，故称为二阶滤波器。,二阶有源低通滤波器,二阶低通幅频特性（1）,R1= 时：AF=1, =o时：,二阶低通幅频特性（2）,例：两个一阶有源滤波器串接构成二阶有源滤波器。,分析简单,由低阶有源滤波器构成高阶有源滤波器,阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器。,一阶低通和二阶低通幅频曲线的区别,将低通滤波器中的R、C 对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。,如何组成高通滤波器,一阶有源高通滤波器,幅频特性：,一阶高通幅频特性,1. 不宜用于高频。,2. 不宜在高电压、大电流情况下使用。,3. 可靠性较差。,4. 使用时需外接直流电源。,有源滤波器的缺点,熟悉乘法器的原理及应用。,掌握理想运放工作在线性区的特点。,本章基本要求,掌握高通、低通、带通、带阻四种滤波器幅频特性。,了解积分电路、微分电路的原理。,掌握比例放大电路、求和电路原理及计算。,电子技术,第八章 结 束,模拟电路部分,