工学第七章信号的运算和处理.pptx
会计学1工学第七章信号的运算和处理工学第七章信号的运算和处理7.1 概 述电子信息系统的组成图电子信息系统的示意图第1页/共79页理想运放的两个工作区理想运放的两个工作区理想运放的两个工作区理想运放的两个工作区两个工作区：线性区、非线性区一、理想运放的性能指标：集成运放的理想化参数是：1开环差模增益(放大倍数)Aod=，1052差模输入电阻 Rid=；2M3输出电阻 Ro=0；04共模抑制比 KCMR=；1055上限截止频率 fH=；6失调电压 UOI、失调电流 IOI 和它们的温漂均为零，且 无任何内部噪声。第2页/共79页二、理想运放在线性工作区二、理想运放在线性工作区二、理想运放在线性工作区二、理想运放在线性工作区1.理想运放在线性区的特点（1）uP=uN 虚短（2）iP=iN=0 虚断 2.理想运放工作在线性区的电路特征：电路中引入负反馈。uO=Aod(up-uN)Aod=运放的同相输入端和反相输入端的电位“无穷”接近，好象短路一样，但却不是真正的短路。运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于0，好象断路一样，但却不是真正的断路。第3页/共79页三、理想运放工作在非线性区三、理想运放工作在非线性区三、理想运放工作在非线性区三、理想运放工作在非线性区图集成运放工作在非线性区时的电压传输特性up-uNuouOM-uOM理想运放在非线性区的特点：（1）UO=+UOM uP uN-UOM uP R4，R1=R2R2R4第15页/共79页 例例例例 电路图电路图电路图电路图已知：uo=-55uIR5=?解：R5=500K第16页/共79页加减运算电路一、求和运算电路1.反相求和运算电路（）第17页/共79页图利用叠加原理求解运算关系图利用叠加原理求解运算关系图利用叠加原理求解运算关系图利用叠加原理求解运算关系第18页/共79页图同相求和运算电路图同相求和运算电路图同相求和运算电路图同相求和运算电路2.同相求和运算电路（）当：R1/R2/R3/R4=R/RfRP=R1/R2/R3/R4第19页/共79页图加减运算电路图加减运算电路图加减运算电路图加减运算电路二、加减运算电路第20页/共79页图利用叠加原理求解加减运算电路图利用叠加原理求解加减运算电路图利用叠加原理求解加减运算电路图利用叠加原理求解加减运算电路当：R5/R3/R4=R1/R2/Rf（）第21页/共79页图差分比例运算电路图差分比例运算电路图差分比例运算电路图差分比例运算电路（）第22页/共79页图高输入电阻的差分比例运算电路图高输入电阻的差分比例运算电路图高输入电阻的差分比例运算电路图高输入电阻的差分比例运算电路当：R1=Rf2,R3=Rf1第23页/共79页 例例例例 设计一个运算电路设计一个运算电路设计一个运算电路设计一个运算电路设计要求：100k10k20k25k当：R1/R4=R3/R2/RfR4=第24页/共79页作业作业n nP378 7.1P378 7.1、7.27.2、7.37.6 7.37.6、7.87.8、7.127.12第25页/共79页一、积分运算电路积分运算电路和微分运算电路积分运算电路和微分运算电路积分运算电路和微分运算电路积分运算电路和微分运算电路积分起始时刻值第26页/共79页当 uI 为常数时，设 uo(t0)=0当 uI 为阶跃信号时，第27页/共79页当输入为方波和正弦波时，防止低频增益过大第28页/共79页图基本微分运算电路图基本微分运算电路图基本微分运算电路图基本微分运算电路二、微分运算电路1.基本微分运算电路虚地uItOuOtO第29页/共79页2.实用微分运算电路限制输出电压限制输入电流补偿电容，提高稳定性uItOuOtO第30页/共79页3.逆函数型微分运算电路第31页/共79页例电路图例电路图例电路图例电路图已知：C1=C2=C。求uo与ui的关系由N点电流方程得：由P点电流方程得：第32页/共79页例PID调节器电路图第33页/共79页7.2.4 7.2.4 对数运算电路和指数运算电路对数运算电路和指数运算电路对数运算电路和指数运算电路对数运算电路和指数运算电路1.采用二极管的对数运算电路一、对数运算电路 利用PN结的指数特性实现对数运算第34页/共79页2.2.利用三极管的对数运算电路利用三极管的对数运算电路利用三极管的对数运算电路利用三极管的对数运算电路利用半导体三极管实现对数运算注意：ui必须大于零，电路的输出电压uO小于0.7伏发射结反向饱和电流第35页/共79页uO是ui的指数运算用半导体三极管实现反对数运算电路利用虚短和虚断，电路有要求以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路二、指数运算电路第36页/共79页图利用对数和指数运算电路实现的图利用对数和指数运算电路实现的图利用对数和指数运算电路实现的图利用对数和指数运算电路实现的乘法运算乘法运算乘法运算乘法运算电路的方框图电路的方框图电路的方框图电路的方框图第37页/共79页图乘法运算电路图乘法运算电路图乘法运算电路图乘法运算电路第38页/共79页集成运放性能指标集成运放性能指标对运算误差的影响对运算误差的影响一、Aod和rid为有限值时，对反相比例运算电路 运算误差的影响第39页/共79页模拟乘法器简介模拟乘法器简介模拟乘法器简介模拟乘法器简介7.3 模拟乘法器及其在运放中的应用符号uO=kuxuyk 乘积系数或乘积增益等效电路理想乘法器：（1）ri1=、ri2=（4）ux=0 或 uy=0 时，uO=0（2）ro=0（3）k不随信号幅度和频率变化第40页/共79页图模拟乘法器输入信号的四个象限图模拟乘法器输入信号的四个象限图模拟乘法器输入信号的四个象限图模拟乘法器输入信号的四个象限类型单象限乘法器 ux、uy 皆为固定极性二象限乘法器 一个为固定极性，另一个为可正可负四象限乘法器 ux、uy 皆为可正可负第41页/共79页图平方运算电路图平方运算电路图平方运算电路图平方运算电路模拟乘法器及其在运放中的应用一、乘方运算电路第42页/共79页图次方和图次方和图次方和图次方和4 4次方运算电路次方运算电路次方运算电路次方运算电路第43页/共79页图次方运算电路图次方运算电路图次方运算电路图次方运算电路第44页/共79页二、除法运算电路二、除法运算电路二、除法运算电路二、除法运算电路当 uI1 0，为使 uO 0，则 uI2 0 当 uI1 0 时，uO 0，为使 uO 0 条件：uO 与 uI1 必须反相 (保证负反馈)第45页/共79页三、开方运算电路三、开方运算电路三、开方运算电路三、开方运算电路图平方根运算电路uI 0第46页/共79页图例电路图图例电路图图例电路图图例电路图已知：uo=-0.1 uX uY（1）ui3的极性（2）求uo与ui的关系+-K 0uI 0解：（1）（2）P点电位N点电流方程：第47页/共79页7.4有源滤波电路滤波电路的基础知识滤波电路：使有用的频率信号顺利通过，其它无用的频率信号被阻止的电路。按 照 工作频 带 命名低通滤波器(LPF)，ffp的信号通过带通滤波器(BPF),fp1ffp2的信号通过带阻滤波器(BET),fp1f fp时，书中颠倒（p348)第52页/共79页当：f=0时,通带放大倍数fp=1/2(R/RL)C第53页/共79页2.2.有源滤波电路有源滤波电路有源滤波电路有源滤波电路跟随器第54页/共79页四四四四.有源滤波电路的传递函数有源滤波电路的传递函数有源滤波电路的传递函数有源滤波电路的传递函数通过“拉氏变换”，将电压和电流信号变换为“象函数”U(S)和I(S)。R(S)=RZC(S)=1/SCZL(S)=SLS的最高指数称为滤波器的阶数第55页/共79页低通滤波电路低通滤波电路低通滤波电路低通滤波电路一、同相输入低通滤波电路1.一阶电路书中遗漏(p350)用jw取代S,令：f0=1/2RC特征频率第56页/共79页图一阶低通滤波电路的幅频特性图一阶低通滤波电路的幅频特性图一阶低通滤波电路的幅频特性图一阶低通滤波电路的幅频特性当：f=0时,通带放大倍数当：f=f0时，当：f fp时，f p=f0第57页/共79页2.2.简单二阶低通滤波电路简单二阶低通滤波电路简单二阶低通滤波电路简单二阶低通滤波电路通带增益：Aup=1+R2/R1当C1=C2=C时，特征频率：截止频率：f p 0.37f0时第58页/共79页图简单二阶低通滤波电路的幅频特性图简单二阶低通滤波电路的幅频特性图简单二阶低通滤波电路的幅频特性图简单二阶低通滤波电路的幅频特性当：f f0时第59页/共79页3.压控电压源二阶 LPFQ=1/(3-Aup)正反馈提升了 f 0 附近的 Au。特征频率：品质因数当 f=f0 时，40 dB/十倍频-40f/fn0-3-10-2010-30Q=0.6Q=1Q=2Q=51Good!第60页/共79页二、反相输入滤波电路（了解部分）二、反相输入滤波电路（了解部分）二、反相输入滤波电路（了解部分）二、反相输入滤波电路（了解部分）第61页/共79页三、三种类型三、三种类型三、三种类型三、三种类型的有源的有源的有源的有源LPFLPF图三种类型二阶LPF的幅频特性Q=0.707Q=0.96Q=0.56第62页/共79页一、高通滤波电路一、高通滤波电路一、高通滤波电路一、高通滤波电路图二阶高通滤波电路其它滤波电路f/fn0-3-10-2010-30-40Q=0.707Q=1Q=2Q=51第63页/共79页二、带通滤波器二、带通滤波器二、带通滤波器二、带通滤波器图由低通滤波器和高通滤波器 串联组成的带通滤波器fp1fp1fp2fBW=fp1-fp2第64页/共79页图压控电压源二阶带通滤波电路图压控电压源二阶带通滤波电路图压控电压源二阶带通滤波电路图压控电压源二阶带通滤波电路当：C1=C2=C R1=R,R2=2R,时第65页/共79页图压控电压源二阶带通图压控电压源二阶带通图压控电压源二阶带通图压控电压源二阶带通 滤波电路幅频特性滤波电路幅频特性滤波电路幅频特性滤波电路幅频特性当 f=f0 时，Q=1/(3-Auf)fBW=f0/Q第66页/共79页图带阻滤波器的方框图图带阻滤波器的方框图图带阻滤波器的方框图图带阻滤波器的方框图fp1fp2fp1fp2fBW=fp2-fp1第67页/共79页图有源带阻滤波电路图有源带阻滤波电路图有源带阻滤波电路图有源带阻滤波电路双T网络第68页/共79页图常用有源带阻滤波电路图图常用有源带阻滤波电路图图常用有源带阻滤波电路图图常用有源带阻滤波电路图第69页/共79页图图所示带阻滤波器的幅频特性图图所示带阻滤波器的幅频特性图图所示带阻滤波器的幅频特性图图所示带阻滤波器的幅频特性fBW=f0/Q第70页/共79页四、四、四、四、全通滤波电路全通滤波电路全通滤波电路全通滤波电路第71页/共79页作业作业n n自测题：自测题：一、二一、二(1、36)、三、三习题：7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.8、7.13、7.14、7.25 第72页/共79页7.5 7.5 电子信息系统与处理中所用放大电路电子信息系统与处理中所用放大电路电子信息系统与处理中所用放大电路电子信息系统与处理中所用放大电路图三运放构成的精密放大器仪表用放大器要具有高输入电阻和高共模抑制比。第73页/共79页小 结第 7 章第74页/共79页一、基本运算电路1.运算电路的两种基本形式同相输入反相输入第75页/共79页2.运算电路的分析方法1)运用“虚短”和“虚断”的概念分析电路中各电量 间关系。运放在线性工作时，“虚短”和“虚断”总是同时存在。虚地只存在于同相输入端接地的电 路中。2)运用叠加定理解决多个输入端的问题。第76页/共79页二、模拟乘法器(属于非线性模拟集成电路)uO=Kuxuy三、模拟乘法器的主要应用1.运算：乘法、平方、除法、平方根等2.电路：压控增益，调制、解调、倍频、混频等第77页/共79页第78页/共79页感谢您的观看。第79页/共79页
