西安交通大学赵进全模拟电子技术基础.pptx
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1、其中故有b2A+b1得第1页/共201页2同相输入加法电路 运放工作于线性状态电压串联负反馈根据两个分析依据“虚短”“虚断”由图可知其中故A+b1b2第2页/共201页同相端电压式中A+b1b2第3页/共201页 减法运算运放工作于线性状态电压负反馈根据叠加原理减法运算器反相比例器同相比例器分解A+b1b2第4页/共201页+同相比例A+b1b2等效反相比例A+b1b2A+b1b2第5页/共201页A+b1b2A+b1b2第6页/共201页如果如果则则第7页/共201页由图可知其中故 积分运算CA+iR+第8页/共201页输入阶跃电压tO输出电压随时间线性下降运放的最大输出电压输出饱和tO第9
2、页/共201页tO输入电压tO输出电压第10页/共201页故 微分运算 由图可知其中CA+iFR+第11页/共201页微分电路的阶跃响应 UtOtO输入信号输出信号第12页/共201页输入电压输出电压tOtOT第13页/共201页 对数运算 6.2 对数和反对数运算电路由图可知故R+AT+T选用PNP型当uI0时第14页/共201页故 反对数运算由图可知RT+Ab1b2第15页/共201页6.3 模拟乘法器及其应用乘法器符号实现的功能K第16页/共201页1对数乘法器 由此可知,可利用对数电路、加法电路和反对数电路实现的乘法运算功能。式中 乘法器的工作原理 由第17页/共201页原理框图对数运
3、算对数运算加法运算反对数运算第18页/共201页对数乘法运算电路R1+A1T1R2+A2T2R4+A3R3R6+A4T4R5第19页/共201页2.变跨导式乘法器RT1T2T3T4+_+A_第20页/共201页在图示电路中因为RT1T2T3T4+_第21页/共201页则因T3、T4构成电流镜当时RT1T2T3T4+_第22页/共201页由以上各式得式中RT1T2T3T4+_第23页/共201页接入差分比例电路RT1T2T3T4+_+A_第24页/共201页1.平方运算电路 乘法器应用电路K第25页/共201页2 开平方运算电路 由图可知故K+A第26页/共201页 3.除法运算电路 由图可知故
4、K+A第27页/共201页4.调制与解调 音频信号载波信号 幅度调制原理框图 滤波器带 通K第28页/共201页输出信号滤除单边带信号滤波器带 通K第29页/共201页幅度解调原理框图载波信号调幅信号载波信号调幅信号音频信号滤波器低 通K第30页/共201页输出信号信号滤除高频信号载波信号调幅信号音频信号滤波器低 通K第31页/共201页 选型 专用型类 型特 点应 用 场 合 通用型种类多,价格便宜一般测量、运算电路低功耗型 功耗低遥感、遥测电路高精度型型测量精度高、零漂小毫伏级或更低微弱信号测量高输入阻抗型Rid对被测信号影响小生物医电信号提取、放大高速宽带型带宽高、转换速率高视频放大或高
5、频振荡电路高压型电源电压48300V高输出电压和大输出功率集成运放及其特性简表 6.4 集成运算放大器使用中的几个问题 第32页/共201页 调零 常用的调零电路带调零引出端2315476无调零端LM 324第33页/共201页 保护1输入保护 消振自激振荡的原因运放的增益高存在寄生电容加入消振电容消振的措施:保护电路R+Ab1b2第34页/共201页 2.输出保护保护电路+A第35页/共201页 运算电路的误差分析运放低频等效电路(+)rid()第36页/共201页1.共模抑制比KCMR为有限值的影响 图示电路中等效共模输入电压等效差模输入电压Ab1b2第37页/共201页而理想运放的输出电
6、压为输出电压代入uIc、uId 得Ab1b2第38页/共201页故 输出电压的相对误差第39页/共201页 2 及 为有限值的影响 在图示电路中,由于 另一方面,由叠加原理得Ab1b2第40页/共201页由此得实际的输出电压而理想运放的输出电压为Ab1b2第41页/共201页故 输出电压的相对误差第42页/共201页3运放的偏置和失调的影响 偏置和失调对运放的影响图+A第43页/共201页(1)仅考虑反相输入端 的影响+A第44页/共201页(2)仅考虑同相输入端 和 的影响+A第45页/共201页(3)仅考虑失调电压 的影响+A第46页/共201页根据叠加原理,以上三种情况的共同影响为+A第
7、47页/共201页例1 用理想集成运算放大器实现下列运算关系,并画出电路图。要求所用的运算放大器为三个,元件的取值范围为:练 习 题解 根据题意,将要求实现下列运算关系变形为那么式可以用积分器来实现。1 k R1 M第48页/共201页式可以用反相输入的加法器来实现。最后,在用一级反相器,即可实现运算第49页/共201页图中实现电路+1mFA360k1M60k20k60k100k100kA2A1+第50页/共201页例2 图示电路是一个由理想运算放大器组成的可调稳压电源,稳压管DZ的稳压值为UZ。+A(2)若要改变UO的符号(极性),而不改变UO的大小,问电路必须做哪些改动?(1)试求用UZ表
8、示的UO表达式;第51页/共201页解 (1)设流过R1、R2的电流为I1、I2如图所示。I1I2+A那么,R3上的电压即UZ,于是因 U+=U第52页/共201页I1I2+A故 输出电压第53页/共201页(2)为了改变UO极性,须将原+VCC端接地,原接地端改接 VCC,同时将稳压管DZ的正负极性调换。+A改变后的电路第54页/共201页例3 利用运算放大器求解微分方程,并画出电路图。解 将上式写成 那么第55页/共201页用运放实现的电路图R11+A3+R11R11R12RF2R13R14RF4RF5R15R16RF6CF1CF3A4A5A6A2A1第56页/共201页7.1 电子系统概
9、述7 信号检测与处理电路传感器放大器滤波器增益调整采样保持A/D 转换器计算机系统总线控制电路信号检测系统基本框图第57页/共201页传感器放大器滤波器增益调整采样保持A/D 转换器计算机系统总线控制电路提取测量信号放大测量信号抑制干扰信号去除无用信号信号加工处理系统第58页/共201页 测量放大器常用于热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量以及其它具有较大共模干扰的直流缓变微弱信号的检测。7.2 信号检测系统中的放大电路b.共模抑制比高a.输入抗阻高主要特点第59页/共201页1.三运放测量放大器b.电阻R3、R4、R5、R6要精密配合(R3=R5、R4=R6)。a.运放A1、A2的特性一致性
10、。对电路要求(1)原理图A1A2A3+_b1b2+_i+第60页/共201页由图可知(2)电路分析A1A2A3+_b1b2+_i+第61页/共201页A1A2A3+_b1b2+_i+第62页/共201页放大器具有很高的抑制共模信号的能力令输出uO与共模信号uIc无关第63页/共201页2.单片集成测量放大器AD521工作原理与三运放测量放大器类似性能指标(2)输入阻抗3109。(3)增益带宽大于2 MHz。(4)电压放大倍数0.110,000。(5)电源电压(518)V。(6)过载能力较强,动态特性好。(1)共模抑制比120 dB。第64页/共201页(1)引脚说明12345678910111
11、31214OUTOFF SETVINRG+INSENSEREFRSCOMPOFF SETRSV+RG第65页/共201页(2)基本连接方式图123456781011121314AD521+第66页/共201页隔离放大器特点信号传递的主要方式1.电磁耦合2.光电耦合输入回路与输出回路之间是电绝缘的第67页/共201页二极管 二极管型二极管 三极管型1.光电耦合隔离放大器光敏二极管IoIiIiIo发光二极管发光二极管光敏三极管第68页/共201页b.采用负反馈技术。光电耦合器的特点a.耦合器中的发光和光敏元件都是非线性器件b.非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真克服非线性失真通常采取的措施a.给
12、非线性器件施加合适的直流偏置,在小范围内线性传输信息。第69页/共201页一种典型的光电耦合隔离放大器 CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1第70页/共201页 CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1电压并联负反馈第71页/共201页 CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1电压串联负反馈电压并联负反馈第72页/共201页 CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1串联负反馈的
13、判断电压串联负反馈电压并联负反馈第73页/共201页工作原理O1、O2特性相同R1=R4+RWR1=R4+RW CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1第74页/共201页uCE2uCE1=uCE2uCE1O1、O2特性相同R1=R4+RWR1=R4+RW CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1第75页/共201页uO=uCE1uI=uCE2uO=uIuCE2uCE1=uCE2uCE1 CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1第76
14、页/共201页实现信号隔离实现信号传输两地独立两地独立输入、输出级之间是电气绝缘的uO=uI CA1O1A2+15V+5V15V15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T1第77页/共201页放大器原理图2.变压器隔离放大器+-1A调制器隔 离电 源解调器振荡器+-2A输入屏蔽输出屏蔽uOuI第78页/共201页+-1A调制器隔 离电 源解调器振荡器+-2A输入屏蔽输出屏蔽uOuI调 制给输入侧提供能量两侧电源独立解 制输入、输出侧间电气绝缘第79页/共201页变压器隔离放大器AD277原理图和引脚+-1A调制器隔 离电 源解调器振荡器+-2A输入屏蔽输出屏蔽161511141
15、01213(+VCC)126873495(+15V)(-15V)(VEE)第80页/共201页滤波器的基础知识功能:允许信号中某一部分频率的分量通过。通带:能够通过信号的频率范围。阻带:不能够通过信号的频率范围。截止频率:通带和阻带之间的分界频率。7.3 有源滤波器第81页/共201页滤波器的分类a.根据处理的信号不同分为 b.根据使用的滤波元件不同分为数字滤波器模拟滤波器RC型LC型RLC型第82页/共201页c.根据工作频率不同分为低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器全通滤波器第83页/共201页fA0理想滤波器的幅频特性低通fA0通带高通带阻带通通带通带通带通带Af0fA0第84页/
16、共201页0fA0.707实际低通滤波器的幅频特性实际特性理想特性阻带过渡带通带第85页/共201页d.根据滤波器的阶数分 一阶滤波器二阶滤波器高阶滤波器e.根据采用的元器件不同分无源滤波器有源滤波器滤器的阶数越高,性能越好。第86页/共201页组成:由电阻、电容、电感等无源器件组成。体积和重量比较大,电感还会引起电磁干扰。(a)无源滤波器电路简单高频性能好工作可靠优点通带信号有能量损耗负载效应比较明显缺点CRRL无源高通滤波器第87页/共201页(b)有源滤波器电路体积小、重量轻。通带内的信号可以放大。精度高、性能稳定、易于调试。负载效应小。组成:由电阻、电容和有源器件(如集成运放)组成。优
17、点可以多级相连,用低阶来构成高阶滤波器。第88页/共201页通带范围小。需要直流电源。适用于低频、低压、小功率等场合。缺点第89页/共201页1.一阶低通有源滤波器低通有源滤波器(1)电路组成(2)电路分析 a.电路的传递函数+_+第90页/共201页式中Z1(s)Z2(s)故+_+第91页/共201页令滤波器的通带增益+_+第92页/共201页b.滤波器的频率特性令 s=j,得滤波器的频率特性第93页/共201页式中即因电路的频率特性与f 的一次方有关故称之为一阶RC有源滤波器第94页/共201页c.滤波器的幅频特性由得d.相频特性第95页/共201页讨论幅频和相频特性(a)(b)(c)c、
18、fc分别称为滤波器的截止角频率、截止频率。滤波器具有低通的特性。第96页/共201页3dB020lg|A(j)|/dB幅频特性曲线20dB/十倍频幅频特性曲线由第97页/共201页(3)一阶滤波器特点 a.电路简单。b.过渡带的衰减慢,衰减速率20dB/十倍频。第98页/共201页2.二阶有源低通滤波器(1)电路组成(2)电路分析a.电路的传递函数无限增益多路反馈型二阶有源低通滤波器12+_+_._+第99页/共201页对节点1、2列节点电压方程节点1节点212+_+_._+第100页/共201页由上两式得其中电路的品质因数滤波器的特征角频率第101页/共201页式中为滤波器的通带增益b.滤波
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