信号的运算和处理 (2).ppt

《信号的运算和处理 (2).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信号的运算和处理 (2).ppt（71页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第七章 信号的运算和处理模拟电子技术基础1概述基本运算电路模拟乘法器及其在运算电路中的应用有源滤波电路2uiuo+UOM-UOMA越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其工作于线性区。uiuo+-3理想运放的条件:虚短路电压放大倍数与负载无关虚断路运放工作在线性区的特点:深度负反馈信号的放大、运算有源滤波电路运放线性应用一.理想运放在线形工作区4二.理想运放在非线形工作区集成运放处于开环或只引入正反馈。特点：（1）当 u+u-,uo=+UOM,u+u-,uo=-UOM;(2)因输入电阻无穷大,故净输入电流为零。+UOM-UOM57.2.1 比例运算电路作用：将信号按比例

2、放大。类型：同相比例放大和反相比例放大。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。6i1=iF1.电压放大倍数虚短虚断一、反相比例运算电路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。uoRfRRPuii1iF+-72.电路的输入电阻Ri=R平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。RP=R/RfuoRfRRPuii1iF为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大Rf，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。+-84.共模电压RfRRPuii1iF3.反馈方式电压并联负反馈输出

3、电阻很小！电位为0，虚地+-Rf太大，噪声大。如何利用相对小的电阻获得100的比例系数？若要Ri100k，比例系数为50，R？Rf？9i1i2i4i3Mi1=i2虚短虚断uoR2R1RPuiR4R3+-T形反馈网络反相比例运算电路:10 该放大电路，在输入电阻、放大倍数较大时，可避免使用大电阻。R3小影响反馈深度。+-uoR2R1RPuiR4R311uoRfRRPuii1iF+-uoR2R1RPuiR4R3+-若：Au=-50，Ri=100k，则：R=100k，Rf=5M若：Au=-50，Ri=100k，则：R1=100k，取R2=R4=100k，R3=2.08k讨论：12u-=u+=ui反馈

4、方式：电压串联负反馈。输入电阻高。虚短虚断结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。二、同相比例运算电路RfRRPuiuo+-13同相比例电路的特点：3.共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。1.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。2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。14结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。_+RfRRPuiuo+-此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。三、电压跟随器uiuo+-15例已知，试求出R5值

5、。若uI与地接反，则输出电压与输入电压的关系将产生什么变化。解R5=500k若uI与地接反：16作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。类型：同相求和和反相求和。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。7.2.2 加减运算电路17一、反相求和运算i2iFi1 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。R2RfR1ui2uoRPui1+-18此电路如果以 u+为输入，则输出为：二、同相求和运算u+与 uI1 和 uI2、uI3 的关系如何？1920虚短虚断三、单运放的加减运算电路

6、或:若:R2RfR1ui2uoui1R4ui4ui3R3R5+-叠加定理:21 差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（=2R1）,这是由于反相输入造成的。单运放的加减运算电路的特例：差动放大器或：R2R1R1ui2uoR2ui1+-22例：设计一个加减运算电路，Rf=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3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。R3Rfui1uoR2R1ui2R4ui3+-23(2)求各电阻值。uo=10ui1+8ui2-20ui3R3Rfui1uoR2R1ui2R4ui3单运放的加减运算电路:优点：元件少，成本低。缺

7、点：要求RP=RN，阻值的调整计算不方便。改进：采用双运放电路。+-24四、双运放的加减运算电路uo1Rf1ui1R1ui2R2R3+-R4Rf2uoui3R5R6+-uo=10ui1+8ui2-20ui325五、三运放电路uoR1R1R2R2uo2RRRWui1ui2uo1ab+-+-+-26uo2RRRWui1ui2uo1ab+-+-27R1R1R2R2uouo1uo2+-28 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。uoR1R1R2R2uo2RRRWui1ui2uo1ab+-+-+-29i1iF一、积分运算7.2.3 积分运算电路与微分运算电路u=u

8、+=0uiRR2Cuo+-31tui0tuo0输入方波，输出是三角波。应用举例1：32当t15mS时，uO2.5V 若t0时,uO0，则t5ms时，uO=2.5V33tui0tui0U-UomTM积分时限应用举例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。思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请自己计算。运放实验中请自己验证。34积分电路的主要用途：1.在电子开关中用于延迟。2.波形变换。例：将方波变为三角波。3.A/D转换中，将电压量变为时间量。4.移相。35uit0t0uo若输入：则：二、微分运算i1iFu=u+=0u iuoRR2C+-36应用举例3

9、：PID调节器。解：371、对数运算7.2.4 对数运算电路与指数运算电路382、指数运算电路3、乘法、除法运算电路乘除39乘法运算电路:40 一、模拟乘法器简介 有单象限、两象限和四象限之分。两个输入电压均限于某一种极性一个电压单极性，另一可正可负两个电压均可正可负41若实现除法运算，则对模拟乘法器的相乘因子k和uI2的极性有何约束？二、在运算电路中的基本应用1、乘方运算2、除法运算同号42说明电路中uI、uO、k的极性3、开方运算?uI、k反号uI 043（b）7.6447.6 a457.6 b467.6 c477.6 d487.9解：（1）A2同相输入端电位（2）将uI110mV，uI2

10、20mV 代入上式，得uO100mV 故:R1min143 R2maxRWR1min（100.143）k9.86 k（3）497.10 c52 在图所示电路中，已知uI14V，uI21V。回答下列问题：（1）当开关S闭合时，分别求解A、B、C、D和uO的电位；（2）设t0时S打开，问经过多长时间uO0？7.16 54（2）因为uO2uDuO3，2 uD 4V，所以uO34V时，uO才为零。即 解：（1）UA7V，UB4V，UC1V，UD2V，uO2 UD 4V。557.4.1 滤波电路的基础知识一.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

11、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56低通 高通带通带阻四种典型的频率特性57二.无源滤波器（以一阶滤波器为例）传递函数：01f0.707fp截止频率通带截止频率通带放大倍数RC58空载时带负载时RLRC此电路的缺点：1.带负载能力差。2.无放大作用。3.特性不理想，边沿不陡。59三.有源滤波电路 无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大。不能输出高电压大电流，用于信号处理。跟随器RRLC+-607.4.2 低通滤波器（LPF）一、一阶LPFfo特征频率，截止频率 fp=fo。为加大衰减斜率，引出二阶滤波电路。RR1RfC+-6

12、1二、二阶简单LPFCRR1R2CRP+-62截止频率 fp 0.37f0 为使fP=f0，且在f=fP时曲线按40dB/十倍频下降，引出压控电压源电路。63三.二阶压控LPF电路引入正反馈：RR1R2C2C1RP+-取：C1=C2=C64令：则：滤波器的品质因数Q是 的电压放大倍数与通带放大倍数之比。-RR1R2CCRP+65截止特性好，曲线衰减最陡：Q=0.96幅频特性无峰值，单调减：Q=0.707过度性好：Q=0.56四.三种类型二阶LPF:66 已知AuP，o和Q，设计二阶有源低通滤波器。例：RR1R2CCRP+-67如何组成高通滤波器？R、C 对调RR1RFC+-687.4.3 其它类型有源滤波电路 与LPF有对偶性，将LPF的电阻和电容互换，就可得一阶HPF、简单二阶HPF、压控电压源二阶HPF电路。2、带通滤波器（BPF）3、带阻滤波器（BEF）fHfLfHfL1、高通滤波器（HPF）69 作业：P393 7.6（）、7.9、7.10(abc)、7.11、7.13(a.d)、7.167071