1、第七章信号的运算与处理电路 7 1比例电路 7 2基本运算电路 7 3对数和反对数电路 7 4集成模拟乘法器 7 5有源滤波器 预备知识 集成运放的两种工作状态 1 运放的电压传输特性 设 电源电压 VCC 10V 运放的Aod 104 Ui 1mV时 运放处于线性区 Aod越大 线性区越小 当Aod 时 线性区 0 2 理想运算放大器 开环电压放大倍数Aod 差摸输入电阻Rid 输出电阻Ro 0 为了扩大运放的线性区 给运放电路引入负反馈 理想运放工作在线性区的条件 电路中有负反馈 运放工作在线性区的分析方法 虚短 u u 虚断 ii ii 0 3 线性区 4 非线性区 正 负饱和状态 运放
2、工作在非线性区的条件 电路开环工作或引入正反馈 运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论 7 1比例运算电路 一 反相比例运算 虚地点 i1 if 虚断 因为有负反馈 利用虚短和虚断 u 0 u u 0 虚地 反馈方式 电压并联负反馈 电压放大倍数 例题1 R1 10k Rf 20k ui 1V 求 uo Ri 说明R0的作用 R0应为多大 特点 共模输入电压 0 u u 0 缺点 输入电阻小 Ri R1 R0为平衡电阻 使输入端对地的静态电阻相等 R0 R1 Rf 采用T型反馈网络的反相比例电路 目的 在高比例系数时 避免R1阻值太小 使输入电阻太小 分析 u u 0 虚短 i1 i2 虚断
3、 二 同相比例运算电路 u u ui i1 if 虚断 平衡电阻R Rf R1 因为有负反馈 利用虚短和虚断 反馈方式 电压串联负反馈 特点 输入电阻高缺点 共模输入电压 0 u u ui 电压放大倍数 Au 1 三 电压跟随器 此电路是同相比例运算的特殊情况 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 ui u u uo 因为有负反馈 利用虚短和虚断 1 反相加法器 若R1 R2 R 平衡电阻R0 R1 R2 Rf i1 i2 if 7 2基本运算电路 一 加法运算电路 虚地 2 同相求和运算 当R1 R2 Rf R时 同相比例运算 二 减法运算电路
4、1 利用加法器和反相比例器 叠加原理 2 差动减法器 ui1作用 ui2作用 综合 则有 1 积分电路 三 积分和微分电路 反相积分器 如果ui 直流电压 输出将反相积分 经过一定的时间后输出饱和 积分时间 设Uom 15V ui 3V R 10k C 1 F 求积到饱和值的时间 EWB演示 积分器 练习 画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形 应用举例 输入方波 输出是三角波 2 微分电路 u u 0 一 对数电路 7 3对数和反对数运算电路 利用PN结的指数特性实现对数运算 BJT的发射结有 注意 ui必须大于零 电路的输出电压小于0 7V 利用虚短和虚断 有 用三极管实现对数运算 二
5、反对数 指数 电路 uO是ui的反对数运算 指数运算 用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 基本原理 三 对数反对数型模拟乘法器 举例 若取R1 R2 R3 R4 R 可得 对于差放有 7 4集成模拟乘法器 一 基本原理 模拟乘法器功能 实现两个模拟量相乘 其中K为比例因子 量纲 V 1 符号 二 模拟乘法器的应用 1 乘法运算 立方运算电路 2 平方和立方运算 平方运算电路 uo KuXuY uo K ui 2 uo K2 ui 3 3 除法运算电路 根据虚断 如果令K R2 R1则 注意 为保证电路为负反馈 必须有 EW
6、B演示 除法器 4 开平方运算电路 ui为负值 负反馈条件 有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器 滤波器的功能 对频率进行选择 过滤掉噪声和干扰信号 保留下有用信号 7 5有源滤波电路 滤波器的分类 低通滤波器 LPF 高通滤波器 HPF 带通滤波器 BPF 带阻滤波器 BEF 各种滤波器理想的幅频特性 1 低通 2 高通 1 带通 1 带阻 滤波器的用途 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分 例如 有一个较低频率的信号 其中包含一些较高频率成分的干扰 1 一阶RC低通滤波器 无源 一 低通有源滤波器 传递函数 截止频率 幅频特性 幅频特性 2 一阶有源低通滤波器 传递函数 通带增
7、益 截止频率 幅频特性及幅频特性曲线 传递函数 幅频特性 缺点 阻带衰减太谩 3 二阶有源低通滤波器 传递函数 当Ao 3时 滤波器可以稳定工作 此时特性与Q有关 当Q 0 707时 幅频特性较平坦 当f fL时 幅频特性曲线的斜率为 40dB dec 当Ao 3时 源滤波器自激 幅频特性及幅频特性曲线 传递函数 通带增益 截止频率 二 高通有源滤波器 1 一阶有源高通滤波器 幅频特性 缺点 阻带衰减太谩 幅频特性及幅频特性曲线 传递函数 2 二阶有源高通滤波器 由此绘出频率响应特性曲线 2 通带增益 1 幅频特性 其中 当AO 3时 电路自激 幅频特性曲线 当Ao 3时 滤波器可以稳定工作
8、此时特性与Q有关 当Q 0 707时 幅频特性较平坦 当f fL时 幅频特性曲线的斜率为 40dB dec 可由低通和高通串联得到 低通截止频率 高通截止频率 必须满足 三 有源带通滤波器 可由低通和高通并联得到 必须满足 四 有源带阻滤波器 本章小结 1 集成运放可以构成加法 减法 积分 微分 对数和反对数等多种运算电路 在这些电路中 均存在深度负反馈 因此 运放工作在线性放大状态 这时可以使用理想运放模型对电路进行分析 虚短 和 虚断 的概念是电路分析的有力工具 2 集成模拟乘法器是一种重要的模拟集成电路 在信号处理和频率变换方面得到了广泛的应用 集成模拟乘法器内部电路较为复杂 对生产工艺的要求也较高 熟练掌握这种器件在各种运算电路中的使用方法 是要求的重点 3 有源滤波器是一种重要的信号处理电路 它可以突出有用频段的信号 衰减无用频段的信号 抑制干扰和噪声信号 达到选频和提高信噪比的目的 实际使用时 应根据具体情况选择低通 高通 带通或带阻滤波器 并确定滤波器的具体形式
