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第7章 信号的运算和处理10.ppt

上传人:dzzj200808 文档编号:2167303 上传时间:2018-09-03 格式:PPT 页数:63 大小:1.58MB
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资源描述

1、第7章 信号的运算和处理,7.1 基本运算电路,7.3 有源滤波电路,7.2 模拟乘法器及其在运算电路中的应用,7.4 电子信息系统预处理中所用放大电路,7.1 基本运算电路,知识要点:,1、掌握集成运放线性应用电路分析思路; 2、掌握基本运算电路的电路构成及其特性。,运算电路基本电路功能(特性):当输入电压变化时,输出电压将按一定的数学规律变化,即输出电压反映输入电压某种运算的结果。,1、基本运算电路:比例、加减、积分、微分、指数、对数等,是集成运放的线性应用电路; 2、在分析电路特性时,集成运放均视为理想化的集成运放; 3、对电路进行特性分析的理论基础是理想运放在线性区的两个特点:,(1)

2、虚短 :,(2)虚断:,概述:,7.1.1 比例运算电路,电路特点: 输出电压和输入电压之间成线性比例关系; 单路输入信号。,类型划分(根据输入信号引入端的不同): 反相比例运算电路、同相比例运算电路,一、反相比例运算电路,1、结构特点:,(1)uI作用于集成运放的反相输入端;uo与uI反相。 (2)Rf跨接在集成运放的输出端和反相输入端,引入负反馈。 (3) R称为补偿电阻(平衡电阻), R=R/Rf,2、特性分析:,因为视为理想化集成运放,且工作于线性区,所以:,具有“虚地”特性,由节点“N”可得:,uN,uP,uP=?,表明:反相比例运算电路输出电压与输入电压之间成确定的比例关系,且反相

3、。比值可大于1、等于1或小于1。,1放大器; =1倒相器; 1衰减器。,T型网络反相比例运算电路:,二、同相比例运算电路,1、结构特点:,(1)uI作用于集成运放的同相输入端;uo与uI同相。 (2)Rf跨接在集成运放的输出端和反相输入端,引入负反馈。 (3) R称为补偿电阻(平衡电阻), R=R/Rf,2、特性分析:,因为视为理想化集成运放,且工作于线性区,所以:,iP,由电路可得:,不具“虚地”特性 有共模信号输入,由节点“N”可得:,iN,N,表明:同相比例运算电路输出电压与输入电压之间成确定的比例关系,且同相。比值大于或等于1。,三、电压跟随器(同相比例运算电路的特例),特性分析:,电

4、压跟随器具有比射极跟随器更好的跟随特性。,比例运算电路特性分析思路总结:,以“虚短”、“虚断”为理论分析基础,对与uo和uI联系紧密的节点列节点电流方程式,然后将方程式中的支路电流以其两个端点的电位差来表征,进行整理,即可得到uo与uI所对应的运算关系。,应用分析举例:,“虚地”,uM,思考: 如何对由多个集成运放构成的比例运算电路进行特性分析?,例:如下图所示电路,求取uO与uI所对应的函数关系。,分析思路: 将其“化整体为部分”,直接套用相关的基本运算电路的 特性关系式。,同相比例 运算电路,反相比例 运算电路,7.1.2 加减运算电路,电路特性: 实现多个输入信号按各自不同比例进行求和或

5、求差。,一、求和运算电路,根据输入信号引入端的不同,可分为: 反相求和运算电路、同相求和运算电路,类型划分(根据信号引入端的不同): 求和运算电路、加减混合运算电路、减法运算电路,1、反相求和运算电路,(1)结构 特点:,所有输入信号都接至反相输入端; R4(平衡电阻):R4=R1/R2/R3/Rf,(2)特性分析:,具有两种分析求解思路:结点电流方程式法、叠加原理应用,分析求解方法一结点电流方程式法,由 “大结点”列结点电流方程式:,iP,iN,uN,uP,“虚地”,分析求解方法二叠加原理的应用,分析:先令UI1单独作用,将另两路做接地处理,即不作用。此时电路相当于一个基本的反相比例运算电路

6、,即:,uo1,同理可求得UI2、UI3单独作用时所对应的输出电压表达式:,所以,当uI1、uI2和uI3同时作用时,则有 :,2、同相求和运算电路,(1)结构 特点:,所有输入信号都接至同相输入端;R/Rf=R1/R2/R3/R4,(2)特性分析:,两种分析求解思路:结点电流方程式法和叠加原理应用(P331、P332),输出电压与各输入信号电压之间的函数关系式为:,注意: 因为同相求和运算电路对电路中各个电阻的阻值匹配要求较高,计算繁琐,所以一般较少应用它,通常选用反相求和运算电路来实现加法运算。,二、加减(混合)运算电路,1、一般意义(结构)的加减运算电路:,(1)结构特点:,集成运放的两

7、输入端均有输入信号引入。,(2)特性分析:,视为反相求和运算电路和同相求和运算电路的组合,即运用叠加原理进行求解:,uo1,反相求和 运算电路,令uI3、uI4 共同作用于该电路, uI1、uI2端接地处理,则电路等效为一同相求和运算电路(注意应满足各个电阻阻值平衡条件: R1/R2/Rf=R3/R4/R5,uo2,2、差分比例运算电路:,(1)结构特点:,只有两路信号分别引至两个输入端,且对称位置的电阻参数取值对称,(2)特性分析:,属于加减运算电路的特例,所以:,(3)特性应用:,由:,可知,此种结构的电路可以实现两模拟信号之间的减法运算,即对差模信号进行比例运算。,应用一:,应用二:,常

8、应用于非电量信号采集处理系统中,对信号进行采集与放大,例如:,注意: 可由两个或两个以上的集成运放构成的运算电路实现加减运算,以克服单个集成运放构成的加减运算电路电阻选取和调整不便、每路信号输入端输入电阻小的不足。,思考:如何根据已知的数学运算关系式,设计出能实现对应数学函数关系的应用电子电路? 例如:,分析:,属于加减运算关系;,要求:采用单个集成运放实现电路。,基本电路结构框架,设计确定具体参数取值:,7.1.3 积分、微分运算电路,一、积分运算电路,(1)结构特点:,电容构成反馈环节,uN,uP,iN,iP,uC,+,-,(2) 特性分析:,“虚地”,(3) 特性应用: (积分运算电路在

9、不同输入波形对应下的输出波形),线性 积分,波形 变换,移相,二、微分运算电路,(2)特性分析:,(1)结构特点:,输入信号通过电容引入,反馈元件为电阻。,“虚地”,7.2 (集成)模拟乘法器及其在运算电路中的应用,知识要点:,1、了解模拟乘法器基本电路特性、类型划分; 2、了解模拟乘法器的基本应用电路。,集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的非线性电子器件,它有两个输入端ux和uy,输出端为uo,它们之间的关系是:,电路符号,K-称为乘法系数(乘积增益或标尺因子),一、概述:,集成模拟乘法器的种类很多,常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、L

10、M1596等。,应用模拟乘法器可以方便的构建乘、除、乘方、开方等运算电路;在工程中的应用主要体现在通信系统中:实现调幅、混频、检波、倍频等功能;还可构成:可控增益放大器、绝对值测试电路以及压控方波/三角波发生电路。,模拟乘法器的功能应用:,等效电路,理想集成模拟乘法器的特性:,1、ri1、ri2为无穷大; 2、ro为零 3、k值不随输入信号的幅值和频率而变化 4、当uX、uY为零时,uo为零。,模拟乘法器输入信号极性的四种组合,模拟乘法器根据输入信号允许极性的对应可分为: 单象限、两象限、四象限三类。,模拟乘法器内部构成电路:,两象限模拟乘法器,双平衡四象限变跨导型模拟乘法器,二、模拟乘法器在

11、运算电路中的应用,应用模拟乘法器可以方便的构建乘、除、乘方、开方等运算电路。,将模拟乘法器的两个输入端输入相同的信号,1、平方运算,4次方运算电路,3次方运算电路,结论: 可用多个模拟乘法器串联组成输入信号的任意次幂的运算电路。,2、除法运算,由集成运放和模拟乘法器组成,uN,uP,3、平方根运算,在除法电路的基础上,用乘方(平方)运算电路作为集成运放的负反馈通路,可构成平方根运算电路。,7.3有源滤波电路,知识要点:,1、了解滤波电路的基本电路特性、类型划分; 2、了解无源滤波和有源滤波电路的特性区别。,一、概述:,滤波电路:对信号的频率具有选择性的电路 电路功能: 使特定频率范围内的信号通

12、过,而阻止其它频率的信号通过。,低通滤波器,类型划分:,按处理 方法分,硬件滤波,软件滤波,按处理信号分,模拟滤波器,数字滤波器,按构成 器件分,无源滤波器,有源滤波器,按频率 特性分,低通滤波器(LPF),高通滤波器(HPF),带通滤波器(BPF),带阻滤波器(BEF),全通滤波器(APF),按通带滤波特性分,最大平坦型(巴特沃斯型)滤波器,等波纹型(切比雪夫型)滤波器,线性相移型(贝塞尔型)滤波器,理想滤波电路的幅频特性:,LPF,HPF,BPF,BEF,允许通过的频段,将信号衰减至零的频段,二、滤波器的实际幅频特性,低通滤波器的实际幅频特性,通带放大倍数,通带截止频率,过渡带越窄,滤波特

13、性越理想,分析滤波电路,就是了解其频率特性,求解其通带放大倍数、通带截止频率和过渡带的斜率。,三、无源滤波电路和有源滤波电路,无源滤波电路:由R、L、C等无源元件构成; 有源滤波电路:由无源元件和有源元件(三极管、场效应管、集成运放)共同构成。,1、RC无源低通滤波电路,频率特性分析:不带负载时:,带负载时:,结论: 无源滤波电路的带载能力很差:当负载变化时,其通带放大倍数和通带截止频率均发生变化,往往不能满足信号处理的要求。,2、有源滤波电路,无源低通 滤波电路,电压跟随器,频率特性分析: 带负载或不带负载时都有:,不受负载影响,四、有源滤波电路类型简介:,1、一阶低通滤波电路(同相输入低通滤波电路),过渡带较宽,2、简单二阶低通滤波电路,

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