模电课件-7-信号的运算和处理

1、第七章 信号的运算和处理,7.1 概述,*7.2 基本运算电路,7.3 模拟乘法器及其运算电路的运用,7.4 有源滤波电路,7.5 电子信息系统预处理中所用电路(自学),1、掌握运算电路的特征，深入理解只有引入负反馈集成运放才工作在线性区，也才能实现信号的运算； 2、熟悉常用运算电路的运算关系； 3、了解模拟乘法器，熟悉由模拟乘法器组成的运算电路； 4、理解用逆运算的方法组成运算电路。 5、掌握滤波器的有关概念： 什么是滤波 什么是低通、高通、带通、带阻滤波，用途 什么是无源滤波、什么是有源滤波，用途 如何描述滤波特性 6、理解有源滤波器的工作原理和分析方法 一阶、简单二阶、压控电压源二阶LPF的组成 高通、带通、带阻滤波的组成 滤波电路的分析方法 7、学会识别有源滤波电路,教学目的：,本章重点和考点,2.比例、加法、减法、积分等运算电路及综合应用。,3.有源滤波电路的基本概念,1.运放的线性应用特点：虚短、虚断,1. 电子系统简介,传感器接收器,隔离、滤波放大、阻抗变换,运算、转换、比较,功率放大A/D转换,第七章,第八章,第九章,信号的产生,电子信息系统的供电电源,第十章,7.1

2、概 述,2. 理想运放的参数特点,Aod、 rid 、fH 均为无穷大，ro、失调电压及其温漂、失调电流及其温漂、噪声均为0。,因为uO为有限值， Aod，所以 uNuP0，即 uNuP虚短路,因为rid，所以 iNiP0虚断路,电路特征：引入电压负反馈。,无源网络,3. 集成运放的线性工作区 uOAod(uP uN),4. 研究的问题,（1）什么是运算电路：运算电路的输出电压是输入电压某种运算的结果，如加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微分、对数、指数等。 （2）描述方法：运算关系式 uOf (uI) （3）分析方法：“虚短”和“虚断”是基本出发点。,（1）识别电路。 （2）求解运算关系式。,5、学习运算电路的基本要求,7.2 信号的运算,一、比例运算电路,二、加减运算电路,三、积分运算电路和微分运算电路,四、对数运算电路和指数运算电路,一、比例运算电路 1. 反相比例运算电路,若要Ri100k，比例系数为100，R？ Rf？,Rf=10M太大，稳定性差噪声大。如何利用相对小的电阻获得100的比例系数？,+,_,在节点N：,由于“虚断”，iP= 0，uP = 0；,由于“虚短”， u

3、N = uP= 0,“虚地”,反相输入端“虚地”，电路的输入电阻为,Rif = R,引入深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为,R0f =0,补偿电阻R/= R / RF,T 形反馈网络反相比例运算电路,利用R4中有较大电流来获得较大数值的比例系数。,节点N的电流方程为,i4 = i2 + i3,u0= -i2 R2 i4 R4,所以,将各电流代入上式,约1K,2. 同相比例运算电路,共模抑制比KCMR时会影响运算精度吗？为什么？,R/= R / RF,根据“虚短”和“虚断”的特点，可知,iN = 0；,又 uN = uP = u,由于该电路为电压串联负反馈，所以输入电阻很高。,同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器,计算方法小结,1.列出关键结点的电流方程，如N点和P点。,2.根据虚短(地)、虚断的原则，进行整理。,二、加减运算电路 1. 反相求和,节点电流法,2. 同相求和 设 R1 R2 R3 R Rf,与反相求和运算电路的结果差一负号,必不可少吗？,由于“虚断”，i+ = 0，所以：,由于“虚短”，uP= uN,设 R1 R2 Rf R3 R4 R5,例：用集成运放实现以下运算关

4、系,讨论,从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。,3.利用差分式电路以实现减法运算,当,则,若继续有,则,根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：,R1/Rf=R2/R3,当U1单独作用时：,当U2单独作用时：, 减法器的输出电压为两个输入信号之差乘以放大系数 Rf/R1, 故又称它为差分放大器。 为减小失调误差 R1/Rf=R2/R3,叠加法：,当,4.高输入电阻差分比例运算电路,若R1 = RF2，R3 = RF1,讨论一：电路如图所示,（1）组成哪种基本运算电路？与用一个运放组成的完成同样运算的电路的主要区别是什么？ （2）为什么在求解第一级电路的运算关系时可以不考虑第二级电路对它的影响？,讨论二：求解图示各电路,该电路可等效成差分放大电路的哪种接法？与该接法的分立元件电路相比有什么优点？,已知R1R2，求解uO= f (uI) = ?,二极管什么时候导通？什么时候截止？,讨论三,四、积分运算电路和微分运算电路 1. 积分运算电路,由于“虚断”，,由于“虚地”，u- = 0，故,加入直流反馈Rf,抑制低频信号增益过大,加Rf后， f0，C 断开，,加入直流反馈Rf,积分

5、电路的输入、输出波形,(1)输入电压为阶跃信号,当 t t0 时，uI = 0， 设uO = 0；,当 t0 t t1 时，uI = UI = 常数,当 t t1 时， uI = 0，uo 保持 t = t1 时的 输出电压值不变。,即输出电压随时间而向负方向线性积分,(2)如输入波形为方波，输出波形为何波？,波形变换,(3)输入电压为正弦波,可见，输出电压的相位比输入电压的相位领先 90 。因此，此时积分电路的作用是移相。,移相,利用积分运算的基本关系实现不同的功能,1) 输入为阶跃信号时的输出电压波形？,2) 输入为方波时的输出电压波形？,3) 输入为正弦波时的输出电压波形？,线性积分，延时,波形变换,2. 微分运算电路,实现波形变换，如将方波变成双向尖顶波。,微分电路的作用：,微分电路的作用有移相 功能。,应用,-PID电路,五、对数运算电路和指数运算电路,1. 对数运算,注意：uI必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏,由二极管方程知,当 uBE UT 时，,或：,2. 指数运算电路,要求,由于“虚地”，u- = 0，故,由于“虚断”，,3. 乘法、除法运算电路,uo = uI

6、1uI2,求对数，得：,再求指数，得：,理想情况下，ri1、 ri2、fH为无穷大， 失调电压、电流及其温漂为0，ro为0， ux 、uy 幅值变化时 k 值不变。,有单象限、两象限和四象限之分。,1.模拟乘法器的符号,7.3 模拟乘法器及其在运算电路中的应用,2. 在运算电路中的基本应用,2)乘方运算,1)乘法运算,实际的模拟乘法器k常为+0.1V-1或0.1V-1。 若k= +0.1V-1 uI1=uI2=10V， 则 uO=10V。,实现了对正弦波 电压的二倍频变换,为使电路引入的是负反馈，k和uI2的极性应如何？(同）,2. 在运算电路中的基本应用,3)除法运算,运算电路中集成运放必须引入负反馈！,利用反函数型运算电路的基本原理，将模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中，便可构成除法运算电路。,为满足上式，电路中uI、 uO、k的极性是什么？为什么？,4). 开方运算,uI、 k的极性相反， uI、 uO的极性相反,7.4 有源滤波电路,一、概述,二、低通滤波器,三、高通、带通、带阻滤波器,本节课是学习的难点，学生学后往往过多注意 数学式子推导的繁琐性，而忽略了基本概念。,1. 滤

7、波电路的功能 使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。,2. 滤波电路的种类,低通滤波器（LPF）,频率趋于0时的放大倍数为通带放大倍数,通带截止频率,下降速率,理想幅频特性 无过渡带,一、概述,用幅频特性描述滤波特性，要研究 、 ( fP、下降速率)。,高通滤波器（HPF）,带通滤波器（BPF）,带阻滤波器（BEF）,全通滤波器（APF）,理想滤波器的幅频特性,阻容耦合,通信电路,抗已知频率的干扰,f-转换,空载时,带负载时,3. 无源滤波电路和有源滤波电路,负载变化，通带放大倍数和截止频率均变化。,电路缺点：电压放大倍数低，只有，且带负载能力差。,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,有源滤波电路,用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻Uo=UP,二、低通滤波器 1. 同相输入,将放大倍数中的 j用 s 取代,经拉氏变换得传递函数,频率趋于0时的放大倍数为通带放大倍数,决定于RC环节,表明进入高频段的下降速率为 20dB/十倍频,（1）一阶电路,1. 同相输入 （1）一阶电路：幅频特性,为了使过渡带变窄，需采用多阶滤波器，即增加RC环节。,一阶

8、LPF,在Au(s)表达式分母中s的方次就是滤波器的阶数,（2）简单二阶LPF,截止频率 fp 0.37f0,分析方法：电路引入了负反馈利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系。,令电压放大倍数分母的模等于,问题：在 f = f0 附近，输出幅度衰减大， fP 远离f0,（3）压控电压源二阶LPF,引入正反馈, 增大放大倍数,为使 fp=f0，且在f=f0时幅频特性按40dB/十倍频下降。,f0时，C1断路，正反馈断开，放大倍数为通带放大倍数；,在f = f 0时，引入正反馈，放大倍数等于或大于通带放大倍数。,因为由运放和R1,R2组成的电压源控制同相输入端电位，故称压控电压源,压控电压源二阶LPF的分析,列P、M点的节点电流方程，整理得：,用j取代s，且令f0=1/(2RC),2. 反相输入低通滤波器,积分运算电路的传递函数为,加R2后， f0，C 断开，通带放大倍数，,三、高通、带通、带阻有源滤波器 1. 高通滤波器（HPF）,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）,fHfL,作 业,7.4 7.6(b)(C) 7.9 7.10(b) 7.11,

《模电课件-7-信号的运算和处理》由会员F****n分享，可在线阅读，更多相关《模电课件-7-信号的运算和处理》请在金锄头文库上搜索。