武汉理工大学模电课件第8章信号的运算与处理电路

第八章 信号的运算与处理电路信息工程学院 电子技术基础课程组模拟电子技术——电子技术基础精品课程

8 信号的运算与处理电路8.1 概述 作业

8.2 运算电路8.3 模拟乘法器 8.4 集成运算放大器在信号检测中的应用一.仪表放大器 二.电流-电压变换器和电压-电流变换器 三.电表测量电路 四.模拟阻抗变换器 五.二极管限幅电路

8.5 有源滤波器 8.6 电压比较器 8.7 集成运算放大器应用中应注意的问题2013-7-7

8.1 概述一.集成运算放大器的主要应用(线性与非线性应用)1. 运算：比例、求和、微积分、对数与指数、模拟乘法器等

2. 处理：滤波等3. 产生：非正弦、正弦信号产生电路

二. 集成运放和理想运放 三. 运放的电压传输特性 四. 线性和非线性工作区域

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集成运放和理想运放11、特点: 利用集成工艺将相对独立的电子系统制作在一小块单晶 硅芯片上。 2、内部结构 输入级：利用差分电路的对称性提高电路的性能 中间放大级：由一级或多级放大电路构成，提高增益。 输出级：功率放大电路，为负载提供一定功率。 3、代表符号和外部特性： a. 符号： vNvP 国际通用 vo

vNvP 国标2013-7-7

vo

集成运放和理想运放2b. 外部特性 双电源或单电源供电 同、反相输入端，对差分信号进行放大 开环电压增益很大

等效输入电阻大，等效输出电阻小 输出最大值受电源电压限制(有正负饱和极限值) c. 理想运放的工作特性 开环电压放大倍数Aod和共模抑制比KCMR:∞ 差模输入电阻Rid=∞;输出电阻Ro=0 BW=∞ 失调量为零等…2013-7-7

运放的电压传输特性设：电源电压±VCC=±10V。运放的Aod=104 vO+10V +10V

+Vom +Vom

│ vi│=│vP-vN│≤1mV时，运放 处于线性区。 Aod越大，线性区越小， 当Aod→∞时，线性区→0

-1mV 0

+1mV

vi

-Vom -Vom非线性区

-10V -10V

线性区

非线性区

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运放的线性工作区域为了扩大运放的线性区，给运放 电路引入深度负反馈： 运放工作在线性区的分析 方法： 虚假短路(v+=v-) Aod非常大，理想情况下趋于无穷； 运放工作在线性区时，vo是有限的：Aod vo vP vN 0 vP vN

非线性工作区域

虚假断路(ii+=ii-≈0) 因为虚短，同时运放的输入电阻很大(数百 千欧以上),所以输入电流非常小2013-7-7

运放非线性工作区域运放工作在非线性区的条件： 电路开环工作或引入正反馈！ vo+10V

+Vom

0-10V

vi

-Vom

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8.2 运算电路(引入负反馈、线性运用)一.集成运算放大器的三种输入方式1. 反相输入方式 2. 同相输入方式

3. 差分输入方式

二.基本运算电路1. 2. 3. 4. 5. 6. 同、反相比例运

算电路 求和电路 求差电路 积分电路 微分电路 运算电路的传递函数

三.对数与指数运算电路2013-7-7

反相比例运算电路深度负反馈条件下， 根据虚断( iN iP 0):i R iF i N vP 0

根据虚短( vN vP ):vN vP 0

特点：信号从集成运算放大器的反相输入端输入 反馈类型：电压并联负反馈 结论： Av vo R 2 vi R1

Ri R1

Ro 02013-7-7

R2 R1时为反相器

同相比例运算电路

深度负反馈条件下有虚短和虚断的概念 特点：信号从集成运算放大器的同相输入端输入 反馈类型：电压串联负反馈 结论： Av vo R 1 2 vi R1

Ri Ro 0电压跟随器2013-7-7

电压跟随器阻抗变换的作用 缓冲的作用

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差分比例运算电路深度负反馈条件下： 由“虚短”得：v+=v-; 由“虚断”得：i+=i-=0;

由两输入端的KCL并运用叠加 原理得：

特点：同相和反相输入端分别加上输入信号 反馈类型：电压串联负反馈、电压并联负反馈共存 R4 R3 R4 结论： 若 v (v i2 v i1 ) 则有：o R1 R2 R1 例2.4.1(五版P35)2013-7-7

叠加原理仅vi1作用下: vo R4 vi1 R1

综合考虑:

vo vo vo

R3 R4 R4 vo vi1 (1 ) vi2 R1 R1 R3 R2

仅vi2作用下: vo (1 R4 )v R1

若

R4 R3 R1 R2

R4 v (vi2 vi1 ) 则有： o R1

R3 R4 (1 ) vi2 R1 R3 R2

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求差电路例题例2.4.1(第五版) 高输入电阻的差分放大电路如图所示,求输出电压vo2的表达式, 并说明该电路的特点.

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反相求和(加法)运算电路深度负反馈条件下： 由“虚短”得：vP=vN; 由“虚断”得：iP=iN=0; 由反相输入端的KCL得：

特点：多个信号从集成运算放大器的反相输入端输入 反馈类型：电压并联负反馈 结论：R R vo -( 3 vi 1 3 vi 2 ... ) R1 R2

例2.4.2 同相求和2013-7-7