第七章 信号的运算与处理电路

7.1 概述 7.2 基本运算电路 7.3* 模拟乘法器及其应用 7.4 有源滤波电路 7.5* 电子信息系统预处理中 所用放大电路

内容简介

1. 电子信息系统的组成由若干相互联结，相互作用的基本电路组成的，具有 特定功能的电路整体，称为电子系统。电子系统的功能实 现伴随着信息的处理，所以电子系统也是信息处理系统。 信号是信息的载体，电信号是以电压或电流等电量携 带信息的。客观世界许多物理量，都可以通过一定的传感 器转换成电信号，如声电转换器(麦克)、温度传感器、 光电转换器(摄像头)、位置传感器等等。 电子信息系统大致包含信号的提取、信号的(预)处 理、信号的加工、信号的执行四个环节。信号的提取 信号的预处理 信号的加工 信号的执行

石英预制 棒生产过 程中的控 制系统

思考题：以温度控制 系统为例， 说明其各组 成部分及其 作用。

2. 理想集成运放的特点和工作特性(1)理想集成运放的性能指标 开环差模增益： Aod ; 差模输入电阻： rid

;

输出电阻： ro

0;

共模抑制比： KCMR

; 上限截止频率：f H ;

失调电压、电流及其温漂：均为0。

实际集成运放的特性很接近理想集成运放，我们仅仅 在进行误差分析时，才考虑理想化后造成的影响，一般工 程计算其影响可以忽略。

(2)理想集成运放工作于线性区

u+

i+

+ -

理想运放工作于线性区： uo Aod (u u ) u-

A

uo

而Aod , uo为有限值, 所以， (u u ) 0, 故 u u

i-

“虚短”:运放的同相输入端和反相输入端的电位“无 穷”接近，好象短路一样，但却不是真正的短路。

因为rid , ui u u 为有限值 , 所以，i i 0“虚断”:运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于 0,好象断路一样，但却不是真正的断路。

理想运放工作于线性区，因其 i+ 放大倍数趋于无穷大，所以在输入 u+ + 端只要加一个非无穷小的电压，其 A i输出就会超出其线性工作区，因此， u只有电路引入负反馈，才能使其工 作于线性区。 反馈网络 (3)理想集成运放工作于非线性区

uo

UO M 电路中没有引入负反馈或引入 的是正反馈，理想运放工作于非线 u+- uO 性区。因其放大倍数趋于无穷大， 所以输出电压只有两种可能： -UO M u u U OM uo 因为rid , 所以，i i 0 U u u OM

uo

小 结 本讲主要介绍了以下基本内容： 理想集成运放的特点：“虚短”、“虚断”的概 念。 基本运算电路：比例、加减、积分、微分。 有源滤波电路：一阶LPF;二阶LPF、 HPF、 BPF、BEF。

1.

比例运算电路(1)反相比例运算电路 电路处于深度负反馈条 件下，虚短和虚断成立。 uN uP 0u uO uI u N N R1 RfuO Rf R1 uI

iF uI R1 iI R2 uN iN uP +

Rf

A

uO

为了保持运放差放输入级的对称性，同相

uI ri R1 iI ro rof 0 1 AF

输入端的电阻 R2 为 uI=0时反相输入端的等效电阻： R2= R1// Rf 。

思考题： 如何提高图示电路的输入电阻？会带来什么问题？

T型网络反相比例运算电路R2 M R4 i2 uI R1 i1 R2 uN iN uP R3 + A i3 i4 uO

(2)同相比例运算电路Rf R iR uI R’ iF uN iN uP + A uO

R2 R4 R2 //R4 uO 1 uI R1 R3

uI +

uO A Rf

电压 跟随器

Rf uO 1 uI R

uI

R

’

+

A

uO

2.加减运算电路(1)求和运算电路 反相求和运算电路 uI 1 uI 2 uI 3 uO Rf R R R 2 3 1 R f ( uI 1 uI 2 uI 3 ) R ( R1 R2 R3 R)

uI1 uI2 uI3

R1 iI1 R2 iI2 iI

iF uN iN uP

Rf +

A

uO

R3 iI3 R 4

R uI1 uI2 uI3 R1 iI1 R2 iI2 R3 iI3

iR

iF uN iN uP

Rf +

同相求和运算电路

uI 1 uI 2 uI 3 uO Rf R R R 2 3 1 R f ( uI 1 uI 2 uI 3 ) R ( R//Rf R1 //R2 //R3 //R4 )

A

uO

R4

(2)加减运算电路uI1 uI2 uI3 R3 R4 R1 R2 + A uO Rf

uI 1 uI 2 uI 3 uO Rf Rf R3 R1 R2 Rf uI 3 uI 2 uI 1 ( ) R R3 R2 R1 ( R1 //R2 //Rf R3 //R4 )

(提示：用叠加原理)Rf 1

Rf 2 R3

R1 uI1 + R2 A1 uO1 uI2

(解答：P321)+ R4 A1 uO

3.积分运算电路iC uI R iR R’

4.微分运算电路iC uI R iR R’

C +

C +

uN iN uP

uN iN uP

A

uO

A

uO

1 uO uI dt RC

du I uO RC dt

仿真

仿真

(1)滤波电路的种类

1. 滤波电路的基础知识LPF(Low Pass Filter) HPF(high Pass Filter) BPF(Band Pass Filter) BEF(Band Embarrass Filter) APF(All Pass Filter) LPF (Low Pass Filter)HPF (High Pass Filter )

滤波器：是一种能使 有用频率信号通过而同时 抑制或衰减无用频率信号 得电子装置。 A up A u

A upO

A u

fpLPF 的频率特性

f

O

fpHPF 的频率特性

f

带通滤波器(BPF) 过渡带越窄，频率特 A u Band Pass Filter A 性越陡峭，越接近理想up

滤波器的特性，电路的 O f f p1 f p2 选择性越好，滤波特性 BPF 的频率特性 越好。(通带电压增益 2)实际滤波器的幅频特性 A up 0.707 A

阻带

通带

阻带

带阻滤波器(BEF) A u A up Band Embarrass Filter通带 阻带 通带

O

f p1

f p2

f

BEF 的频率特性

A u通带

过渡带 阻带

希望抑制 50Hz 的干扰 信号，应选用哪种类型的 滤波电路？ 放大音频信号，应选 用哪种类型的滤波电路？

up

O

fp

f

通带截止频率 实际滤波器的幅

频特性

(3)无源滤波电路

仿真

无源滤波器：由无源器件(R、L、C)构成的滤波器。无源滤波电路的带载能力很差，当负载变化时，其放大倍数和通 带截止频率均发生变化，往往不能满足信号处理的要求。

U i-

+

R

C

U o-

+

RL

A 20 lg u A O-3

例：求图示RC低通滤波器在带载和不 带载的情况下放大倍数的频率特性表达式， 并画出其幅频特性波特图。 A 1 up A 解：不带载时： u f 1 j RC 1 j fp

up

fp

f

' p

带载时：f

-20dB/dec

RL ' A R RL up ' A u f 1 j ' 1 j ( R // RL )C fp

2. 一阶有源低通滤波器 有源滤波器：由有源器件(三极管、场效应管、集成运 放)构成的滤波器。 例：求图示有源 RC低通滤波器在带载和不带载的情况 下放大倍数的频率特性表达式。 解：带载或不带载时都有： U p U iR C

A

U oRL

U U 0 p 1 j c R U i 1 j c U i 1 j cR

1 Au f 1 j RC 1 j fp

A up

仿真

由集成运放组 成的有源滤波电路， 当负载变化时，其 放大倍数表达式不 变，因此频率特性 不变。 根据频率特性的基 …… 此处隐藏：2470字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……