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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载第七章 信号的运算与处理内容提要： 本章主要叙述抱负集成运放的特点、滤波电路等；基本运算电路和有源重点：比例、加减、积分运算电路的工作原理和运算关系,利用“ 虚 短” 、“ 虚断” 的概念分析各种运算电路输出电压和输入电压运算关 系的方法,依据需要挑选运算电路；滤波的有关概念,有源滤波电路 的识别,各种滤波电路的用途及它们幅频特性的定性分析；难点：运算电路和有源滤波电路的识别,对数、指数运算电路和有源滤波电路的分析运算；学习要求： 重点把握抱负集成运放的特点及“ 虚短” 、“ 虚断” 的概 念,并能应用这两个基本概念分析基本运
2、算电路和有源滤波电路；掌握抱负集成运放的线性应用和非线性应用条件；懂得 LPF、 BPF、 HPF、BEF的工作原理及主要性能；能依据需要合理挑选运算电路和滤波电 路 ；明白干扰和噪声的来源及抑制方法；第一节 概述 1. 电子信息系统的组成 由如干相互联结, 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相伴着信息的处理,所以电子系统也是信息处理系统；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载信号是信息的载体,电信号是以电压或电流等电量携带信息的；客观世界很多物理量
3、, 都可以通过肯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、信号的执行四个环节；信号的（预）处理、信号的加工、信号的提取信号的预处理信号的加工信号的执行2. 抱负集成运放的特点和工作特性（1）抱负集成运放的性能指标开环差模增益：A od ;差模输入电阻：idr ;输出电阻：or 0;共模抑制比：K CMR ;上限截止频率：Hf ;失调电压、电流及温漂：均为 0；实际集成运放的特性很接近抱负集成运放,我们仅仅在进行误差分析时,才考虑抱负化后造成的影响, 一般工程运算其影响可以忽视；名师归纳总结 （2）抱负集
4、成运放工作于线性区A oduuu+i+ Auo第 2 页,共 12 页抱负运放工作于线性区：uou- 而A od,uo为有限值,所以,uu0,i-故uu- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载“ 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；由于 r id,u iuu为有限值 所以,ii0i+0,好象断路“ 虚断” ： 运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于一样,但却不是真正的断路；+ Auo抱负运放工作于线性区,因其放大倍数u+ u-i- 趋于无穷大,所以在输入端只要加一个反馈网络非无穷
5、小的电压,其输出就会超出其线性工作区,因此,只有电路引入负反馈,UOMuou+- u-才能使其工作于线性区；O -UOM（3）抱负集成运放工作于非线性区电路中没有引入负反馈或引入的是正反馈,抱负运放工作于非线性区；因其放大倍数趋于无穷大,所以输出电压只有两种可能：uoUOMuu由于idr,所以,ii0-UOMuu作业：P379 7.4, 7.6 , 7.8a、c , 7.13 a 、b , 7.14 ,7.17 , 7.24 , 7.25 , 7.26, 7.27 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下
6、载其次节 基本运算电路 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；u NOu P0fu IIuNuuNu OuIR1iF- RfuOR2 为R 1RfuNuRuriIR 1iIi NA+ R1iIuPr of1r o0R2AF为了保持运放差放输入级的对称性,同相输入端的电阻uI=0 时反相输入端的等效电阻：R2= R1/ Rf ；T 型网络反相比例运算电路uIR1i2uNR2MR4i4u OR 2R 1R 41R 2/R 4u Ii3R3R 3uO- + Ai1iNuPR2名师归纳总结 （2）同相比例运算电路uIiFuN- RfuO第 4 页,共 12
7、 页RuO1RfuIiRiNA+ uPRRuI- + ARuORfuO- + AuI- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载2. 加减运算电路（1）求和运算电路uI1R1i I1iIiF- RfuO.反相求和运算电路uI2R2uNAuI3iI2iN+ u OR fuI1uI2uI3uPR3iI3R4R 1R2R3uI1iF- RfuOR fuI1uI2u I3RiRR.同相求和运算电路R1i I1uNAR2iNu OR fuI1uI2uI3uI2+ uPR 1R2R 3uI3iI2R4R fuI1uI2uI3R3iI3R（2）加减运算电路u
8、 OuI1R1R4RfRf1R3R4Rf2uOuI2R2- + AR1R3uOuI1R2- A1 + uO1- A1 + uI3uI2R fu I1u I2R fu I3（提示：用叠加原理） （解答： P321）R 1R 2R 3R fu I3u I2u I1RR 3R 2R 13.积分运算电路名师归纳总结 u O1u dtuIRRiC- CuO第 5 页,共 12 页uNRCiRi NA+ uP- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载4. 微分运算电路名师归纳总结 u ORCdu IuIRRiC-CuO第 6 页,共 12 页uNdtiR
9、iNA+ uP- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载第四节 有源滤波电路1. 滤波电路的基础学问（1）滤波电路的种类滤波器：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；LPFLow Pass FilterHPFhigh Pass Filter BPFBand Pass Filter BEFBand Embarrass Filter APFAll Pass Filter .低通滤波器（ LPF）A upOA ufpfLPF 的频率特性.高通滤波器（ HPF）A upOA ufpfHPF 的频率特性带通滤波器（ BPF）
10、：过渡带越窄, 频率特性越陡峭, 越接近抱负滤波器的特性, 电路的选择性越好,滤波特性越好；带阻滤波器（ BEF）：A upOA uf阻带pf通带f通带p 12BEF 的频率特性名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载A upA u过渡带（2）实际滤波器的幅频特性.0 707 A up通带阻带fOpf实际滤波器的幅频特性期望抑制 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？（3）无源滤波电路无源滤波电路的带载才能很差,当负载变化时, 其放大倍数和通带截止频率均发生
11、变化,往往不能满意信号处理的要求；解：不带载时：A u1A up111+ iU- R C + U o- RL jfjRCfp A u1 A upjR LO-3 20 lgA upf pffR R LA upjf / R R Cf p-20dB/dec 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形下放大倍数的 频率特性表达式；解：带载或不带载时都有：名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - U0Up学习必备欢迎下载A u1
12、cUi1UicRUiR UpAUojR1jjc111RCC RL A upjfjfp由集成运放组成的有源滤波电路,不变,因此频率特性不变；当负载变化时, 其放大倍数表达式依据频率特性的基础学问可知,电路中 RC环节越多,阶数越高,过渡带越窄；3. 二阶有源低通滤波器例：求图示有源 RC低通滤波器放大倍数的频率特性表达式,并画出名师归纳总结 幅频特性曲线；R 2Up A up 2O-3 20 lgA u0f/f第 9 页,共 12 页解：A up.0 37 1A s Uo 1-40dB/dec Ui R 1Ui 1 3 sRCsRC - - - - - - -精选学习资料 - - - - - -
13、 - - - A u1fA upj3ff0学习必备欢迎下载pf0. 3 7 0122RCf0f0压控电压源二阶低通滤波电路名师归纳总结 例：求图示有源RC 低通滤波器UMR1 R2 RfUoo第 10 页,共 12 页放大倍数的频率特性表达式,并PA画出幅频特性曲线；R CiR C解：A up A s 1R 2Up 1 3A upR 1Ui s sRC2 sRC Uo1LPF UoA u1j3A upf2f02f0A upff0fUiHPF f021Q31RCA up5. 带通滤波器A s 1R fUp RUi UiRRPAUA uf s sRC 1 3A up s sRCsRC 2A ufM
14、A u1j33A ufff01CC2RR3 A uff0fA up3A ufQ A uff021A ufRCfp1,2fo3A uf243A uf2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载6. 带阻滤波器Ui1LPF Uo 1UoUCRMR1 CPARfUoRA s u HPF Up A uf2CR/2R f 1 2 sRC R 1U s 1 22A up s sRCsRC 2A u1f0Aup1j22f02f01j22A upfiff02R1 CPARfUof2A upAup2 0ffffp12A up212A upf0fp12A up2
15、12A upf0U iCRMR/2Rf 021：2CRCf bwfp2fp12 2A upf0f0QQ2 21A up例：某有源滤波电路的传输函数如下A s u Uo 1 3A upA up 2 sRC Ui s sRC（1）定性分析该电路具有何种滤波性能 （高通、低通、带通、带阻）？（2）写出电路的特点频率f0 和等效品质因数 Q的表达式,并求 f 名师归纳总结 = f0 时使通带增益下降3dB的 Q值；第 11 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载解：（1）低通名师归纳总结 2f01QA uff031第 12 页,共 12 页A up2 RCA upff0A u下降3 dB 时,A u1A up2此时,QA uff01A up2- - - - - - -