《2023年模拟电路备课精品讲义第七章.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023年模拟电路备课精品讲义第七章.pdf（12页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、学习必备 欢迎下载 第七章 信号的运算与处理 内容提要：本章主要讲述理想集成运放的特点、基本运算电路和有源 滤波电路等。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，根据需要选择运算电路；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 滤波电路的分析计算。学习要求：重点掌握理想集成运放的特点及“虚短”、“虚断”的概念，并能应用这两个基本概念分析基本运算电路和有源滤波电路；掌握理想集成运放的线性应用和非线性应用条件；理解
2、LPF、BPF、HPF、BEF的工作原理及主要性能；能根据需要合理选择运算电路和滤波电路；了解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。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。2.理
3、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：;odA 差模输入电阻：;idr 输出电阻：0;or 共模抑制比：;CMRK 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 理想运放工作于线性区：信号的提取 信号的预处理 信号的加工 信号的执行 ()ooduAuu,()0,odoAuuuuu 而为有限值所以，故 A-+u+uo u-i+i-压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想集成运放的特点及
4、虚短虚断的概念并能应用这两个基本概念分析基本的来源及抑制方法第一节概述电子信息系统的组成由干相互联结相互作学习必备 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。“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，因其放大倍数 趋于无穷大，所以在输入端只要加一个 非无穷小的电压，其输出就会超出其线 性工作区，因此，只有电路引入负反馈，才能使其工作于线性区。（3）理想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，理想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
5、压只有两种可能：OMOM-oUuuuUuu 作业：P379 7.4，7.6，7.8(a)、(c)，7.13(a)、(b)，7.14，7.17，7.24，7.25，7.26,7.27 ,0idiruuuii 因为为有限值所以，i-A-+u+uo u-i+反馈网络 uo-UOM UOM u+-u-O,0idrii 因为所以，压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想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的来源及抑制方法第一节概述电子信息系统的组成由干相互联结相互作学习必备 欢迎下载 第二节 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
6、度负反馈条件下，虚短和虚断成立。NP0uu 1NOINfuuuuRR 1fOIRuuR I1IiurRi 01oofrrAF 为了保持运放差放输入级的对称性，同相输入端的电阻R2 为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 1 242413/OIRRRRuuRR （2）同相比例运算电路 1fOIRuuR iF iN uP iI uI uO-+Rf R1 A uN R2 M R4 i2 iN uP i1 uI uO-+R2 R1 A uN R2 R3 i3 i4 iF iN uP iR uI uO-+Rf R A uN R uI uO-+Rf A R uI u
7、O-+A 压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想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的来源及抑制方法第一节概述电子信息系统的组成由干相互联结相互作学习必备 欢迎下载 2.加减运算电路（1）求和运算电路 反相求和运算电路()312f123f123IIIOIIIuuuuRRRRRuuuR 同相求和运算电路()312f123f123IIIOIIIuuuuRRRRRuuuR（2）加减运算电路 ()312ff1233f21321IIIOIIIuuuuRRRRRuRuuRRRR（提示：用叠加原理）（解答：P321）3.积分运算电路 OI1uu dtRC i
8、I2 iF iN uP uI2 uO-+Rf R2 A uN R4 uI3 R3 uI1 R1 iI3 iI1 iI iI2 iF iN uP uI2 uO-+Rf R2 A uN R4 uI3 R3 uI1 R1 iI3 iI1 iR R uI2 uO-+Rf R2 A R4 uI3 R3 uI1 R1 uO1-+Rf1 R2 A1 uI1 R1 uO-+Rf2 R4 A1 uI2 R3 iC iN uP iR uI uO-+C R A uN R 压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想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的来源及抑制方法第一节
9、概述电子信息系统的组成由干相互联结相互作学习必备 欢迎下载 4.微分运算电路 IOduuRCdt iC iN uP iR uI uO-+C R A uN R 压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想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的来源及抑制方法第一节概述电子信息系统的组成由干相互联结相互作学习必备 欢迎下载 第四节 有源滤波电路 1.滤波电路的基础知识（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。LPF(Low Pass Filter)HPF(high Pass Filter)BPF(Ban
10、d Pass Filter)BEF(Band Embarrass Filter)APF(All Pass Filter)低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）：过渡带越窄，频率特性越陡峭，越接近理想滤波器的特性，电路的选 择性越好，滤波特性越好。带阻滤波器（BEF）：uAupAfpfOLPF 的频率特性 uAupAfpfOHPF 的频率特性 阻带 uAupAf1pfOBEF 的频率特性 2pf通带 通带 压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想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的来源及抑制方法第一节概述电子信息系统的组成由
11、干相互联结相互作学习必备 欢迎下载 （2）实际滤波器的幅频特性 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？（3）无源滤波电路 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。解：不带载时：111upupAAfj RCjf 1(/)1LupLuLpRAR RAfjR R Cjf 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：阻带 uAupAf
12、pfO实际滤波器的幅频特性 通带 过渡带 upA707.0-+-+RL C R iUoU-3-20dB/dec upuAAlg20fOpfpf压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想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的来源及抑制方法第一节概述电子信息系统的组成由干相互联结相互作学习必备 欢迎下载 0111piiUUUUj cj cRRj c 111upupAAfj RCjf 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。根据频率特性的基础知识可知，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
13、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，并画出幅频特性曲线。解：221()()()()1()()1 3()pupouiiUsAsUsRA sU sRU ssRCsRC RL C R iUoUApU-3-40dB/dec upuAAlg200f/fO137.0压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想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的来源及抑制方法第一节概述电子信息系统的组成由干相互联结相互作学习必备 欢迎下载 20013upuAAffjff 012fRC 00.3 7pff 压控电压源二阶低通滤波电路 例：求图示有源 RC
14、低通滤波器 放大倍数的频率特性表达式，并 画出幅频特性曲线。解：221()()()1()1 3()()pupuiupUsAsRA sRU sAs sRCsRC 2020013upuupfAfAffjAff 012fRC 13upQA 5.带通滤波器 2()()1()()()1 3()()fpuiufupRUsA sRU sAs sRCAs sRCsRC 003113ufufuufAAAffjAff 3ufupufufAAQ AA 012fRC 21,23432opufufffAA R2 R1 C R iUoUAPC MR LPF HPF iU1oUoU C Rf R 2R iUoUAPC MR
15、3 R 压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想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的来源及抑制方法第一节概述电子信息系统的组成由干相互联结相互作学习必备 欢迎下载 6.带阻滤波器 221()()1()()1()1 22()()fpufuiupRU sA ssRCA sRU sA s sRCsRC 2020220001122122upupuupupfAfAAffffjAjAffff 210212pupupfAAf 210212pupupfAAf 012fRC 21002 2bwppupffffAfQ 12 2upQA 例：某有源滤波电路的传输函数
16、如下：2()()()()1 3()()upouiupAsUsA sU sAs sRCsRC （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）写出电路的特征频率 f0 和等效品质因数Q的表达式，并求 f=f0 时使通带增益下降 3dB的Q值。LPF HPF iU1oUoU R/2 R R C R1 2C Rf iUoUAPC M R/2 R R C R1 2C Rf iUoUAPC M压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想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的来源及抑制方法第一节概述电子信息系统的组成由干相互联结相互作学习必备 欢迎下载 解：（1）低通 0011223uffupupA()fQRCAA0132uuupffAdBAA下降时，012uffupAQA此时，压运算关系的方法根据需要选择运算电路滤波的有关概念有源滤波电路想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的来源及抑制方法第一节概述电子信息系统的组成由干相互联结相互作