模拟信号运算与处理电路.ppt

第6章 集成运放的基本应用 模拟信号运算电路 信号检测处理电路 比例运算 求和运算 有源滤波器 积分、微分运算 对数和指数运算 电压比较器 测量放大器器 6.1.1 比例运算电路 作用：将信号按比例放大。 类型：同相比例放大和反相比例放大。 方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负 反馈。这样输出电压与运放的开环放 大倍数无关，与输入电压和反馈系数 有关。 比例运算电路有3种形式：反相输入、同相输入和差动输入 vs vo i1 Rf R1 R2 v+ = 0 v+ =v v = 0（虚短 ） 又 iI = 0 i1 = if（虚断） R2：平衡电阻。 R2 = R1 / Rf 若R1 = Rf vo = vs 此为反相器。 iI + if 一、反相放大器（反相比例放大器）一、反相放大器（反相比例放大器） 1 1、基本电路、基本电路 输出电阻：Ro=0; 输入电阻:Ri=R1 (从输入和地向里看) 平衡电阻的作用：静态时，使 输入级偏流平衡，并让输入级 的偏置电流在运放两个输入端 的外接电阻上产生相等的压降 由上式可知：电路实现了比例运算，其运算精度取 决于电阻阻值的精度。 由于“虚地”的特点，反相比例运算电路中集成运放的 同相输入端和反相输入端电压均基本上等于零。也就是 说，集成运放承受的共模输入电压很低，因此反相比例 运算电路选择运放时对共模抑制比和最大共模输入信号 不必提出很高的要求。 二、同相放大器（同相比例放大器）二、同相放大器（同相比例放大器） vs v+ + vo iI Rf R1 R2 if v = v+ = vs 由于 if = i1 输入电阻为：Ri 输出电阻为：Ro0 但是电路有共模信号输入 v- 利用虚短和虚断的结论 ： 由上面分析可知：输出电压与输入电压成比例，且相 位相同。R1=,或者Rf=0，则电压放大倍数等于1，这时 电路称为电压跟随器。 同相比例电路有输入电阻高的特点，但输入共模信号 电压高，对集成运放的共模抑制比和最大共模输入信号 要求也高。选用芯片时要注意。 _ + + ui uo 此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输 出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出 器相同，但是电压跟随性能好。 三、电压跟随器 结构特点：输出电压全 部引到反相输入端，信 号从同相端输入。电压 跟随器是同相比例运算 放大器的特例。 _ + + R2 R1 R1 ui2 uo R2 ui1 解出： 四、差动比例运算电路（减法电路） 6.1.2 求和运算电路（加减运算电路） 作用：将若干个输入信号之和或之差按比 例放大。 类型：同相求和和反相求和。 方法：可用虚短、虚断的概念来分析，也可用 叠加定理 一、反相加法器 R12 _ + + R2 R11 ui2uo RP ui1 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数 ，以适应不同的需要。 i12 iF i11 R12 _ + + R2 R11 ui2uo RP ui1 调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影 响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。 二、同相加法器 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数 ，以适应不同的需要。 - R1RF + + ui1 uo R21 R22 ui2 此电路如果以 u+ 为输入 ，则输出为： - R1RF + + ui1 uo R21 R22 ui2 注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能 单独调整。 流入运放输入端的电流为0（虚开路） - R1RF + + ui1 uo R21 R22 ui2 R 左图也是同相求和运算 电路，如何求同相输入 端的电位？ 提示： 1. 虚断路：流入同相端的 电流为0。 2. 节点电位法求u+。 例：设计一个加减运算电路， RF=240k，使 uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3 解:(1) 画电路。 双运放的加减运算电路 - RF1 + + ui1 uo1 R1 ui2 R2 R3 - RF2 + + uo R4 ui3 R5 R6 6.5 电压比较器 将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输 出一定的高低电平。 功能： 特性： 运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入 的关系uo=f(ui)是非线性函数。 1. 运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。 运放工作在非线性状态基本分析方法 2. 运放工作在非线性状态的分析方法： 若U+U- 则UO=+UOM； 若U+U- 则UO=-UOM。 虚断（运放输入端电流=0） 注意：此时不能用虚短！ uo ui 0 +UOM -UOM + +uo ui 一、 过零比较器: （门限电平=0） + +uo ui uo ui 0 +UOM -UOM 2.1单门限电压比较器 + +uo ui t ui t uo +Uom -Uom 例题：利用电压比 较器将正弦波变为 方波。 二、 单门限比较器（与参考电压比较） + +uo ui UREF uo ui 0 +Uom -Uom UREF UREF为参考电压 当ui UREF时 , uo = +Uom 当ui UREF时 , uo = -Uom 若ui从反相端输入 + + ui uo ui 0 +UZ -UZ 用稳压管稳定输出电压 uo UZ uo ui 0 +UOM -UOM + +uo ui 忽略了UD 三、 限幅电路使输出电压稳定 稳幅电路的另一种形式： 将双向稳压管接在负反馈回路上 + + ui uo UZ R R _ uo ui 0 +UZ -UZ R =R 2.2 迟滞比较器(滞回比较器) 一、迟滞比较器 特点:电路中使用正反馈。 1、因为有正反馈，所以输 出饱和。 2、当uo正饱和时(uo =+UOM) ： +om 21 1 + UU RR R U T = + = 3、当uo负饱和时(uo =-UOM) ： -om 21 1 + UU RR R U T = + -= + + uo R R2R1 ui U+ + + uo R R2R1 ui U+ 迟滞比较器 uo ui 0 +Uom -Uom UT+ UT- 设ui , 当ui = UT+, uo从+UOM -UOM 传输特性 uo ui 0 +Uom -Uom UT+ UT- UT+上门限电压 UT-下门限电压 UT+- UT-称为回差 om 21 1 U RR R + = + UT om 21 1 U RR R + = - - UT t ui UT+ UT- t uo Uom -Uom 例:设输入为正弦波, 画出输出的波形。 + + uo R R2R1 ui U+ 加上参考电压后的迟滞比较器： 上下限 ： uo ui 0 UT- UT+ 传输特性 +UZ -UZ 例题：R1=10k，R2=10k ，UZ=6V， UR=10V。当 输入ui为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。 上下限 ： 3V 8V ui uo +UZ -UZ 2.3 窗口比较器 窗口比较器的电路如图所示。电路由两个幅度比 较器和一些二极管与电阻构成。 设R1 =R2，则有 ： 图窗口比较器 窗口比较器的电压传 输特性如下页 图 所示。 当vIVH时，vO1为 高电平，D3导通；vO2 为低电平, D4截止， vO= vO1。 当vI VL时，vO2为高 电平，D4导通；vO1为低 电平，D3截止，vO= vO2