信号的运算与处理电路1.ppt

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 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。 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。 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 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。 F 开环差模增益： F 差模输入电阻： F 输出电阻： F 共模抑制比： F 上限截止频率： F 失调电压、电流及其温漂：均为0。 （2）理想集成运放工作于线性区 理想运放工作于线性区： “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， 所以输出电压只有两种可能： 小小 结结 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 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 。 电路处于深度负反馈条 件下，虚短和虚断成立。 （1）反相比例运算电路 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（2）同相比例运算电路 电压 跟随器 反相求和运算电路 （1）求和运算电路 2.加减运算电路 同相求和运算电路 （2）加减运算电路 （提示：用叠加原理） （解答：P321） 3.积分运算电路4.微分运算电路 仿真仿真 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(Band Pass Filter) BEF(Band Embarrass Filter) APF(All Pass Filter) LPF (Low Pass Filter) HPF (High Pass Filter ) Band Pass Filter Band Embarrass Filter 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF） （2）实际滤波器的幅频特性 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。 希望抑制希望抑制50Hz50Hz的干扰的干扰 信号，应选用哪种类型的信号，应选用哪种类型的 滤波电路？滤波电路？ 放大音频信号，应选用放大音频信号，应选用 哪种类型的滤波电路？哪种类型的滤波电路？ 通带电压增益 通带截止频率 无源滤波器：由无源器件（R、L、C）构成的滤波器。 （3）无源滤波电路 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。 解：不带载时： 带载时： 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。 仿真 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： 仿真 2. 一阶有源低通滤波器 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。 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： 仿真 3. 二阶有源低通滤波器 传递函数 特征频率 通带截止频率 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： 仿真 压控电压源二阶低通滤波电路 等效品质因数 例：求图示有源RC高通滤波 器放大倍数的频率特性表达 式，并画出幅频特性曲线。 解： 仿真 4. 二阶有源高通滤波器 仿真 5. 带通滤波器 6. 带