模拟信号与处理电路

1、 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比例运算电路比例运算电路作用：作用：将信号按比例放大。将信号按比例放大。类型：类型：同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联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放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。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 voi1RfR1R2 v+ = 0 v+ =v v =

2、 0（虚短）又 iI = 0 i1 = if（虚断）fo1sRvRv1fio RRvvR2：平衡电阻。 R2 = R1 / Rf若R1 = Rf vo = vs 此为反相器。iI+ if输出电阻：输出电阻：Ro=0; 输入电阻输入电阻:Ri=R1 (从输入和地向里看从输入和地向里看)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1fio RRvvAuf 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

3、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。vsv+voiIRfR1R2if v = v+ = vs由于 if = i11sf1oRvRRvs1fo)1 ( vRRv输入电阻为：输入电阻为：Ri 输出电阻为：输出电阻为：Ro0但是电路有共模信号输入但是电路有共模信号输入v-利用虚短和虚断的结论：1io1 RRvvAfuf 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。

4、选用芯片时要注意。_+ + uiuoiouuuu此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输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。器相同，但是电压跟随性能好。三、电压跟随器三、电压跟随器结构特点：结构特点：输出电压全输出电压全部引到反相输入端，信部引到反相输入端，信号从同相端输入。号从同相端输入。电压电压跟随器是跟随器是同相比例运算同相比例运算放大器的特例。放大器的特例。_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1 uu112RuuRuuio212RuRuui)(1212iiouuRRu解出

5、：解出：四、差动比例运算电路（减法电路）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）求和运算电路（加减运算电路）作用：作用：将若干个输入信号之和或之差按比将若干个输入信号之和或之差按比例放大。例放大。类型：类型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：可用虚短、虚断的概念来分析，也可可用虚短、虚断的概念来分析，也可用叠加定理用叠加定理一、反相加法器一、反相加法器R12_+ R2R11ui2uoRPui1实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，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。以适应不同的需要。FPR/R/RR12110uuFiii

6、1211)(21221112iiouRRuRRui12iFi11R12_+ R2R11ui2uoRPui1调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影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。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，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。以适应不同的需要。22211R/RR/RF-R1RF+ui1uoR21R22ui2此电路如果以此电路如果以 u+ 为输入为输入 ，则输出为：则输出为：uRRuFo)1 (1-R1RF+ui1uoR

7、21R22ui2)(1 (212111111211121iiFouRRRuRRRRRu注意：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。单独调整。流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0（虚开路）虚开路）22221211222122iiuRRRuRRRu-R1RF+ui1uoR21R22ui2R 左图也是同相求和运算左图也是同相求和运算电路，电路，如何求同相输入如何求同相输入端的电位？端的电位？提示：提示：1. 虚断路：流入同相端的虚断路：流入同相端的电流为电流为0。2. 节点电位法求节点电位法求u+。例：例：设计一个加

8、减运算电路，设计一个加减运算电路， RF=240k ，使使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3解解:(1) 画电路。画电路。双运放的加减运算电路双运放的加减运算电路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R625461213FFR/R/RR,R/R/RR)(221111RuRuRuiiFo53221141253412)()(RuRuRuRRRRuRuRuiiiFFioFo6.5 6.5 电压比较器电压比较器 将一个模拟电压信号与一将一个模拟电压信号与一参考电压参考电压相比较，输相比较，输出一定的高低电平。出一定的高低电平。功能：功能：特性：特性：运放组成的电

9、路处于非线性状态，输出与输入运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系的关系uo=f(ui)是非线性函数。是非线性函数。1. 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运放工作在非线性状态基本分析方法2. 2. 运放工作在非线性状态的分析方法：运放工作在非线性状态的分析方法： 若若U+U- 则则UO=+UOM； 若若U+U- 则则UO=-UOM。 虚断（运放输入端电流虚断（运放输入端电流=0） 注意：此时不能用虚短！注意：此时不能用虚短！uoui0+UOM-UOM+uoui一、一、 过零比较器过

10、零比较器: （门限电平（门限电平=0）+uouiuoui0+UOM-UOM2.12.1单门限电压比较器单门限电压比较器+uouituituo+Uom-Uom例题：利用电压比例题：利用电压比较器将正弦波变为较器将正弦波变为方波。方波。二、二、 单门限比较器（与参考电压比较）单门限比较器（与参考电压比较）+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREFUREF为参考电压为参考电压当当ui UREF时时 , uo = +Uom当当ui UREF时时 , uo = -Uom 运放处于运放处于开环状态开环状态+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREF当当ui UREF时时 , uo = -

11、Uom 若若ui从反相端输入从反相端输入+uiuoui0+UZ-UZ用稳压管稳定输出电压用稳压管稳定输出电压uo UZuoui0+UOM-UOM+uoui忽略了忽略了UD三、三、 限幅电路限幅电路使输出电压稳定使输出电压稳定稳幅电路的另一种形式：稳幅电路的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上将双向稳压管接在负反馈回路上+uiuo UZR R_uoui0+UZ-UZR =R2.2 迟滞比较器迟滞比较器(滞回比较器滞回比较器)一、迟滞比较器一、迟滞比较器特点特点:电路中使用正反馈。电路中使用正反馈。1、因为有正反馈，所以输、因为有正反馈，所以输出饱和。出饱和。2、当、当uo正饱和时正饱和时(u

12、o =+UOM) ：+om211+UURRRUT T 3、当、当uo负饱和时负饱和时(uo =-UOM) ：-om211+UURRRUT T +uoRR2R1uiU+uoRR2R1uiU+迟滞比较器迟滞比较器uoui0+Uom-UomUT+UT-设设ui , 当当ui = UT+, uo从从+UOM -UOM传输特性传输特性uoui0+Uom-UomUT+UT-UT+上门限电压上门限电压UT-下门限电压下门限电压UT+- UT-称为回差称为回差om211URRR +UT Tom211URRR -UT TtuiUT+UT-tuoUom-Uom例例:设输入为正弦波设输入为正弦波, 画出输出的波形。

13、画出输出的波形。+uoRR2R1uiU+REFZURRRURRRU212211TREFZURRRURRRU212211T加上参考电压后的迟滞比较器：加上参考电压后的迟滞比较器：上下限：上下限：uoui0UT-UT+传输特性传输特性+UZ-UZ例题：例题：R1=10k ，R2=10k ，UZ=6V， UR=10V。当。当输入输入ui为如图所示的波形时，画为如图所示的波形时，画 出输出出输出uo的波形。的波形。上下限：上下限：V8212211TRZURRRURRRUV3212211TRZURRRURRRU3V8Vuiuo+UZ-UZ2.3 2.3 窗口比较器窗口比较器 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：DLHDCC212DCCL2=)2(21)2(=VVVVVRRRVVV 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