模拟电路信号的运算和处理电路ppt课件

1、第八章 信号的运算和处置电路1 理想集成运放的技术参数开环差模电压增益AVd=差模输入电阻Rid=输出电阻Ro=0共模抑制比KCMR=输入失调电压VIO=0 失调电流IIO=0 它们的温漂均为零输入偏置电流IIB=0带宽BW= VP-VNVOH-VOLVO理想运放传输特性：2 理想集成运放任务在线性区的特点 差模输入电压为零：VP=VN 虚短路 输入电流为零： IP=IN=0虚断路3 理想集成运放任务在非线性区的特点输出电压只需两种能够。当VPVN 时：运放到达最大输出电压VOH 。当VPVN 时：运放到达最小输出电压VOL。输入电流为零，IP=IN=0同相，反相端电压不相等，VPVN运放开环

2、运用，或加正反响，或虽加有负反响但输出电压到达了运放最大输出，那么运放任务在饱和区。运放加负反响运用，且输出电压没到达运放最大输出，运放任务在线形放大区间。虚断, ip=in=0虚短, vp=vn=0 (虚地)虚地是反相比例运算电路的一个重要特征。运放无共模电压输入。8-1 根本运算电路iFoFonnivRRvRvvRvv11Rif=R1Rof=0ifR2=R1/RFR1viRFR2v0ii Apn1RRvvAFioVF8.1.1 比例运算电路反相比例运算电路 同相比例运算电路特点:不存在虚地景象，运放两输入端有共模电压。当RF=0或R1=时，AVf=1，实现了电压跟随。电路的输入电阻无穷大，

3、输出电阻为0，具有很强的带负载才干。R1vi ARFR2v0R2=R1/RFiiifpn11RRVVAFioVFiFonVRRRVV110ofifRR8.1.2 差分比例运算电路11232311323211iFiFonipFonnivRRvRRRRRRvvRRRvvRvvRvv112121231)(RRvvvAvvRRvRRRRFiioVdiiFoF时当 AR2iiR1v0vi2RFifR3vi1pn例:分析以下图放大器的组成，并求电压增益。A3为差分比例放大器。)(2134ooovvRRv输入电阻高，共模抑制比高，增益调理方便。A3A1R2R1vi1vi2v0R3R4R4iv01v02A2R

4、3R21212121)2(RvviRRivviioo)(21 (2)(2112341212121iioiioovvRRRRvRRRvvvv8.1.3 求和运算电路R2i1 Avi1 R1RFR,v0R,=R1/R2/R3/RFifvi2vi3R3i2i3FoiiifRvRvRvRviiii332211321)(321321iiioFvvvvRRRR)(332211RvRvRvRviiiFo利用反相求和实现减法计算Rf1 A1 A2R1R2R2VS2VS1Rf2V0V011111sfovRRv111222222122)(sffsfsofovRRRRvRRvvRRv)(212211ssfofvvR

5、RvRR8.1.4 积分电路tictictcccodtvRCoVdtRvCoVdtiCoVvv0001)(1)(1)( vi vSt ARR,vCviv0iiiCc -vS - v0mvottioodtvRCoVv01)(tiocdtvRCvoV010)(设缺陷:输出端存在积分漂移电压，导致输出误差。例：积分电路如上图所示，R=10K，C=1F，假设输入的波形如下图，试画出输出电压的波形。 Vc(0)=0 -2Vvo/Vt/msttRCvvtvioo200)0()(t=010ms时，vi=2Vt1=10ms时，vo(t1)=-2V4200)(2002)()(111tttdtRCvtvtvtti

6、ooT2 =20ms时，vo(t2)=0V2V-2V301020vi/Vt/mst1t2t=1020ms时，vi=-2V8.1.5 微分电路缺陷:输出电压与输入电压的微分成正比，因此对高频干扰相当敏感。vi/Vt/msvo/Vt/ms ACR,viv0iCiFRFdtdvCRRitviiiFFcoFc)(8.2 实践运算放大器运算电路的误差分析1共模抑制比KCMR为有限值的情况 KCMR,AVd ,AVc 0，vP vN R1 AviRFR2v0R2=R1/RFiiificVcidVdoFoiNPidFoiNPicFoNiPvAvAvRRRvvvvvRRRvvvvvRRRvvvv111111)

7、(222CMRVdFCMRFFVcFVdVcVdioVFKRARRKRRRRRARRRAAAvvA211211)1 ()( 2121111111%006. 000006. 1)1 (11101011154RRARRRAKFVFFVdCMR设2 输入失调电压VIO ,输入失调电流IIO不为0的情况R1/RFVIOVP,= (IIB-IIO/2)R2R1Vo/(R1+RF)(IIB+IIO/2)(R1/RF) 2/() 2/(2IOIBBPIOIBBNBPBNIOBPBNIBIIIIIIIIIIIIvoR2R2IBNIBPVI0R1RFIIBIIBIIO/2VoIIO/2-(IIB-IIO/2)R

8、2=-VIO- (IIB+IIO/2)(R1/RF)+R1Vo/(R1+RF)VO=(1+RF/R1)VIO+IIB(R1/RF-R2)+IIO(R1/RF+R2)/2对于理想集成运放：VP,=VN,R1/RFVP,= (IIB-IIO/2)R2(IIB+IIO/2)(R1/RF)VIOR1Vo/(R1+RF)v0R2结论:当 R2=R1/RF 时,由输入偏置电流所引起的输出误差电压可以消除。 Vo=(1+RF/R1)(VIO+IIOR2例8.2.2：反相比例放大器，运放参数VIO=2mV , IIB=80nA ，IIO=20nA ，求同相输入端等效误差电压Vir 。R1vs ARFR2v0p

9、n100K10KR2=R1/RfR3R4Rp62K51+12V-12VVor=(1+RF/R1)VIO+IIO(R1/RF)Vir=Vor/(1+RF/R1) =VIO+IIO(R1/RF)=2.18mV 同相输入端加补偿电路，求VR3 。VR3=-Vir=-2.18mV8.3对数和反对数运算存在的问题: 要求单极性输入：vi0 (如vi0，那么改用PNP管输出电压范围小-0.1-0.8)输出电压的温漂景象严重BECEoiiCvvvRvii ARviv0iiicRIvVvESiToln 8.1.1对数运算ESCTBEVvESVvESECIiVveIeIiiTBETBEln)1(8.3.2反对数

10、运算电路(指数运算电路)TBETBEVvESFFFoVvESEFeIRRiveIiiTiVvESFoeIRv ARFR,viv0ieif例:求vo的值，并阐明此电路完成何种运算功能。v01=-VTln(vi1/IESR1)v02=-VTln(vi2/IESR2)v03=-(vo1+vo2)=VTln(vi1vi2/IES2R1R2)R2,v0RR, A2R2vi2v02 A1R1R1,vi1v01 A3v03 A4RFR,RRT1T2T3)/()(2121)/(3RRIRvvIRvESFiiVvESFoeTo8.4 模拟乘法器在信号运算电路中的简单运用vo(t)=KM vx(t)vy(t)单象

11、限乘法器：信号vx(t),vy(t)均只能在单一极性电压下任务。二象限乘法器：信号vx(t),vy(t)中一个能为正负两种极性，而另一个只能为单一极性。四象限乘法器：信号vx(t),vy(t)均能顺应两种极性。KMvx(t)vy(t)v0(t)KM为增益系数或标尺因子1 除法运算电路由运放的虚短和虚断有:i1+i2=0i1=vi1/R1 i2=vo1/R2vi1/R1 +vo1/R2 =0vo1=-(R1/R2)vi1运放须处于负反响形状，要求：vo1vi10(反极性)， vovi1 0(同极性)vi20 vi1那么可正可负。是二象限除法器。i1KMvi2(t)v01(t)Avi1(t)R1R

12、2R,i2v0vo1=KMvovi2信号符号的要求：2112iiMovvKRRv2 开平方运算i1+i2=0 vi/R+KMv02/R=0KMvo2 与 vi必需反极性 KMvo2 0 vi0i1KMAvi (t)RRR,i2voMioKvv要求：vivo3 0 vo3=-KMvo20正压开方电路KMvi RRvoRp2Rp1R2R1A1vo2vo3A2iooivRRvRvRv1232310223oMoovKvviMMoovRKRKvv1238.5 8.5 有源滤波器有源滤波器8.5.1 8.5.1 根本概念根本概念作用：让所需求频率的信号经过，抑制不需求的频率信号。类型：模拟式 有源 低通

13、数字式 无源 高通 带通 带阻 理想滤波器的幅频特性：HLHLoL Ho低通高通带通带阻8.5.2一阶有源滤波器RCSCSRCSSA11/1/1)(RCSRRSAF1)/(1)(1-90-45n)(lg20jA-20db/十倍频R1RRFCvovinnarctgjA)()(11)(2特征角频率）(11111)(RCjjRCjAnn8.5.3二阶有源滤波器传送函数普通表达式Ao ： 通带增益Q ：质量要素n：特征频率o：中心频率2222222222222222)()()()()()()(nnnnooooooooonnonnnoSQSSQSASASQSSASASQSSQASASQSSASASQSA

14、SA全通带阻带通高通低通：共轭复根：为负实重根之积可分解为两个一次因子：两个负实根，：实部为正，不稳系统极点：5 . 05 . 05 . 000241122, 1QQQQQQSn1 、压控电压源低通滤波器 R1RFRv0 ARCCvipnA2)()3(1)()()(SCRSCRAASVSVSAVFVFioRCSSVSVRRRSVSVApFno11)()()()(11)(1)(1)()()2(SVRSVRSCSVSVCSRipoAonFVFonnnoAQRCRRAASQSASA3111)(1222，2222)1()3()/()()3(1)(RCSRCASRCASCRSCRAASAVFVFVFVF222022)()(11)()(1)(11)(1)()(nnnnonnoQAjAQjAjQjAjAQ0 Ao3 RF/R12二阶低通滤波器幅频特性QdbAjAAjAdbAjAonnononlg20)(lg20lg40)(lg200)(lg20oAjA)(lg200n-40db/十倍频Q=0.707QQQAjAQQMAXonn142)(211707. 0222有极大值-3db2220)()(11)(nnQAjAQ=0.707