[工学]第7章信号运算和处理ppt课件

1、 运算放大器是由运算放大器是由直接耦合多级放大直接耦合多级放大电路集成制造的高电路集成制造的高增益放大器，它是增益放大器，它是模拟集成电路最重模拟集成电路最重要的种类，广泛运要的种类，广泛运用于各种电子电路用于各种电子电路之中。之中。第第7章信号运算和处置章信号运算和处置7.1 7.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器7.2 7.2 集成运放在信号运算方面的运用集成运放在信号运算方面的运用7.3 7.3 集成运放在信号处置方面的运用集成运放在信号处置方面的运用 7.1.1 理想运算放大器的条件 7.1.2 理想运算放大器的分析根据7.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器 满足以下参数目

2、的的运算放大器可以视为理想运算放大器。满足以下参数目的的运算放大器可以视为理想运算放大器。1. 1.差模电压放大倍数差模电压放大倍数Aud=Aud=，实践上，实践上Avd80dBAvd80dB即可。即可。 2. 2.差模输入电阻差模输入电阻rid=rid=，实践上，实践上ridrid比输入端外电路的电比输入端外电路的电阻大阻大2 23 3个个 数量级即可。数量级即可。3. 3.输出电阻输出电阻ro=0ro=0，实践上，实践上roro比输入端外电路的电阻小比输入端外电路的电阻小1 12 2个量级个量级 即可。即可。 4. 4.带宽足够宽。带宽足够宽。 5. 5.共模抑制比足够大。共模抑制比足够大

3、。 实践上在做普通原理性分析时，产品运算放大器实践上在做普通原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只需实践的运用条件不使运算放都可以视为理想的。只需实践的运用条件不使运算放大器的某个技术目的明显下降即可。大器的某个技术目的明显下降即可。5.3.1 理想集成运算放大器的条件 idR2 2、线性分析根据、线性分析根据: :有负反响或闭环有负反响或闭环(u+- u-)Au0 = uoAu0=uo=uo=有限值有限值所以：所以：u+= u-虚短虚短IIidR)(0 虚断IIuuOufR7.1.1 理想集成运算放大器的分析根据3 3 非线性分析根据无负反响或开环非线性分析根据无负反响或开环u+

4、u-时，时，u0= UOMu+WL带阻滤波器是由低通带阻滤波器是由低通RCRC环节和高通环节和高通RCRC环节并联而成的。环节并联而成的。 高通WL 低通 WH ui uo WHWL7.3.2 7.3.2 比较器比较器 比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。路。 常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗口比较器和具有常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗口比较器和具有滞回特性的比较器。这些比较器的阈值是固定的，有的只需一滞回特性的比较器。这些比较器的阈值是固定的，有的只需一个阈值，有的具有两个阈值。个阈值，有的具有两个阈值。1 1

5、 普通的比较器普通的比较器2 2 滞回比较器滞回比较器3 3 窗口比较器窗口比较器SchmittSchmitt触发器触发器 (1) (1) 过零比较器和电压幅度比较器过零比较器和电压幅度比较器 过零电压过零电压比较器是典型比较器是典型的幅度比较电的幅度比较电路，它的电路路，它的电路图和传输特性图和传输特性曲线如下图。曲线如下图。1 1 普通的比较器普通的比较器ouiuoviv0理想实际 传输特性传输特性例：知输入信号波形如图，画出输出电压的波形例：知输入信号波形如图，画出输出电压的波形ouiuiuttouMUOMUO 将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值UR 上 , 就得到电压幅

6、度比较器，它的电路图和传输特性曲线如下图。(a)(a)电路图电路图(b)(b)传输特性曲线传输特性曲线(2) (2) 固定电压比较器固定电压比较器( ( 输出限幅输出限幅ouiuRUZURouiuRU理想实际ZUZUiuou1RZDRUouiuRU理想实际ZUZU另一种方式另一种方式的输出限幅的输出限幅固定电压比固定电压比较器较器iut10V-10V5V例：知输入信号波形如图，画出输出电压的波形例：知输入信号波形如图，画出输出电压的波形ouiuZUR5VtOuMUOMUO例：电路如图，知ui=Uimsinwt，且RCT/2，画出UO1、UO2和UO3的波形，设集成运放的最大 输出电压为UOPP

7、 ui t uo2 t UOPP -2UOPP uo3 t UOPP 8+uiu o1u o2u o3RLRC uo1 t UOPP -UOPP 实例：街灯控制运用电路实例：街灯控制运用电路iuRU光检测电路15V-15VCCV继电器开关街灯光线维护作用：防止三极维护作用：防止三极管发射结反偏击穿管发射结反偏击穿在夜晚，在夜晚，uiURuiURuiUR集成运放的输集成运放的输出接近于出接近于-15V-15V，三极管截止，三极管截止，继电器中的电继电器中的电流为流为0 0，开关，开关断开，街灯封断开，街灯封锁。锁。2 2 滞回比较器滞回比较器单门限比较器，电路简单，灵敏度高，但是抗干扰单门限比较

8、器，电路简单，灵敏度高，但是抗干扰才干差，为了提高抗干扰性，可采用滞回比较器。才干差，为了提高抗干扰性，可采用滞回比较器。ouiuRUZU1R2R电路分析电路分析估算跳变点的电压估算跳变点的电压ouiuRUZU1R2R很大时当iuZUuo)(RRR)(RRRRZTUUu211212uI逐渐减小，当逐渐减小，当uI=u+时，输出开场跳变，由时，输出开场跳变，由-UZ跳变为跳变为UZ很小时当ivZUuo)(RRR)(RRRRZTUUu211212VI逐渐减大，当逐渐减大，当uI=u+时，输出开场跳变，时，输出开场跳变，由由UZ跳变为跳变为-UZ例例1：电路如图，知输入波形，画出输出电压的波形：电路

9、如图，知输入波形，画出输出电压的波形ouiuZU1R2RK10K10V10V1)(RRR)(RRRRZTUUu211212解V5 . 4)(RRR)(RRRRZTUUu211212V5 . 5iut1 0 V5 .5 V-4 .5 VtOvZVZV例例2：电路分别如图：电路分别如图1、图、图2，知输入波形，分别画出输出电压的，知输入波形，分别画出输出电压的波形波形ouiuZV1R2RK10K10V10V1ouiuV10R5Vtiu5VouiuV10R5Vtiu5VtououiuZU1R2RK10K10V10V1V.T54uV.T55utiu5.5V4.5VOut实例：街灯控制运用电路实例：街灯

10、控制运用电路iuRU光光检检测测电电路路15V-15VCCV继电器开关街灯噪噪声声光光线线光光线线该电路在实践该电路在实践运用中常会出运用中常会出现噪声光源，现噪声光源，如在很短时间如在很短时间内云层引起的内云层引起的光密度的脉动。光密度的脉动。输出就会出现输出就会出现误动作。误动作。RUtiutou实例：街灯控制运用电路实例：街灯控制运用电路iuRU光光检检测测电电路路CCV继电器开关街灯噪噪声声光光线线光光线线1R2RRDTUtiutTUOu3 3 窗口比较器窗口比较器ouiuLUHURRRRouiuLUHUouiuLUHURRRROu2R1RRfRCD2D1方波发生器方波发生器tOuCv0OMUOMUOMRRRU211OMRRRU211动画动画2R1R3RC4R5ROvA1A21OvvD1D2tZVZV01OvtOvOMAXVOMINV三角波发生三角波发生器器动画动画(2)(2)