08 信号的运算与处理电路.ppt

1、模拟电子线路教改课程多媒体课件,第八章课前导读：,由运算放大器构成的信号处理电路在实际中运用十分广泛。本章将重点介绍各种基本运算电路的电路组成和工作原理，同时简单介绍滤波电路的原理和电路。,模拟电路教改课程多媒体课件,第八章 信号的运算与处理电路,8.1 基本运算电路,8.2 实际运放电路的误差分析,8.3 对数和反对数运算电路,8.5 有源滤波电路,8.1 基本运算电路, 比例运算电路, 积分电路, 微分电路, 减法电路, 加法电路,为提高精度，一般取,1. 比例运算电路,电压并联负反馈,由第7章可知，电路为负反馈电路。,即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,

2、利用虚短和虚断得,运算放大器输入端无共模信号 运算电路输入电阻较小,由于运放的增益一般有 ，,所以,输出与输入反相,1. 比例运算电路,电压串联负反馈,（2）同相比例运算电路,利用虚短和虚断得,运算放大器输入端有共模信号 运算电路输入电阻很大,输出与输入同相,电压跟随器,2. 加法电路,根据虚短、虚断和N点的KCL得：,若,则有,（加法运算）,输出再接一级反相电路,可得,3. 减法电路,第一级反相比例,第二级反相加法,（1）利用反相信号求和以实现减法运算,即,当 时,得,（减法运算）,从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。,（2）利用差分式电路以实现减法运算,当,则,若继续有,则

3、,根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：,4. 积分电路,式中，负号表示vO与vS在相位上是相反的。,根据“虚短”，得,根据“虚断”，得,即,因此,电容器被充电，其充电电流为,设电容器C的初始电压为零，则,（积分运算）,当vS为阶跃电压时，有,4. 积分电路,vO与 t 成线性关系,5. 微分电路,8.2 实际运放电路的误差分析,共模抑制比KCMR为有限值的情况,输入失调电压VIO、输入失调电流IIO 不为零时的情况,1. 共模抑制比KCMR为有限值的情况,同相比例运算电路,闭环电压增益,理想情况,越大，误差越小。,2. VIO、IIO不为零 时的情况,输入为零时的等效电路,解得误差电压,当 时

4、，可以 消除偏置电流 引起的 误差，此时,当电路为积分运算时，,即 换成电容C，则,时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。,引起的误差仍存在,2. VIO、IIO不为零 时的情况,减小误差的方法,输入端加补偿电路,利用运放自带的调 零电路,模拟电路教改课程多媒体课件,8.3 对数和反对数运算电路, 对数运算电路, 反对数运算电路,模拟电路教改课程多媒体课件,其中，IES 是发射结反向饱和电流，vO是vS的对数运算。,1. 对数运算电路,利用PN结的指数特性实现对数运算,BJT的发射结有,注意：vS必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏,利用虚短和虚断，电路有,当 时，,vO是vS的反对数

5、运算（指数运算）,2. 反对数运算电路,利用虚短和虚断，电路有,要求,以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路,模拟电路教改课程多媒体课件,8.5 有源滤波电路,8.5.1 基本概念及初步定义,8.5.2 一阶有源滤波电路,高通滤波,低通滤波,基本概念,分类,8.5.3 二阶有源滤波电路,高通滤波,低通滤波,带通滤波,带阻滤波,带阻滤波,带通滤波,8.5.1 基本概念及初步定义,1. 基本概念,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。,有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。,滤波电路传递函数定义,时，有,其中, 模，幅频响应, 相位角，相频响应,时延响

6、应为,模拟电路教改课程多媒体课件,2. 分类,低通（LPF）,希望抑制50Hz的干扰信号，应选用哪种类型的滤波电路？,高通（HPF）,带通（BPF）,带阻（BEF）,全通（APF）,放大音频信号，应选用哪种类型的滤波电路？,模拟电路教改课程多媒体课件,8.5.2 一阶有源滤波电路,1. 低通滤波电路,传递函数,其中,特征角频率,故，幅频相应为,模拟电路教改课程多媒体课件,8.5.2 一阶有源滤波电路,2. 高通滤波电路,可由低通和高通串联得到,必须满足,3. 带通滤波电路,低通特征角频率,高通特征角频率,模拟电路教改课程多媒体课件,8.5.2 一阶有源滤波电路,4. 带阻滤波电路,可由低通和高

7、通并联得到,必须满足,一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频程），与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求不高的场合。,模拟电路教改课程多媒体课件,8.5.3 二阶有源滤波电路,1. 压控电压源低通滤波电路,压控电压源电路（VCVS）,得滤波电路传递函数,（二阶）,8.5.3 二阶有源滤波电路,1. 压控电压源低通滤波电路,令,称为通带增益,称为特征角频率,称为等效品质因数,则,用 代入，可得传递函数的频率响应：,8.5.3 二阶有源滤波电路,1. 压控电压源低通滤波电路,归一化的幅频响应,相频响应,8.5.3 二阶有源滤波电路,1. 压控电压源低通滤波电路,归一化的幅频响应波特图,8.5.3 二阶有源滤波电路,2. 压控电压源高通滤波电路,将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。,传递函数,归一化的幅频响应,8.5.3 二阶有源滤波电路,2. 压控电压源高通滤波电路,归一化的幅频响应波特图,8.5.3 二阶有源滤波电路,3. 压控电压源带通滤波电路,可由低通和高通串联得到,模拟电路教改课程多媒体课件,8.5.3 二阶有源滤波电路,3. 压控电压源带通滤波电路,传递函数,得,模拟电路教改课程多媒体课件,8.5.3 二阶有源滤波电路,归一化的幅频响应波特图,3. 压控电压源带通滤波电路,模拟电路教改课程多媒体课件,8.5.3