模擬電子技術(shù)基本教程_-_華成英主編_(7).ppt

第八章信號的運(yùn)算和濾波,8.1集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路,8.2模擬乘法器及其在運(yùn)算電路中的應(yīng)用,8.3有源濾波電路,8.1集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路,一、比例運(yùn)算電路,二、加減運(yùn)算電路,三、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路,四、對數(shù)運(yùn)算電路和指數(shù)運(yùn)算電路,一、比例運(yùn)算電路,1.反相比例電路,2.同相比例電路,二、加減運(yùn)算電路,1.反相求和,2.同相求和設(shè)R1R2R3R4RRf,3.加減運(yùn)算利用求和運(yùn)算電路的分析結(jié)果,對輸入電壓的極性和幅值有何要求？,四、對數(shù)運(yùn)算電路和指數(shù)運(yùn)算電路,1.對數(shù)運(yùn)算,實(shí)用電路中常常采取措施消除IS對運(yùn)算關(guān)系的影響,利用PN結(jié)端電壓與電流的關(guān)系,實(shí)際極性,ICM限制其值,集成對數(shù)運(yùn)算電路,熱敏電阻？溫度系數(shù)為正？為負(fù)？,對輸入電壓的極性和幅值有何要求？,2.指數(shù)運(yùn)算電路,3.乘法、除法運(yùn)算電路,8.2模擬乘法器及其在運(yùn)算電路中的應(yīng)用,一、模擬乘法器簡介,二、在運(yùn)算電路中的應(yīng)用,一、模擬乘法器簡介,1.變跨導(dǎo)型模擬乘法器的基本原理,實(shí)際電路需在多方面改進(jìn)，如線性度、溫度的影響、輸入電壓的極性等方面。,理想情況下，ri1、ri2、fH為無窮大，失調(diào)電壓、電流及其溫漂為0，ro為0，ux、uy幅值和頻率變化時k值不變。,有單象限、兩象限和四象限之分。,2.模擬乘法器的符號及等效電路,二、在運(yùn)算電路中的應(yīng)用,2.乘方運(yùn)算,1.乘法運(yùn)算,實(shí)際的模擬乘法器k常為+0.1V-1或0.1V-1。若k=+0.1V-1，uI1=uI2=10V，則uO=10V。,實(shí)現(xiàn)了對正弦波電壓的二倍頻變換,為使電路引入的是負(fù)反饋，k和uI2的極性應(yīng)如何？,3.除法運(yùn)算,運(yùn)算電路中集成運(yùn)放必須引入負(fù)反饋！,若集成運(yùn)放的同相輸入端與反相輸入端互換，則k和uI2的極性應(yīng)如何？,為實(shí)現(xiàn)上式，電路中uI、uO、k的極性是什么？為什么？,4.開方運(yùn)算,若集成運(yùn)放的負(fù)反饋通路中為某種運(yùn)算電路，則整個電路實(shí)現(xiàn)其逆運(yùn)算！,如何實(shí)現(xiàn)開三次方運(yùn)算電路？,若要uO0，則有何變化？若要求uI、uO均大于0，則有何變化？,8.3有源濾波電路,一、概述,二、低通濾波器,三、高通、帶通、帶阻濾波器,四、狀態(tài)變量型濾波器,1.濾波電路的功能使指定頻段的信號順利通過，其它頻率的信號被衰減。,2.濾波電路的種類,低通濾波器（LPF）,通帶放大倍數(shù),通帶截止頻率,下降速率,理想幅頻特性無過渡帶,一、概述,用幅頻特性描述濾波特性，要研究、(fP、下降速率)。,高通濾波器（HPF）,帶通濾波器（BPF）,帶阻濾波器（BEF）,全通濾波器（APF）,理想濾波器的幅頻特性,阻容耦合,通信電路,抗已知頻率的干擾,f-轉(zhuǎn)換,3.無源濾波電路和有源濾波電路,負(fù)載變化，通帶放大倍數(shù)和截止頻率均變化。,積分電路,無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負(fù)載變化；有源濾波電路的濾波參數(shù)不隨負(fù)載變化，可放大。無源濾波電路可用于高電壓大電流，如直流電源中的濾波電路；有源濾波電路是信號處理電路，其輸出電壓和電流的大小受有源元件自身參數(shù)和供電電源的限制。,有源濾波電路,用電壓跟隨器隔離濾波電路與負(fù)載電阻,二、低通濾波器,求解傳遞函數(shù)時，只需將放大倍數(shù)中的j用s取代即可；s的方次稱為階數(shù)。,頻率趨于0時的放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù),決定于RC環(huán)節(jié),表明進(jìn)入高頻段的下降速率為20dB/十倍頻,（1）一階電路,1.同相輸入,經(jīng)拉氏變換得傳遞函數(shù)：,一階電路,幅頻特性,為了使過渡帶變窄，需采用多階濾波器，即增加RC環(huán)節(jié)。,（2）簡單二階LPF,截止頻率fp0.37f0,分析方法：電路引入了負(fù)反饋，具有“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)利用節(jié)點(diǎn)電流法求解輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。,C1=C2,（3）壓控電壓源二階LPF,引入正反饋,為使fp=f0，且在f=f0時幅頻特性按40dB/十倍頻下降。,f0時，C1斷路，正反饋斷開，放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)。,f，C2短路，正反饋不起作用，放大倍數(shù)0。,因而有可能在f=f0時放大倍數(shù)等于或大于通帶放大倍數(shù)。對于不同頻率的信號正反饋的強(qiáng)弱不同。,C1=C2,壓控電壓源二階LPF的分析,列P、M點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電流方程，整理可得：,Q值合適時，從f0開始就按40dB/十倍頻下降。,三、高通、帶通、帶阻有源濾波器,與LPF有對偶性，將LPF的電阻和電容互換，就可得一階HPF、簡單二階HPF、壓控電壓源二階HPF電路。,2.帶通濾波器（BPF）,3.帶阻濾波器（BEF）,fHfL,1.高通濾波器（HPF）,討論,頻率趨于零，電壓放大倍數(shù)趨于通帶放大倍數(shù)的濾波器有哪幾種？頻率趨于無窮大，電壓放大倍數(shù)趨于通帶放大倍數(shù)的濾波器有哪幾種？頻率趨于零，電壓放大倍數(shù)趨于零的濾波器有哪幾種？頻率趨于無窮大，電壓放大倍數(shù)趨于零的濾波器有哪幾種？,四、狀態(tài)變量型濾波器,要點(diǎn)：將比例、積分、求和等基本運(yùn)算電路組合成自由設(shè)置傳遞函數(shù)、實(shí)現(xiàn)各種濾波功能的電路，稱為狀態(tài)變量型濾波器。通帶放大倍數(shù)決定于電阻組成的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。利用“逆運(yùn)算”方法。,將低通環(huán)節(jié)加在負(fù)反饋通路來實(shí)現(xiàn)高通。f時C相當(dāng)于短路，兩端電壓近似為,即A2輸出電壓0，電路開環(huán)，A1輸出電壓UOM，工作到非線性區(qū)；需引入負(fù)反饋決定通帶放大倍數(shù)。,二階狀態(tài)變量濾波器的組成,運(yùn)算電路與有源濾波器的比較,相同之處電路中均引入深度負(fù)反饋，因而集成運(yùn)放均工作在線性區(qū)。均具有“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)，均可用節(jié)點(diǎn)電流法求解電路。不同之處運(yùn)算電路研究的是時域問題，有源濾波電路研究的是頻域問題；測試時，前者是在輸入