第6章號(hào)的運(yùn)算與處理電路

1、第第6 6章章 信號(hào)的運(yùn)算與處理電路信號(hào)的運(yùn)算與處理電路6.1 6.1 理想集成運(yùn)算放大器理想集成運(yùn)算放大器6.2 6.2 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路6.4 6.4 有源濾波器有源濾波器6.3 6.3 集成模擬乘法器集成模擬乘法器6.1 6.1 理想集成運(yùn)算放大器理想集成運(yùn)算放大器1.1.理想集成運(yùn)放的特征理想集成運(yùn)放的特征wcmroiddbkrra02.2.理想集成運(yùn)放工作在線性區(qū)理想集成運(yùn)放工作在線性區(qū)( (加深度負(fù)反饋加深度負(fù)反饋) )+_uuou)(uuaudo因?yàn)橐驗(yàn)閐a所以所以0doauuu uu0i反相端與同相端等電位反相端與同相端等電位輸入電流近似為零輸入電流近似為零3.3.理想

2、集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)理想集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)( (開環(huán)或加正反饋開環(huán)或加正反饋) ) 在這種情況下在這種情況下, ,即使輸入信號(hào)即使輸入信號(hào) 很小很小, ,也會(huì)進(jìn)入飽和也會(huì)進(jìn)入飽和, ,其輸出信號(hào)幅度接近電源電壓其輸出信號(hào)幅度接近電源電壓, ,輸輸出電壓僅有兩種取值出電壓僅有兩種取值)(uu當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) , , )( uuoouu當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) , , )( uuoouu6.26.2 信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)運(yùn)算電路一一. 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路uu+a+riiruu+ffoi11i1fourru1.反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路i1=if （虛斷）（虛斷）u+ =0 u=u+=0（虛地）（虛地）f

3、o1iruru 2. 同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路u-= u+= uii1 = if （虛斷）虛斷）foi1i0ruuru uu+a+ouu+firf1ir1rii1fo)1 (urru電壓跟隨器電壓跟隨器此電路是同相比此電路是同相比例運(yùn)算的特殊情況，例運(yùn)算的特殊情況，輸入電阻大，輸出輸入電阻大，輸出電阻小。在電路中電阻小。在電路中作用與分立元件的作用與分立元件的射極輸出器相同，射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能但是電壓跟隨性能好。好。uuo+ua+uiuuui1+f+r3uauror1+r2i23.3.差動(dòng)比例運(yùn)算電路差動(dòng)比例運(yùn)算電路 ui1作用作用i11furruo ui2作用作用i22

4、331f)1(urrrrruo i22331fi11f)1(urrrrrurruo 231frrrr 若若)(i1i21fuurruo則有：則有：(1) 反相加法器：反相加法器：若若r1 =r2 = rf 0 uui1 + i2= if1. 1. 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路uuu0u2rafofri2+i+i2ur+i1ri11fo2i21i1rururu )(i22fi11fourrurru )(i2i1fouurru 二二. 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路(2)同相加法器同相加法器當(dāng)當(dāng)r1 = r2 = rf = r時(shí)時(shí), uuuuri1rrf+i1a+ofiu+i2r122i2111i212)(

5、)(urrrurrru )()(1(2i2111i212fourrrurrrrruauu 2ioi1uuu )(oa2fi11furrurruoi11fi22fi22fi11f)(urrurrurrurruo uuu0fuuri1rroia+1+r2far+uu+ri2uoa/2r2. 2. 減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路ruii 虛地虛地ticuud1cco 1. 1. 積分電路積分電路三三. . 積分和微分電路積分和微分電路turcd1i uu+oiiac+ir1rcuc例例: : 畫出在給定輸入畫出在給定輸入波形作用下積分器的波形作用下積分器的輸出波形。輸出波形。uu+oia+ir1rcicc

6、utui0212345tuo0-2-4-6例例2：輸入方波，輸出是三角波。輸入方波，輸出是三角波。tui0tuo0uu+oia+ir1rciccu2.2.微分電路微分電路u-= u+= 0riu odtduciic cii dtdurcuio uuo1crai+r+iicdouu ruiii dtd/sdeuuii sdtdlniiuu 1. 1. 對(duì)數(shù)電路對(duì)數(shù)電路四、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路四、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路sitsdtlnlnriuuiiu 利用利用pnpn結(jié)的指數(shù)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算結(jié)的指數(shù)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算uud+a+idri1iorriirudo 2. 2. 反對(duì)數(shù)電路反對(duì)數(shù)電路t/si

7、euuri ti1slnuuri uud+a+irrdoii五、乘除運(yùn)算五、乘除運(yùn)算)ln(lnlnyxyxuuuuyxeeuu uuu對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算x對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算y加加法法運(yùn)運(yùn)算算反反對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算lnuxuylnuxlnylnu+=ln（xuyu）xouy=u 1. 1. 乘運(yùn)算電路乘運(yùn)算電路 用對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)用對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn) 2.2.除運(yùn)算電路除運(yùn)算電路uuu對(duì)數(shù)運(yùn)算對(duì)數(shù)運(yùn)算x對(duì)數(shù)運(yùn)算對(duì)數(shù)運(yùn)算y減法運(yùn)算減法運(yùn)算反對(duì)數(shù)運(yùn)算反對(duì)數(shù)運(yùn)算lnuxuylnuxlnylnu-o)ln(lnlnyxuuee yuxuyxuuebe26mv)+(1ir xelomv26uiru xe

8、lmv26uir yxyxo262ukuuumvrruel對(duì)于差放有：對(duì)于差放有：xbelo =urru 6.3 集成模擬乘法器集成模擬乘法器eycruii2123e 一一. .基本原理基本原理v+ee-+-+u+ureovxctr1c2tr3tyuccc1ic2ic3i二、模擬乘法器的符號(hào)二、模擬乘法器的符號(hào)uuuoxyyxoukuu 三、模擬乘法器的應(yīng)用三、模擬乘法器的應(yīng)用 1. 1. 乘法運(yùn)算乘法運(yùn)算立方運(yùn)算電路立方運(yùn)算電路 2. 2. 平方和立方運(yùn)算平方和立方運(yùn)算平方運(yùn)算電路平方運(yùn)算電路uuuoxyuo=kuxuyuuoiuo=k(ui)2uuiouo=k2(ui)33. 3. 除法運(yùn)

9、算電路除法運(yùn)算電路21ii 2o11i1ruru i2o1oukuu 如果令如果令k= r2 / r1則則:i2i1ouuu 注意：為保證電路為負(fù)反饋，必須有：注意：為保證電路為負(fù)反饋，必須有：i112o1urru 0i2 uuuu+2+ro11i1iaii2uo1rr2i2i112ouukrru 有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。的放大器。 濾波器的功能：對(duì)頻率進(jìn)行選擇濾波器的功能：對(duì)頻率進(jìn)行選擇, ,過濾掉噪過濾掉噪聲聲 和干擾信號(hào)，保留下有用信號(hào)。和干擾信號(hào)，保留下有用信號(hào)。 6.4 6.4 有源濾波電路有源濾波電路 濾波器的分類：濾波

10、器的分類： 低通濾波器（低通濾波器（lpflpf） 高通濾波器（高通濾波器（hpfhpf） 帶通濾波器（帶通濾波器（bpfbpf） 帶阻濾波器（帶阻濾波器（befbef）|a|0c通帶通帶阻阻帶帶a0|a|0ca0阻阻帶帶通通帶帶|a|0c1a0阻阻阻阻c2通通|a|0c1a0阻阻c2通通通通 各種各種濾波器理想的幅頻特性：濾波器理想的幅頻特性：（1 1）低通）低通（2 2）高通）高通（3）帶通）帶通（4）帶阻）帶阻1. 1. 一階一階rcrc低通濾波器低通濾波器( (無源無源) )一一. . 低通有源濾波器低通有源濾波器cjrcjuuaio 11 rcj 11h11 j 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：

11、+-i+urc+uo-幅頻特性：幅頻特性：2)(11harc1h截止頻率：截止頻率：0.707 h截止頻率截止頻率0 1|a|此電路的缺點(diǎn)：此電路的缺點(diǎn)：1、帶負(fù)載能力差。、帶負(fù)載能力差。2、無放大作用。、無放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。、特性不理想，邊沿不陡。2.一階有源低通濾波器一階有源低通濾波器uu+a+i+uurf1rrcoi)11(ujuh urruf)1(1oi1o)11)(1(ujrruhf )11)(1 (1hfjrr)1(ohjaiouua 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：1fo1rra通帶增益：通帶增益：截止頻率：截止頻率：)1(rch幅頻特性：幅頻特性：21)(11)1 (hf

12、rra h0.707 1+rf/r10 1+rf/r1|a|-20db/10-20db/10倍頻倍頻3.二階有源低通濾波器二階有源低通濾波器uu+a+miourfrrccr1u+uuaurrufo1o)1 (cjuuruuruuommmi1mucjrcju112oo)()j-(31crcraa2hho)( -)(3(1oajarc1hiouua 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)： h0.707（1+rf/r1）0 1+rf/r1|a|截止頻率：截止頻率：)1(rch-40db/10-40db/10倍頻倍頻幅頻特性及幅頻特性曲線幅頻特性及幅頻特性曲線222o)()(1 qaahh o31aq )11)(1 (

13、1lfjrr)1(oljaiouua 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：1fo1rra通帶增益：通帶增益：截止頻率：截止頻率：)1(rcl二二. . 高通有源濾波器高通有源濾波器1.1.一階有源高通濾波器一階有源高通濾波器uuo1+ui+f+arrurcrc1l幅頻特性：幅頻特性：21)(11)1 (lfrra缺點(diǎn)：阻帶衰減太謾。缺點(diǎn)：阻帶衰減太謾。幅頻特性及幅頻特性曲線幅頻特性及幅頻特性曲線0 1+rf/r10.707(1+rf/r1) l|a|2. 二階有源高通濾波器二階有源高通濾波器由此繪出頻率響應(yīng)特性曲線由此繪出頻率響應(yīng)特性曲線 （2 2）通帶增益）通帶增益1f+1rraouuu+rfrirmuca

14、+or1+uc2l22l)(1-)(qaao（1）幅頻特性：）幅頻特性：rc1l其中：其中：o31aq 可由低通和可由低通和高通串聯(lián)得到高通串聯(lián)得到1111cr a0a2a1a0阻阻帶帶通通帶帶阻阻帶帶通通帶帶oo 1 2 aa0o 2 1通通帶帶阻阻帶帶阻阻帶帶低通截止頻率低通截止頻率2221cr 高通截止頻率高通截止頻率必須滿足必須滿足12 三三. . 有源帶通濾波器有源帶通濾波器uurcr+cfi1o+ura+urr2vv低 通 濾 波 器高 通 濾 波 器uiuo12 可由低通和高通并聯(lián)得到可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足必須滿足12 a0a2a1a0阻阻帶帶通通帶帶阻阻帶帶通通帶帶oo

15、 1 2 aa0o 1 2通通帶帶阻阻帶帶通通帶帶四四. . 有源帶阻濾波器有源帶阻濾波器vv1/2a+1rfrrrrccc2uiuovvu低 通 濾 波 器iu1o高 通 濾 波 器2本章小結(jié)本章小結(jié)1集成運(yùn)放可以構(gòu)成加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)等集成運(yùn)放可以構(gòu)成加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)等多種運(yùn)算電路。在這些電路中，均存在深度負(fù)反饋。因此，運(yùn)放工多種運(yùn)算電路。在這些電路中，均存在深度負(fù)反饋。因此，運(yùn)放工作在線性放大狀態(tài)。這時(shí)可以使用理想運(yùn)放模型對(duì)電路進(jìn)行分析，作在線性放大狀態(tài)。這時(shí)可以使用理想運(yùn)放模型對(duì)電路進(jìn)行分析，“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的概念是電路分析的有力工具。的概念是電路分析的有力工具。2集成模擬乘法器是一種重要的模擬集成電路，在信號(hào)處理和頻集成模擬乘法器是一種重要的模擬集成電路，在信號(hào)處理和頻率變換方面得到了廣泛的應(yīng)用。集成模擬乘法器內(nèi)部電路較為復(fù)雜，率變換方面得到了廣泛的應(yīng)用。集成模擬乘法器內(nèi)部電路較為復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)工藝的要求也較高。熟練掌握這種器件在各種運(yùn)算電路中的對(duì)生產(chǎn)工藝的要求也較高。熟練掌握這種器件在各