模擬信號(hào)與處理電路

1、 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用模擬信號(hào)運(yùn)算電路信號(hào)檢測(cè)處理電路比例運(yùn)算求和運(yùn)算有源濾波器積分、微分運(yùn)算對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電壓比較器測(cè)量放大器器比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路作用：作用：將信號(hào)按比例放大。將信號(hào)按比例放大。類型：類型：同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。方法：方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開環(huán)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)無(wú)關(guān)，與輸入電壓和反饋系放大倍數(shù)無(wú)關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。數(shù)有關(guān)。比例運(yùn)算電路有3種形式：反相輸入、同相輸入和差動(dòng)輸入vs voi1RfR1R2 v+ = 0 v+ =v v =

2、 0（虛短）又 iI = 0 i1 = if（虛斷）fo1sRvRv1fio RRvvR2：平衡電阻。 R2 = R1 / Rf若R1 = Rf vo = vs 此為反相器。iI+ if輸出電阻：輸出電阻：Ro=0; 輸入電阻輸入電阻:Ri=R1 (從輸入和地向里看從輸入和地向里看)平衡電阻的作用：靜態(tài)時(shí)，使輸入級(jí)偏流平衡，并讓輸入級(jí)的偏置電流在運(yùn)放兩個(gè)輸入端的外接電阻上產(chǎn)生相等的壓降1fio RRvvAuf 由上式可知：電路實(shí)現(xiàn)了比例運(yùn)算，其運(yùn)算精度取決于電阻阻值的精度。 由于“虛地”的特點(diǎn)，反相比例運(yùn)算電路中集成運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端電壓均基本上等于零。也就是說，集成運(yùn)放承受的共模輸

3、入電壓很低，因此反相比例運(yùn)算電路選擇運(yùn)放時(shí)對(duì)共模抑制比和最大共模輸入信號(hào)不必提出很高的要求。vsv+voiIRfR1R2if v = v+ = vs由于 if = i11sf1oRvRRvs1fo)1 ( vRRv輸入電阻為：輸入電阻為：Ri 輸出電阻為：輸出電阻為：Ro0但是電路有共模信號(hào)輸入但是電路有共模信號(hào)輸入v-利用虛短和虛斷的結(jié)論：1io1 RRvvAfuf 由上面分析可知：輸出電壓與輸入電壓成比例，且相位相同。R1=,或者Rf=0，則電壓放大倍數(shù)等于1，這時(shí)電路稱為電壓跟隨器。 同相比例電路有輸入電阻高的特點(diǎn)，但輸入共模信號(hào)電壓高，對(duì)集成運(yùn)放的共模抑制比和最大共模輸入信號(hào)要求也高。

4、選用芯片時(shí)要注意。_+ + uiuoiouuuu此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，輸此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。器相同，但是電壓跟隨性能好。三、電壓跟隨器三、電壓跟隨器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：輸出電壓全輸出電壓全部引到反相輸入端，信部引到反相輸入端，信號(hào)從同相端輸入。號(hào)從同相端輸入。電壓電壓跟隨器是跟隨器是同相比例運(yùn)算同相比例運(yùn)算放大器的特例。放大器的特例。_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1 uu112RuuRuuio212RuRuui)(1212iiouuRRu解出

5、：解出：四、差動(dòng)比例運(yùn)算電路（減法電路）四、差動(dòng)比例運(yùn)算電路（減法電路）6.1.2 求和運(yùn)算電路（加減運(yùn)算電路）求和運(yùn)算電路（加減運(yùn)算電路）作用：作用：將若干個(gè)輸入信號(hào)之和或之差按比將若干個(gè)輸入信號(hào)之和或之差按比例放大。例放大。類型：類型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：可用虛短、虛斷的概念來分析，也可可用虛短、虛斷的概念來分析，也可用疊加定理用疊加定理一、反相加法器一、反相加法器R12_+ R2R11ui2uoRPui1實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。以適應(yīng)不同的需要。FPR/R/RR12110uuFiii

6、1211)(21221112iiouRRuRRui12iFi11R12_+ R2R11ui2uoRPui1調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號(hào)的輸入電阻，不影調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號(hào)的輸入電阻，不影響輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。響輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。二、同相加法器二、同相加法器實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。以適應(yīng)不同的需要。22211R/RR/RF-R1RF+ui1uoR21R22ui2此電路如果以此電路如果以 u+ 為輸入為輸入 ，則輸出為：則輸出為：uRRuFo)1 (1-R1RF+ui1uoR

7、21R22ui2)(1 (212111111211121iiFouRRRuRRRRRu注意：注意：同相求和電路的各輸入信號(hào)的放大倍數(shù)互相影響，不能同相求和電路的各輸入信號(hào)的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨(dú)調(diào)整。單獨(dú)調(diào)整。流入運(yùn)放輸入端的電流為流入運(yùn)放輸入端的電流為0（虛開路）虛開路）22221211222122iiuRRRuRRRu-R1RF+ui1uoR21R22ui2R 左圖也是同相求和運(yùn)算左圖也是同相求和運(yùn)算電路，電路，如何求同相輸入如何求同相輸入端的電位？端的電位？提示：提示：1. 虛斷路：流入同相端的虛斷路：流入同相端的電流為電流為0。2. 節(jié)點(diǎn)電位法求節(jié)點(diǎn)電位法求u+。例：例：設(shè)計(jì)一個(gè)加

8、減運(yùn)算電路，設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路， RF=240k ，使使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3解解:(1) 畫電路。畫電路。雙運(yùn)放的加減運(yùn)算電路雙運(yùn)放的加減運(yùn)算電路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R625461213FFR/R/RR,R/R/RR)(221111RuRuRuiiFo53221141253412)()(RuRuRuRRRRuRuRuiiiFFioFo6.5 6.5 電壓比較器電壓比較器 將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一參考電壓參考電壓相比較，輸相比較，輸出一定的高低電平。出一定的高低電平。功能：功能：特性：特性：運(yùn)放組成的電

9、路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系的關(guān)系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。是非線性函數(shù)。1. 1. 運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法2. 2. 運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的分析方法： 若若U+U- 則則UO=+UOM； 若若U+U- 則則UO=-UOM。 虛斷（運(yùn)放輸入端電流虛斷（運(yùn)放輸入端電流=0） 注意：此時(shí)不能用虛短！注意：此時(shí)不能用虛短！uoui0+UOM-UOM+uoui一、一、 過零比較器過

10、零比較器: （門限電平（門限電平=0）+uouiuoui0+UOM-UOM2.12.1單門限電壓比較器單門限電壓比較器+uouituituo+Uom-Uom例題：利用電壓比例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)檩^器將正弦波變?yōu)榉讲ā７讲?。二、二?單門限比較器（與參考電壓比較）單門限比較器（與參考電壓比較）+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓為參考電壓當(dāng)當(dāng)ui UREF時(shí)時(shí) , uo = +Uom當(dāng)當(dāng)ui UREF時(shí)時(shí) , uo = -Uom 運(yùn)放處于運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)開環(huán)狀態(tài)+uouiUREFuoui0+Uom-UomUREF當(dāng)當(dāng)ui UREF時(shí)時(shí) , uo = -

11、Uom 若若ui從反相端輸入從反相端輸入+uiuoui0+UZ-UZ用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓uo UZuoui0+UOM-UOM+uoui忽略了忽略了UD三、三、 限幅電路限幅電路使輸出電壓穩(wěn)定使輸出電壓穩(wěn)定穩(wěn)幅電路的另一種形式：穩(wěn)幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上+uiuo UZR R_uoui0+UZ-UZR =R2.2 遲滯比較器遲滯比較器(滯回比較器滯回比較器)一、遲滯比較器一、遲滯比較器特點(diǎn)特點(diǎn):電路中使用正反饋。電路中使用正反饋。1、因?yàn)橛姓答仯暂?、因?yàn)橛姓答?，所以輸出飽和。出飽和?、當(dāng)、當(dāng)uo正飽和時(shí)正飽和時(shí)(u

12、o =+UOM) ：+om211+UURRRUT T 3、當(dāng)、當(dāng)uo負(fù)飽和時(shí)負(fù)飽和時(shí)(uo =-UOM) ：-om211+UURRRUT T +uoRR2R1uiU+uoRR2R1uiU+遲滯比較器遲滯比較器uoui0+Uom-UomUT+UT-設(shè)設(shè)ui , 當(dāng)當(dāng)ui = UT+, uo從從+UOM -UOM傳輸特性傳輸特性u(píng)oui0+Uom-UomUT+UT-UT+上門限電壓上門限電壓UT-下門限電壓下門限電壓UT+- UT-稱為回差稱為回差om211URRR +UT Tom211URRR -UT TtuiUT+UT-tuoUom-Uom例例:設(shè)輸入為正弦波設(shè)輸入為正弦波, 畫出輸出的波形。

13、畫出輸出的波形。+uoRR2R1uiU+REFZURRRURRRU212211TREFZURRRURRRU212211T加上參考電壓后的遲滯比較器：加上參考電壓后的遲滯比較器：上下限：上下限：uoui0UT-UT+傳輸特性傳輸特性+UZ-UZ例題：例題：R1=10k ，R2=10k ，UZ=6V， UR=10V。當(dāng)。當(dāng)輸入輸入ui為如圖所示的波形時(shí)，畫為如圖所示的波形時(shí)，畫 出輸出出輸出uo的波形。的波形。上下限：上下限：V8212211TRZURRRURRRUV3212211TRZURRRURRRU3V8Vuiuo+UZ-UZ2.3 2.3 窗口比較器窗口比較器 窗口比較器的電路如圖所示。電路由兩個(gè)幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成。設(shè)R1 =R2，則有：DLHDCC212DCCL2=)2(21)2(=VVVVVRRRVVV 圖窗口比較器 窗口比較器的電壓傳 輸特性如下頁(yè) 圖 所示。 當(dāng)vIVH時(shí)，vO1為高電平，D3導(dǎo)通；vO2為低電