第8章_模擬信號(hào)的運(yùn)算和處理

1、 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.1 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路8.4* 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 8.2* 模擬乘法器及其應(yīng)用模擬乘法器及其應(yīng)用8.3* 電壓比較器電壓比較器 8.5 有源濾波器有源濾波器 8.7* 積分運(yùn)算電路的仿真研究積分運(yùn)算電路的仿真研究 8.6* 開(kāi)關(guān)電容濾波器開(kāi)關(guān)電容濾波器第第8章章 模擬信號(hào)的運(yùn)算和處理模擬信號(hào)的運(yùn)算和處理 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 1. 1.理解集成運(yùn)放的虛短和虛斷的概念。理解集成運(yùn)放的虛短和虛斷的概念。 2.2.重點(diǎn)掌握應(yīng)用虛短和虛斷的概念分析比例、加減、

2、積分重點(diǎn)掌握應(yīng)用虛短和虛斷的概念分析比例、加減、積分基本運(yùn)算電路的工作原理和輸入、輸出關(guān)系。了解微分、指數(shù)基本運(yùn)算電路的工作原理和輸入、輸出關(guān)系。了解微分、指數(shù)和對(duì)數(shù)運(yùn)算電路的分析方法。和對(duì)數(shù)運(yùn)算電路的分析方法。 3.3.了解模擬乘法器的概念、電路組成與工作原理，理解模了解模擬乘法器的概念、電路組成與工作原理，理解模擬乘法器在運(yùn)算電路的應(yīng)用。擬乘法器在運(yùn)算電路的應(yīng)用。 4.4.理解典型電壓比較器（單門限比較器、遲滯比較器）的理解典型電壓比較器（單門限比較器、遲滯比較器）的電路組成、工作原理和性能特點(diǎn)。了解集成電壓比較器的特點(diǎn)。電路組成、工作原理和性能特點(diǎn)。了解集成電壓比較器的特點(diǎn)。 5.5.了

3、解信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。了解信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。 6.6.了解典型有源濾波器的組成和特點(diǎn)。了解有源濾波器的了解典型有源濾波器的組成和特點(diǎn)。了解有源濾波器的分析方法。分析方法。本章學(xué)習(xí)目的和要求本章學(xué)習(xí)目的和要求 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.1.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路8.1.2 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路8.1.3 積分運(yùn)算與微分運(yùn)算電路積分運(yùn)算與微分運(yùn)算電路8.1.4 對(duì)數(shù)運(yùn)算與反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算與反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路 集成運(yùn)算放大器作為一種通用器件，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)各集成運(yùn)算放大器作為一種通用器件，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種模擬信號(hào)的運(yùn)算與處理，如對(duì)模擬信號(hào)的放大、比較

4、、種模擬信號(hào)的運(yùn)算與處理，如對(duì)模擬信號(hào)的放大、比較、調(diào)制、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換等方面有著非常廣調(diào)制、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換等方面有著非常廣泛的應(yīng)用。因此，集成運(yùn)放電路的分析和應(yīng)用是模擬電子泛的應(yīng)用。因此，集成運(yùn)放電路的分析和應(yīng)用是模擬電子技術(shù)的最重要的內(nèi)容之一。技術(shù)的最重要的內(nèi)容之一。8.1 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.1.1 8.1.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 運(yùn)算放大電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的比例、加法、減法、積運(yùn)算放大電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的比例、加法、減法、積分、微分等數(shù)學(xué)運(yùn)算。在各種運(yùn)算電路中，要求輸出和

5、輸分、微分等數(shù)學(xué)運(yùn)算。在各種運(yùn)算電路中，要求輸出和輸入的模擬信號(hào)之間實(shí)現(xiàn)一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算關(guān)系，因此，運(yùn)算入的模擬信號(hào)之間實(shí)現(xiàn)一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算關(guān)系，因此，運(yùn)算電路中的集成運(yùn)放必須工作在線性區(qū)（電路中的集成運(yùn)放必須工作在線性區(qū)（ ）。在）。在進(jìn)行定量分析時(shí)，始終將理想運(yùn)放工作在線性區(qū)域時(shí)的兩進(jìn)行定量分析時(shí)，始終將理想運(yùn)放工作在線性區(qū)域時(shí)的兩個(gè)特點(diǎn)，即個(gè)特點(diǎn)，即“虛短虛短” 和和“虛斷虛斷” 作為作為基本的出發(fā)點(diǎn)。基本的出發(fā)點(diǎn)。NPvOOvvAvNPvv)0(NPii 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院u 研究的問(wèn)題 （1）運(yùn)算電路：運(yùn)算電路的輸出電壓是輸入電壓某種

6、）運(yùn)算電路：運(yùn)算電路的輸出電壓是輸入電壓某種運(yùn)算的結(jié)果，如加、減、乘、除、乘方、開(kāi)方、積分、微運(yùn)算的結(jié)果，如加、減、乘、除、乘方、開(kāi)方、積分、微分、對(duì)數(shù)、指數(shù)等。分、對(duì)數(shù)、指數(shù)等。 （2）描述方法：線性運(yùn)算關(guān)系式）描述方法：線性運(yùn)算關(guān)系式 vOf (vI) （3）分析方法：）分析方法：“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”是基本出發(fā)點(diǎn)。是基本出發(fā)點(diǎn)。（1）識(shí)別電路；）識(shí)別電路；（2）掌握輸出電壓和輸入電壓運(yùn)算關(guān)系式的求解方法。）掌握輸出電壓和輸入電壓運(yùn)算關(guān)系式的求解方法。u 學(xué)習(xí)運(yùn)算電路的基本要求8.1.1 8.1.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電

7、子電氣工程學(xué)院1. 1. 反相運(yùn)算電路反相運(yùn)算電路(1). (1). 電路的組成電路的組成圖圖8.1.18.1.1反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路 電路引入了哪種組態(tài)的負(fù)反饋？電路引入了哪種組態(tài)的負(fù)反饋？+ +- -電壓并聯(lián)負(fù)反饋 2) R2？為什么？為什么？fRRR/12保證輸入級(jí)的對(duì)稱性保證輸入級(jí)的對(duì)稱性0PNvv虛地虛地8.1.1 8.1.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院(2). (2). 幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算1. 1. 反相運(yùn)算電路反相運(yùn)算電路1) 1) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)由由“虛斷虛斷

8、”，0NPii，得，得 fRii1foNNiRvvRvv1由由“虛短虛短”，PNvv，得，得foiRvRv0011RRvvAfiov圖圖8.1.18.1.1反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路 iRoR2) 輸入電阻輸入電阻 和和 輸出電阻輸出電阻1RRi0oR，8.1.1 8.1.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院(3)(3)反相比例運(yùn)算電路的特點(diǎn)反相比例運(yùn)算電路的特點(diǎn) 1) 1)在理想情況下，反相輸入端的電位等于在理想情況下，反相輸入端的電位等于0 0，稱為，稱為“虛地虛地”。因此加在集成運(yùn)放的共模輸入信號(hào)很小。因此加在集成運(yùn)

9、放的共模輸入信號(hào)很小。1RRAfvfR1R2)2)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) ，決定于電阻，決定于電阻 與與 的之比，的之比，與集成運(yùn)放內(nèi)部參數(shù)無(wú)關(guān)。與集成運(yùn)放內(nèi)部參數(shù)無(wú)關(guān)。 3) 3) 電路在深度負(fù)反饋條件下，電路的輸入電阻為電路在深度負(fù)反饋條件下，電路的輸入電阻為, ,輸出電阻近似為輸出電阻近似為0 0。1R8.1.1 8.1.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院例例 8.1.2 8.1.2 將圖將圖8.1.18.1.1反相比例運(yùn)算電路中的反相比例運(yùn)算電路中的RfRf用電用電阻阻R2R3R4R2R3R4構(gòu)成的構(gòu)成的T T型網(wǎng)絡(luò)

10、代替，如圖所示型網(wǎng)絡(luò)代替，如圖所示 求電路的電壓增益求電路的電壓增益 ；vAkR511kRR39032iovv1004R 該電路作為話筒的前置放大電路，若選該電路作為話筒的前置放大電路，若選 ,，當(dāng)，當(dāng) ,計(jì)算計(jì)算 的值；的值；fRkR511iovv100fR 直接用直接用 代替代替T T型網(wǎng)絡(luò)的型網(wǎng)絡(luò)的 電阻時(shí)，當(dāng)電阻時(shí)，當(dāng) , , 時(shí)時(shí), ,求求 的值。的值。 圖圖8.1.2 8.1.2 例例 8.1.28.1.2電路電路8.1.1 8.1.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院解解: :(1)(1) 圖圖8.1.2 例例 8

11、.1.2電路電路由虛斷由虛斷 ，得，得0pnii節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)N N的電流方程為的電流方程為: :21ii 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)M M的電流方程為的電流方程為: :423iii由虛地由虛地 ，則，則0Nv 2100RvRvMi42300RvRvRvvMMoM解上述方程組得該電路的閉環(huán)增益為解上述方程組得該電路的閉環(huán)增益為: :134242RRRRRRvvAiovf當(dāng)用當(dāng)用R Rf f代替代替T T型網(wǎng)絡(luò)的電阻時(shí)，有型網(wǎng)絡(luò)的電阻時(shí)，有 1001RRvvAfiovfkRRf510010018.1.1 8.1.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2.

12、2. 同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路圖圖8.1.3 8.1.3 同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路(1). (1). 電路的組成電路的組成(2) (2) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)虛斷 0NPii虛短 PNvvofNPivRRRvvv1111RRvvAfiovf1(3). (3). 電壓跟隨器電壓跟隨器圖圖8.1.4 8.1.4 電壓跟隨器電壓跟隨器1iovvvA利用“虛短”和“虛斷” ，得iPNovvvv8.1.1 8.1.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院例例8.1.38.1.3 圖圖8.1.5 8.1.5 所示為直流電壓表

13、電路，磁電式電流所示為直流電壓表電路，磁電式電流表指針偏移滿刻度時(shí)，流過(guò)動(dòng)圈電流表指針偏移滿刻度時(shí)，流過(guò)動(dòng)圈電流 。 AIM100 MR21?maxSV當(dāng)當(dāng) 時(shí)，可測(cè)的最大輸入電壓時(shí)，可測(cè)的最大輸入電壓圖圖8.1.5 8.1.5 例例8.1.18.1.1電路電路解：解： 利用虛短和虛斷利用虛短和虛斷的概念有的概念有 NSPVVV0iI111RVRVIISNMVARIVMS20010210100661max8.1.1 8.1.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.1.2 8.1.2 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路 實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入信號(hào)按各

14、自不同比例求和或求差的電路實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入信號(hào)按各自不同比例求和或求差的電路統(tǒng)稱為加減運(yùn)算電路。該電路是模擬計(jì)算機(jī)的基本單元，統(tǒng)稱為加減運(yùn)算電路。該電路是模擬計(jì)算機(jī)的基本單元，且在測(cè)量和控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到。若所有輸入信號(hào)都加在且在測(cè)量和控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到。若所有輸入信號(hào)都加在運(yùn)放的同一個(gè)輸入端，則實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算；反之，若在多個(gè)運(yùn)放的同一個(gè)輸入端，則實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算；反之，若在多個(gè)輸入信號(hào)中，有一部分加在同相輸入端，另一部分加在反輸入信號(hào)中，有一部分加在同相輸入端，另一部分加在反相輸入端，則實(shí)現(xiàn)加減混合運(yùn)算。相輸入端，則實(shí)現(xiàn)加減混合運(yùn)算。 1. 1.加法電路加法電路 加法運(yùn)算電路能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)模擬量的求和運(yùn)

15、算。集成加法運(yùn)算電路能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)模擬量的求和運(yùn)算。集成運(yùn)放可與電阻構(gòu)成求和電路，它有反相輸入和同相輸入兩運(yùn)放可與電阻構(gòu)成求和電路，它有反相輸入和同相輸入兩種接法。種接法。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院反相加法運(yùn)算電路反相加法運(yùn)算電路虛斷虛斷 0PNii節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)N的電流方程的電流方程: 321iiifiiii虛地虛地0PNvv即即: 332211iNiiNiiNifONRvvRvvRvvRvv)(332211iiiiiifORvRvRvRv對(duì)上式整理得：對(duì)上式整理得：在在RRRRiii321 的情況下，可得的情況下，可得)(321iiifOvvvRRv

16、8.1.2 8.1.2 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院(2) (2) 同相加法運(yùn)算電路同相加法運(yùn)算電路與同相比例電路進(jìn)行比較可知與同相比例電路進(jìn)行比較可知 ) 1 (11PfOvRRv根據(jù)根據(jù)“虛斷虛斷”和和“虛短虛短”的原則的原則 021ii02211RvvRvvPiPi整理得整理得) 2()/(221121RvRvRRviiP2211211)/(1RvRvRRRRviifOfRRRR/212211RvRvRviifO代入（代入（1）式）式若若 fRRRR2121iiOvvv則有則有 8.1.2 8.1.2 加減運(yùn)算電路加減

17、運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2. 2. 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路圖圖8.1.8 8.1.8 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路圖圖8.1.9 8.1.9 加減運(yùn)算電路的分析加減運(yùn)算電路的分析利用疊加原理利用疊加原理 輸出電壓為輸出電壓為 ，則，則令令 043iivv1Ov)(22111iiiifORvRvRv令令 021iivv輸出電壓為輸出電壓為 ，則，則2Ov)(44332RvRvRviifO)(2211443321RvRvRvRvRvvviiiifooo8.1.2 8.1.2 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰

18、師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院例例8.1.58.1.5 電路如圖電路如圖8.1.108.1.10所示。所示。 (1) (1) 寫出寫出v vo o與與v vi1i1、v vi2i2的運(yùn)算關(guān)系式；的運(yùn)算關(guān)系式；(2) (2) 當(dāng)當(dāng)R RW W的滑動(dòng)端在最上端時(shí)，若的滑動(dòng)端在最上端時(shí)，若v vi1i1=10mV=10mV，v vi2i2=20mV=20mV，則，則v vo o= =？(3) (3) 若若v v0 0的最大值為的最大值為 V V，輸入電壓的最大值，輸入電壓的最大值v vi1max=10mV=10mV， v vi2max=20mV=20mV，它們的最小值均為，它們的最小值均為0 0，則

19、為了保證集成運(yùn)放工，則為了保證集成運(yùn)放工 作在線性區(qū)，作在線性區(qū)，R2R2的最大值為多少？的最大值為多少？14圖圖8.1.10 8.1.10 例例8.1.58.1.5電路電路8.1.2 8.1.2 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院解：解： 圖圖8.1.10 8.1.10 例例8.1.58.1.5電路電路(1) 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)N、P 電流方程電流方程foNNiRvRRRvRvv2111fPPiRvRvv2pNvv)(1 (101212iiovvRRv(2) 當(dāng)當(dāng) 得得mV1012iivv100mVov(3) 根據(jù)題目所給參數(shù)根據(jù)題目所給

20、參數(shù) ，R1為最小值時(shí)，為最小值時(shí)， 可以保證運(yùn)放工作在線性區(qū)，輸出電壓應(yīng)為可以保證運(yùn)放工作在線性區(qū)，輸出電壓應(yīng)為+14VmVvvii20)(max12VRvvRRvwo14201010)(10min11112min1kRRRw86. 9min1max2則則8.1.2 8.1.2 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.1.3 8.1.3 積分運(yùn)算與微分運(yùn)算電路積分運(yùn)算與微分運(yùn)算電路1 1 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 圖圖 8.1.4 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 dtdvCdtvvdCdtdvCiOONCC)(假設(shè)電容器初始電壓假設(shè)電容

21、器初始電壓 ，有，有 00 CvdtiCvCO1dtRvvCdtiCNIR110PNvvCRiidtvRCI1輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的積分呈正比的關(guān)系，負(fù)號(hào)表示它們?cè)谳敵鲂盘?hào)與輸入信號(hào)的積分呈正比的關(guān)系，負(fù)號(hào)表示它們?cè)谙辔簧鲜窍喾吹?。相位上是相反的?退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2. 2. 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路圖圖 8.1.5 8.1.5 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路虛斷 0PNiidtdvCiiICR假設(shè)電容器初始電壓假設(shè)電容器初始電壓 ，有，有 00 CvdtdvRCRivIRO虛短虛短0PNvv圖圖 8.1.6 8.1.6 波形變換示意圖波形變換示

22、意圖 tVvmIsintRCvOcos8.1.3 8.1.3 積分運(yùn)算與微分運(yùn)算電路積分運(yùn)算與微分運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.1.4 8.1.4 對(duì)數(shù)運(yùn)算與反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算與反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路1. 1.對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路圖圖 8.1.7對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路二極管的基本公式可知二極管的基本公式可知 1/TDVvSDeIiTDVv 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，有時(shí)，有 則則 TDVvSDeIi/SDTDIiVvln依據(jù)虛斷，得依據(jù)虛斷，得RviiIRD虛地，得虛地，得 ODvvSITORIvVvln 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范

23、學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2. 2. 反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路圖圖 8.1.5 8.1.5 反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路TIVvSIROIRiRiv/Re根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的特點(diǎn)的特點(diǎn) 即輸出電壓和輸入電壓成反對(duì)數(shù)關(guān)系，或者說(shuō)，輸出電即輸出電壓和輸入電壓成反對(duì)數(shù)關(guān)系，或者說(shuō)，輸出電壓和輸入電壓成指數(shù)關(guān)系。因此，反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路又稱壓和輸入電壓成指數(shù)關(guān)系。因此，反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路又稱為指數(shù)運(yùn)算電路。為指數(shù)運(yùn)算電路。8.1.4 8.1.4 對(duì)數(shù)運(yùn)算與反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算與反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.2* 模擬乘法器及

24、其應(yīng)用模擬乘法器及其應(yīng)用 1. 1.模擬乘法器的符號(hào)和等效電路模擬乘法器的符號(hào)和等效電路圖圖8.2.1 8.2.1 模擬乘法器符號(hào)及其等效電路模擬乘法器符號(hào)及其等效電路 k為乘法器的增益系數(shù)（或相乘因子），其值可正可負(fù)，為乘法器的增益系數(shù)（或相乘因子），其值可正可負(fù)，單位為單位為 。在理想情況下，有在理想情況下，有1V。 yxRR0OR， ， ; k為常數(shù)，不隨信號(hào)幅值、信號(hào)頻率而變化。為常數(shù)，不隨信號(hào)幅值、信號(hào)頻率而變化。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 。電路的失調(diào)電壓、電流和噪聲均為零。電路的失調(diào)電壓、電流和噪聲均為零。0yxvv0ovyxovkvv 8.2.18.2.1模擬乘法器簡(jiǎn)介模擬乘法器簡(jiǎn)介 退

25、出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2. 2. 模擬乘法器的分類模擬乘法器的分類圖圖8.2.2 8.2.2 模擬乘法器的四個(gè)工作象限模擬乘法器的四個(gè)工作象限根據(jù)輸入電壓不同極性的限制，模擬乘法器有單象限（兩根據(jù)輸入電壓不同極性的限制，模擬乘法器有單象限（兩個(gè)輸入電壓均為單極性）、二象限（即一個(gè)輸入電壓為單個(gè)輸入電壓均為單極性）、二象限（即一個(gè)輸入電壓為單極性，另一個(gè)輸入電壓可正可負(fù)）和四象限（兩個(gè)輸入電極性，另一個(gè)輸入電壓可正可負(fù)）和四象限（兩個(gè)輸入電壓可正可負(fù)，或正負(fù)交替）之分。壓可正可負(fù)，或正負(fù)交替）之分。8.2.18.2.1模擬乘法器簡(jiǎn)介模擬乘法器簡(jiǎn)介

26、退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.2.2 8.2.2 變跨導(dǎo)型模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)型模擬乘法器的工作原理圖圖8.2.3 8.2.3 差分放大電路差分放大電路 ebebBBebCmrriivigEQTbbebIVrr1一般情況下一般情況下 ， 很小，則可忽很小，則可忽略略 ，得，得1TEQmVIgEEEQI21ITEEmVIg2ebxvv 222XmebmxmCvgvgvgixTCEExCmOvVRIvRgv2EQI其中其中bbr 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖8.2.4 8.2.4 變跨導(dǎo)二象限乘法器

27、變跨導(dǎo)二象限乘法器電路中電路中 管集電極電流管集電極電流3TebeyEECRvvIi33 若若 , ,則則 3beyvv eyEERvI得yxyxeTCovkvvvRVRv2圖圖8.2.5 8.2.5 雙平衡式四象限乘法器雙平衡式四象限乘法器的極性可正可負(fù)的極性可正可負(fù) ，而，而 必須大于零必須大于零 xvyv該電路稱為二象限模變跨導(dǎo)式該電路稱為二象限模變跨導(dǎo)式模擬乘法器模擬乘法器 。為了使兩輸入電壓為了使兩輸入電壓 和和 均能在均能在任意極性下正常工作，可采用如圖任意極性下正常工作，可采用如圖的雙平衡式四象限乘法器的雙平衡式四象限乘法器 xvyv8.2.2 8.2.2 變跨導(dǎo)型模擬乘法器的工

28、作原理變跨導(dǎo)型模擬乘法器的工作原理 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.2.3 8.2.3 模擬乘法器在運(yùn)算電路中的應(yīng)用模擬乘法器在運(yùn)算電路中的應(yīng)用1. 1. 乘方運(yùn)算電路乘方運(yùn)算電路圖圖8.2.6 8.2.6 乘方運(yùn)算電路乘方運(yùn)算電路2iOKvv 從理論上講，當(dāng)多個(gè)模擬乘法器串聯(lián)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)從理論上講，當(dāng)多個(gè)模擬乘法器串聯(lián)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn) 的任意次方運(yùn)算的任意次方運(yùn)算 ivninOnvKv1 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院則的極性必須與相反則的極性必須與相反2. 2. 除法運(yùn)算電路除法運(yùn)算電路圖圖8.2.7 8.2

29、.7 除法運(yùn)算電路除法運(yùn)算電路模擬乘法器的輸出電壓 OIOvkvv2虛地：虛地：0PNvv虛斷：虛斷： 21ii 211RvRvOI即：即： 112IOvRRv2112IIOvvkRRv（1 1）（2 2）由（由（1 1）、（）、（2 2）得：）得：1IvOv1Iv只有當(dāng)為正極性時(shí)，才能保證則的極性必須與相只有當(dāng)為正極性時(shí)，才能保證則的極性必須與相反，運(yùn)放處于負(fù)反饋工作狀態(tài)。反，運(yùn)放處于負(fù)反饋工作狀態(tài)。2IvOvOv8.2.3 8.2.3 模擬乘法器在運(yùn)算電路中的應(yīng)用模擬乘法器在運(yùn)算電路中的應(yīng)用 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院3.3.開(kāi)方運(yùn)算電路開(kāi)方運(yùn)

30、算電路0PNvv21ii 12RvRvIO212OIOkvRvRv則：則：由于由于 作用于集成運(yùn)放的反相輸入端，則作用于集成運(yùn)放的反相輸入端，則 IvIOvkRRv12)0( k若，則若，則 0IvIOvkRRv12)0( k模擬乘法器選定后，電路只能對(duì)一種極性的實(shí)現(xiàn)開(kāi)方運(yùn)算。模擬乘法器選定后，電路只能對(duì)一種極性的實(shí)現(xiàn)開(kāi)方運(yùn)算。Iv0Iv若，則若，則圖圖8.2.8 開(kāi)方運(yùn)算電路開(kāi)方運(yùn)算電路8.2.3 8.2.3 模擬乘法器在運(yùn)算電路中的應(yīng)用模擬乘法器在運(yùn)算電路中的應(yīng)用 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.3* 電壓比較器電壓比較器8.3.1 單限比較器單

31、限比較器8.3.2 滯回比較器滯回比較器 8.3.3 集成電壓比較器集成電壓比較器1. 電壓比較器的功能：電壓比較器的功能：比較電壓的大小。比較電壓的大小。輸入電壓是模擬信號(hào)；輸出電壓表示比較的結(jié)果，只有高電平和低電平輸入電壓是模擬信號(hào)；輸出電壓表示比較的結(jié)果，只有高電平和低電平兩種情況，為二值信號(hào)。使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓。廣兩種情況，為二值信號(hào)。使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓。廣泛用于各種報(bào)警電路。泛用于各種報(bào)警電路。. 電壓比較器的描述方法電壓比較器的描述方法 :電壓傳輸特性電壓傳輸特性 Of(I)電壓傳輸特性的三個(gè)要素：電壓傳輸特性的三個(gè)要素：（1）輸出高電平）輸出高

32、電平OH和輸出低電平和輸出低電平OL；（2）閾值電壓）閾值電壓UT；（3）輸入電壓）輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓躍變的方向。躍變的方向。電路特征：電路特征：集成運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)或僅引入正反饋。集成運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)或僅引入正反饋。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.3.18.3.1單限比較器單限比較器當(dāng)時(shí)， REFIVv OHOVv 當(dāng)時(shí)， REFIVv OLOVv 圖圖 8.3.1 8.3.1 單限比較器及其傳輸特性曲線單限比較器及其傳輸特性曲線輸入電壓逐漸增大或減小的過(guò)程中，當(dāng)通過(guò)輸入電壓逐漸增大或減小的過(guò)程中，當(dāng)通過(guò)，輸出電，輸出電壓就

33、產(chǎn)生躍變，該電路壓就產(chǎn)生躍變，該電路只有一個(gè)閾值電壓只有一個(gè)閾值電壓。當(dāng)閾值電壓時(shí)，這樣的單限比較器稱為當(dāng)閾值電壓時(shí)，這樣的單限比較器稱為過(guò)零比較器。過(guò)零比較器。 0REFTVV 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.3.28.3.2滯回比較器滯回比較器 圖圖 8.3.2 8.3.2 滯回比較器及其傳輸特性曲線滯回比較器及其傳輸特性曲線正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)0NPiiINvv Fii 2即即FOPPREFRvvRvv2整理得：整理得：OFREFFFPvRRRvRRRv222當(dāng)當(dāng) 時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入電壓即閾值電壓：時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入電壓即閾值電壓：NPOFREFFFT

34、vRRRvRRRV222 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院OFREFFFTvRRRvRRRV222當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) ，zOVv當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， zOVv閾值電壓閾值電壓 ZFREFFFTVRRRvRRRV2221ZFREFFFTVRRRvRRRV2222門限寬度或回差門限寬度或回差 zFTTTVRRRVVV22212滯回比較器輸出電壓滯回比較器輸出電壓 有兩種可能，有兩種可能， 和和 。， OvzVzV可以將滯回比較器視為兩個(gè)不同的單限比較器的組合?？梢詫乇容^器視為兩個(gè)不同的單限比較器的組合。 8.3.28.3.2滯回比較器滯回比較器 退出淮陰師范學(xué)院物理與

35、電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院例例8.3.18.3.1 試分別求解圖試分別求解圖8.3.38.3.3所示電路的電壓傳輸特性。所示電路的電壓傳輸特性。 圖圖 8.3.3 8.3.3 例例8.3.18.3.1電路電路8.3.28.3.2滯回比較器滯回比較器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院解解：（：（a）電路為單限比較器，由穩(wěn)壓管的限幅作用可知：電路為單限比較器，由穩(wěn)壓管的限幅作用可知： VVvZO6當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) ， ， 發(fā)生跳變，所以發(fā)生跳變，所以 VvI20PNvvOvVVT2電壓傳輸特性曲線電壓傳輸特性曲線8.3.28.3.2滯回比較

36、器滯回比較器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院（b）電路為過(guò)零比較器，由于二極管的導(dǎo)通壓降電路為過(guò)零比較器，由于二極管的導(dǎo)通壓降 ，所以，所以VVD7 . 0VVVDOL7 . 0由穩(wěn)壓管的限幅作用由穩(wěn)壓管的限幅作用 ，則，則 VVVZOH80TV電壓傳輸特性曲線電壓傳輸特性曲線8.3.28.3.2滯回比較器滯回比較器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院（c）電路為反相輸入的滯回比較器，由于穩(wěn)壓管的限幅作用，電路為反相輸入的滯回比較器，由于穩(wěn)壓管的限幅作用， VVvZO6令令I(lǐng)NREFOREFOPvvvvvRRRvR

37、RRv2212211因此因此 ，代入求解得代入求解得 2REFOTvvVVVT5 . 11VVT5 . 42電壓傳輸特性曲線電壓傳輸特性曲線8.3.28.3.2滯回比較器滯回比較器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院電路為同相輸入的滯回比較器，由于穩(wěn)壓管的限幅作用，電路為同相輸入的滯回比較器，由于穩(wěn)壓管的限幅作用， VVvZO6令：令：VvvRRRvRRRvNOIP3211212解出解出 ，此，此 即即 IvIvTVOITvRRRRRvV212213解得：解得： VVT5 . 11VVT5 . 72電壓傳輸特性曲線電壓傳輸特性曲線8.3.28.3.2滯回比

38、較器滯回比較器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， NPvv OHOVv當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，NPvv OLOVv當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，NPvv TIVv 分析比較器時(shí)：分析比較器時(shí)：輸出在輸出在 和和 之間轉(zhuǎn)換之間轉(zhuǎn)換 ，此時(shí)，此時(shí) OHVOLV因此，求解閾值電壓時(shí)，不但可以用虛斷因此，求解閾值電壓時(shí)，不但可以用虛斷 ，而且可用虛短而且可用虛短 。 0NPiiNPvv 8.3.28.3.2滯回比較器滯回比較器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.3.3 8.3.3 集成電壓比較器集成電壓比較器特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 無(wú)需限

39、幅電路，根據(jù)所需輸出高、低電平確定電源電壓；無(wú)需限幅電路，根據(jù)所需輸出高、低電平確定電源電壓；2. 可直接驅(qū)動(dòng)集成數(shù)字電路；可直接驅(qū)動(dòng)集成數(shù)字電路；3. 應(yīng)用靈活，可具有選通端；應(yīng)用靈活，可具有選通端；4. 響應(yīng)速度快；響應(yīng)速度快；5. 電源電壓升高，工作電流增大，工作速度加快。電源電壓升高，工作電流增大，工作速度加快。圖圖8.3.5 8.3.5 集成電壓比較器集成電壓比較器AD790AD790的基本接法的基本接法 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.4*信號(hào)轉(zhuǎn)換電路信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8.4.18.4.1電壓電壓- -電流轉(zhuǎn)換電路電流轉(zhuǎn)換電路8.4.2 8.4

40、.2 電流電流- -電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路 8.4.3 8.4.3 精密整流電路精密整流電路 常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路有常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路有電壓電壓- -電流（電流（V/IV/I）轉(zhuǎn)換電路）轉(zhuǎn)換電路、電電流流- -電壓轉(zhuǎn)換電路（電壓轉(zhuǎn)換電路（I/VI/V）、電壓電壓- -頻率（頻率（V/FV/F）轉(zhuǎn)換電路）轉(zhuǎn)換電路、頻頻率率- -電壓電壓(F/V)(F/V)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路等。等。 在控制系統(tǒng)中，為了驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，常需要將電壓轉(zhuǎn)換在控制系統(tǒng)中，為了驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，常需要將電壓轉(zhuǎn)換成電流；而在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，為了數(shù)字化顯示，又常將電流轉(zhuǎn)成電流；而在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，為了數(shù)字化顯示，又常將電流轉(zhuǎn)換成電壓，再接數(shù)字

41、電壓表。在放大電路中引人合適的反饋，換成電壓，再接數(shù)字電壓表。在放大電路中引人合適的反饋，就可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換。就可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.4.1 8.4.1 電壓電壓- -電流轉(zhuǎn)換電路電流轉(zhuǎn)換電路8.4.1 8.4.1 電壓電壓- -電流轉(zhuǎn)換電路電流轉(zhuǎn)換電路0NPii0NvRviiIRL同相求和運(yùn)同相求和運(yùn)算電路算電路 電壓跟隨器電壓跟隨器 RRRRR4321 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2211121224334341215 . 05 . 0POPPOPIPIPvvvvRRvvvvR

42、RRvRRRvIPOvvv21則 IPOOORvvvRiv210OIORvi 8.4.1 8.4.1 電壓電壓- -電流轉(zhuǎn)換電路電流轉(zhuǎn)換電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院例例8.4.18.4.1 圖是運(yùn)放和三極管構(gòu)成的電流輸出放大器，圖是運(yùn)放和三極管構(gòu)成的電流輸出放大器，求輸出電流表達(dá)式。求輸出電流表達(dá)式。 圖圖8.4.2 8.4.2 例例8.4.18.4.1的電路圖的電路圖如果忽略運(yùn)放反相端的電如果忽略運(yùn)放反相端的電流和場(chǎng)效應(yīng)管流和場(chǎng)效應(yīng)管T1的柵極電的柵極電流流 利用虛短的概念得：利用虛短的概念得： QiQLRvii解：解：8.4.1 8.4.1

43、 電壓電壓- -電流轉(zhuǎn)換電路電流轉(zhuǎn)換電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院例例8.4.28.4.2 圖圖8.4.38.4.3是一個(gè)光電池放大與測(cè)量電路，求輸出電是一個(gè)光電池放大與測(cè)量電路，求輸出電流表達(dá)式。流表達(dá)式。圖圖8.4.3 8.4.3 例例8.4.28.4.2的電路圖的電路圖解：解： 運(yùn)放運(yùn)放 構(gòu)成光電流電壓變換器，輸出電壓為構(gòu)成光電流電壓變換器，輸出電壓為 , ,運(yùn)放運(yùn)放構(gòu)成電壓構(gòu)成電壓- -電流變換器，輸出電流為電流變換器，輸出電流為 1A1RIin21RRIIinO8.4.1 8.4.1 電壓電壓- -電流轉(zhuǎn)換電路電流轉(zhuǎn)換電路 退出淮陰師范

44、學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.4.2 8.4.2 電流電流- -電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路圖圖8.4.4 8.4.4 電流電流- -電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路理想運(yùn)放條件下，由理想運(yùn)放條件下，由“虛斷虛斷”、“虛短虛短”的概念，有的概念，有 SFii 0PNvvfSORiv 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.4.3 8.4.3 精密整流電路精密整流電路 將交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電壓，稱為整流。精密整流電路的功能是將微弱的交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電壓。 圖圖8.4.5 8.4.5 整流電路的波形整流電路的波形圖圖8.4.6

45、 8.4.6 一般半波整流電路一般半波整流電路為什么一般的整流電路不能作為精密的信號(hào)處理電路？為什么一般的整流電路不能作為精密的信號(hào)處理電路？輸出電壓也只反映 大于大于 的那部分電壓的大小。的那部分電壓的大小。 IvthV半波整流：半波整流：全波整流：全波整流： 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院。導(dǎo)通，截止，時(shí)，I1O21OIDD00vRRvvuf。導(dǎo)通，截止，時(shí)，0, 0DD00O12OIvIvvfR精密整流電路的組成精密整流電路的組成半波整流，若加半波整流，若加vI的負(fù)半周，則實(shí)現(xiàn)全波整流的負(fù)半周，則實(shí)現(xiàn)全波整流0Iv0Iv為什么是為什么是精密整流？

46、精密整流？ (b) (b) 輸出波形輸出波形例：設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓為例：設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓為0.7V0.7V，集成運(yùn)放的，集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)為開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)為5050萬(wàn)倍，那么為使二極管萬(wàn)倍，那么為使二極管D D1 1導(dǎo)通，集成運(yùn)放的凈輸入電壓導(dǎo)通，集成運(yùn)放的凈輸入電壓1DVVvvNP4 . 1)1057 . 0(58.4.4 8.4.4 精密整流電路精密整流電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院全波精密整流電路全波精密整流電路)0( 0)0( 2IO1IIO1vvvvvIO1Ovvv。時(shí)，IOI0vvv。時(shí)，IOI0vvvIOvv 二倍頻三角

47、波二倍頻三角波絕對(duì)值運(yùn)算電路絕對(duì)值運(yùn)算電路8.4.4 8.4.4 精密整流電路精密整流電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.5有源濾波器有源濾波器8.5.1 8.5.1 濾波器的作用與分類濾波器的作用與分類 8.5.2 8.5.2 低通濾波器低通濾波器 8.5.3 8.5.3 高通濾波器高通濾波器 8.5.4 8.5.4 帶通濾波器帶通濾波器 8.5.5 8.5.5 帶阻濾波器帶阻濾波器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院1. 基本概念基本概念)()()(iosVsVsA 濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)

48、抑制或衰減無(wú)濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制或衰減無(wú) 用頻率信號(hào)的電子裝置。用頻率信號(hào)的電子裝置。有源濾波器：由有源器件構(gòu)成的濾波器。有源濾波器：由有源器件構(gòu)成的濾波器。濾波電路傳遞函數(shù)定義濾波電路傳遞函數(shù)定義時(shí)，有時(shí)，有 j s)(je)j ()j ( AA)()j ( A其中其中)j ( A)( 模，幅頻響應(yīng)模，幅頻響應(yīng) 相位角，相頻響應(yīng)相位角，相頻響應(yīng)群時(shí)延響應(yīng)群時(shí)延響應(yīng))( d)(d)(s 圖圖 8.5.1 8.5.1 濾波電路的一般結(jié)構(gòu)框圖濾波電路的一般結(jié)構(gòu)框圖8.5.18.5.1濾波器的作用與分類濾波器的作用與分類 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理

49、與電子電氣工程學(xué)院2. 分類分類低通（低通（LPF）高通（高通（HPF）帶通（帶通（BPF）帶阻（帶阻（BEF）全通（全通（APF）通帶：通帶：能夠通過(guò)的頻率范圍能夠通過(guò)的頻率范圍 阻帶：阻帶：被衰減或抑制的頻率范圍被衰減或抑制的頻率范圍截止頻率：截止頻率：通帶和阻帶的臨界頻率通帶和阻帶的臨界頻率8.5.18.5.1濾波器的作用與分類濾波器的作用與分類 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院3. 3. 無(wú)源濾波器和有源濾波器無(wú)源濾波器和有源濾波器 圖圖 8.5.3 8.5.3 無(wú)源低通濾波電路無(wú)源低通濾波電路無(wú)源濾波器：無(wú)源濾波器：由無(wú)源器件由無(wú)源器件R R、

50、L L、C C組成的濾波電路；組成的濾波電路；有源濾波器：有源濾波器：由無(wú)源器件和晶體管、集成運(yùn)放等有源器件由無(wú)源器件和晶體管、集成運(yùn)放等有源器件 共同組成的濾波電路。共同組成的濾波電路。LLLLLioVRRjRRRRCjRRCjVVA/1/1/1LLVHRRRACRRfLH/21接入負(fù)載接入負(fù)載R RL L后通帶增益下降，而且上限截止頻率升高，改變后通帶增益下降，而且上限截止頻率升高，改變了電路的濾波特性，表明無(wú)源濾波電路帶負(fù)載能力較差。了電路的濾波特性，表明無(wú)源濾波電路帶負(fù)載能力較差。8.5.18.5.1濾波器的作用與分類濾波器的作用與分類 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)

51、院物理與電子電氣工程學(xué)院8.5.2 8.5.2 低通濾波器低通濾波器1. 1. 一階有源低通濾波器一階有源低通濾波器通帶電壓增益同相比例放通帶電壓增益同相比例放大電路的增益大電路的增益A AVFVF101)()(RRsVsVAAfPoVF sVsRCsViP11 sRCRRsVsVsAfiOV111)(1RCf210令令 ，而，而 ，則，則 js cffVjRRffjRRsA111111)(101所以cVjAsA1)(0200)(1)()()(ciAjVjVjA為特征角頻率為特征角頻率RC1c 而而 ，則，則電路的傳遞函數(shù)電路的傳遞函數(shù) 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與

52、電子電氣工程學(xué)院200)(1)()()(ciAjVjVjA 該電路具有低通特點(diǎn)，但濾波效果不夠好，它的衰該電路具有低通特點(diǎn)，但濾波效果不夠好，它的衰減率只是減率只是20dB/20dB/十倍頻程。十倍頻程。 為了使低通濾波器的過(guò)渡帶變窄，過(guò)渡帶中為了使低通濾波器的過(guò)渡帶變窄，過(guò)渡帶中 的下降的下降速率加大，可利用多個(gè)速率加大，可利用多個(gè)RCRC環(huán)節(jié)構(gòu)成多階低通濾波電路。環(huán)節(jié)構(gòu)成多階低通濾波電路。 VA8.5.2 8.5.2 低通濾波器低通濾波器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2. 2. 二階有源低通濾波器二階有源低通濾波器（1 1） 電路構(gòu)成電路構(gòu)成正反

53、饋正反饋+ + +低通濾波器的通帶電壓增益低通濾波器的通帶電壓增益11011RRAAAVFVF（2 2）傳遞函數(shù)）傳遞函數(shù)集成運(yùn)放的同相輸入電壓集成運(yùn)放的同相輸入電壓 VFOPAsVsV 與與 的關(guān)系為的關(guān)系為 sVP sVA sRCsVsVAP1對(duì)于節(jié)點(diǎn)對(duì)于節(jié)點(diǎn)A,A,有有 0RsVsVsRsVsVRsVsVpAoAAi（8.5.4）（8.5.5）（8.5.6）8.5.2 8.5.2 低通濾波器低通濾波器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院將式將式(8.5.4)-(8.5.4)-式式(8.5.6)(8.5.6)聯(lián)立求解，可得電路的傳遞函數(shù)為聯(lián)立求解，可得

54、電路的傳遞函數(shù)為 231sCRsCRAAsVsVsAVFVFio當(dāng)當(dāng) 時(shí)，電路才能穩(wěn)定工作；時(shí)，電路才能穩(wěn)定工作；3VFA當(dāng)當(dāng) 時(shí)，電路將自激振蕩。時(shí)，電路將自激振蕩。3VFA令令特征角頻率特征角頻率 ，等效品質(zhì)因素等效品質(zhì)因素 ，則（，則（8.5.7）式變?yōu)槭阶優(yōu)镽Cc1VFAQ31 (8.5.7) 222cccVFsQsAsA二階低通濾波二階低通濾波電路傳遞函數(shù)電路傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式的標(biāo)準(zhǔn)形式8.5.2 8.5.2 低通濾波器低通濾波器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院用用 取代取代 由式由式(8.5.7)(8.5.7)可得可得jscccVFQjAj

55、A221 (8.5.11)幅頻特性：幅頻特性：2221ccVFQAjA相頻特性：相頻特性： 21arctanccQ當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， , ,即通帶電壓增益；即通帶電壓增益； 0VFAjA當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ； 0jA當(dāng)當(dāng) 時(shí)，即時(shí)，即 , ,cVFAQjAVFAjAQc二階比一階低通濾波電二階比一階低通濾波電路的濾波效果好得多路的濾波效果好得多! ! 8.5.2 8.5.2 低通濾波器低通濾波器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院例例8.5.18.5.1 電路如圖電路如圖8.5.58.5.5（a a）所示，要求特征頻率）所示，要求特征頻率 ， 等效品質(zhì)因數(shù)等效品質(zhì)

56、因數(shù) ，試求該電，試求該電路中的各電阻阻值約為多少。路中的各電阻阻值約為多少。 KHzf10FC1 . 01Q解：解： 因?yàn)橐驗(yàn)?，故，故RCf210kCfR59. 11590101 . 0102121630因?yàn)橐驗(yàn)?，故，故VFAQ31213QAVF由于由于 ，因而有，因而有 。 211RRAfVF1RRf為使集成運(yùn)放兩輸入端電阻對(duì)稱，應(yīng)有為使集成運(yùn)放兩輸入端電阻對(duì)稱，應(yīng)有 kRRRf18. 32/1kRRf36. 618.5.2 8.5.2 低通濾波器低通濾波器 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.5.3 8.5.3 高通濾波器（高通濾波器（HPFH

57、PF）圖圖8.5.6 8.5.6 二階有源高通濾波器二階有源高通濾波器利用有源低通濾波電路同樣的分析方法，得電路中傳遞函數(shù)為利用有源低通濾波電路同樣的分析方法，得電路中傳遞函數(shù)為 222ccVFsQssAsA二階有源二階有源RCRC高通濾波電路高通濾波電路傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式 式中 ， 。RCc1VFAQ31 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.5.4 8.5.4 帶通濾波器（帶通濾波器（BPFBPF）圖圖8.5.78.5.7帶通濾波器組成原理帶通濾波器組成原理 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖

58、8.5.6 8.5.6 二階有源高通濾波器二階有源高通濾波器低通濾低通濾波器波器高通濾高通濾波器波器為了使電路分析簡(jiǎn)單，通常選取為了使電路分析簡(jiǎn)單，通常選取 ， ， RR 3RR24CCC21帶通濾波電路的傳遞函數(shù)帶通濾波電路的傳遞函數(shù) 2)()3(1sRCsRCAsRCAsAVFVF式中式中 ，令，令 ， ，則有，則有 110RRAfVFRCc1VFAQ31， 22)(cccVFsQssAsA二階有源帶通濾電路二階有源帶通濾電路傳遞的標(biāo)準(zhǔn)形式。傳遞的標(biāo)準(zhǔn)形式。 8.5.4 8.5.4 帶通濾波器（帶通濾波器（BPFBPF） 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程

59、學(xué)院以以 取代取代s，可得，可得 j ccVFjQAsA1可得電路的幅頻特性可得電路的幅頻特性 221ccVFQAsA為了確定帶通濾波器的帶寬，令上式分母為為了確定帶通濾波器的帶寬，令上式分母為 ，即，即21ccQ解方程，取正根，可得兩個(gè)截止角頻率分別為解方程，取正根，可得兩個(gè)截止角頻率分別為QQQccL24122QQQccH241228.5.4 8.5.4 帶通濾波器（帶通濾波器（BPFBPF） 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院通帶帶寬為通帶帶寬為QfQBWccLH222可見(jiàn)，可見(jiàn)，Q Q越大，越接近中心頻率增益越大，通帶寬度越大，越接近中心頻率增益越

60、大，通帶寬度BWBW越窄，越窄，電路的選擇性越好。電路的選擇性越好。 221ccVFQAsA幅頻特性幅頻特性8.5.4 8.5.4 帶通濾波器（帶通濾波器（BPFBPF） 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院8.5.5 8.5.5 帶阻濾波器（帶阻濾波器（BEFBEF）圖圖8.5.98.5.9帶阻濾波器組成原理帶阻濾波器組成原理 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院通常選取通常選取 RRR4325RR CCC32CC21可得帶阻濾波電路的傳遞函數(shù)可得帶阻濾波電路的傳遞函數(shù) 22)()2(211sRCsRCAsRCAsAVF