第九章信號的運算與處理

第九章信號的運算與處理模擬電子技術基礎重點知識一、概述二、理想運算放大器三、基本線性運放電路四、其它線性運放電路五、模擬乘法器六、運算電路例題七、有源濾波電路一、概述集成運放的模型輸入端口用輸入電阻模擬，輸出端口用輸出電阻和受控電壓源模擬。Avo、ri、ro參數(shù)由運放內(nèi)部電路決定。一、概述集成運放的符號和電壓傳輸特性電路uO=f(uP-uN)

由于Aod高達幾十萬倍，所以集成運放工作在線性區(qū)時的最大輸入電壓(uP－uN)的數(shù)值僅為幾十～一百多微伏。在線性區(qū)：uO＝Aod(uP－uN)

Aod：開環(huán)差模放大倍數(shù)。非線性區(qū)

(uP－uN)的數(shù)值大于一定值時，集成運放的輸出不是＋UOM,就是－UOM，即集成運放工作在非線性區(qū)。二、理想運算放大器

Aod、rid、fH均為無窮大，ro、失調(diào)電壓及其溫漂、失調(diào)電流及其溫漂、噪聲均為0。

因為uO為有限值，Aod＝∞，所以uN－uP＝0，即

uN＝uP…………虛短路因為rid＝∞，所以

iN＝iP＝0………虛斷路電路特征：引入電壓負反饋。無源網(wǎng)絡集成運放的線性工作區(qū)

uO＝Aod(uP－uN)理想運放的參數(shù)特點（1）運算電路的輸出電壓是輸入電壓某種運算的結(jié)果，如加、減、乘、除、乘方、開方、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)等。（2）描述方法：運算關系式uO＝f(uI)（3）分析方法：“虛短”和“虛斷”是基本出發(fā)點。研究內(nèi)容二、理想運算放大器運算電路濾波電路（1）濾波電路的功能、特點、種類和性能指標（2）描述方法：三、基本線性運算電路同相放大電路電壓增益Av近似計算“虛短”“虛斷”輸入電阻Ri估算輸入電阻Ro估算特征：電壓放大倍數(shù)=1，輸出與輸入同相；具有很高的輸入電阻，很低的輸出電阻。同相輸入比例運算電路的特例：電壓跟隨器主要應用：阻抗匹配或緩沖電路。三、基本線性運算電路三、基本線性運算電路反相放大電路電路的輸入電阻為多少？R’＝？為什么？3)若要Ri＝100kΩ，比例系數(shù)為－100，R＝？Rf＝？Rf太大，噪聲大。如何利用相對小的電阻獲得－100的比例系數(shù)？+_在節(jié)點N：“虛地”“虛斷”Ri=RR’=R//Rf平衡電阻利用R4中有較大電流獲得較大數(shù)值的比例系數(shù)。T形反饋網(wǎng)絡反相放大電路三、基本線性運算電路四、其他線性運算電路1.反相求和加減運算電路方法一：節(jié)點電流法方法二：利用疊加原理首先求解每個輸入信號單獨作用時的輸出電壓，然后將所有結(jié)果相加，即得到所有輸入信號同時作用時的輸出電壓。四、其他線性運算電路2.同相求和設R1∥R2∥R3∥R4＝R∥Rf與反相求和運算電路的結(jié)果差一負號必不可少嗎？加減運算電路四、其他線性運算電路3.加減運算利用求和運算電路的分析結(jié)果設R1∥R2∥Rf＝R3∥R4∥R5實現(xiàn)差分放大電路加減運算電路四、其他線性運算電路四、其他線性運算電路儀用放大器特點：具有優(yōu)異的動態(tài)性能、較高的共模抑制比，多用于心電圖機前置放大電路。1.積分魔運算葬電路積分宅電路規(guī)和微撓分電甚路四、擁其他總線性豎運算怨電路利用仆積分背運算蒸的基眾本關畝系實往現(xiàn)不扣同的淚功能積分陪電路綱和微私分電片路四、選其他瞇線性綢運算垃電路移相1)輸入詢?yōu)殡A欄躍信評號時趟的輸間出電鵲壓波昆形？2)輸入蝕為方這波時見的輸宴出電稍壓波鐮形？線性練積分撿，延嘗時波形閥變換3)輸入兔為正首弦波漢時的兄輸出睜電壓班波形工？2.微分運童算電園路積分鵲電路線和微抬分電香路四、球其他莖線性懇運算棒電路為了悠克服沫集成郊運放掉的阻喇塞現(xiàn)雞象和艇自激農(nóng)振蕩閥，實搶用電零路應湊采取聰措施殃。滯后補償限制輸入電流限制輸出電壓幅值對輸包入電員壓的廣極性肚和幅啞值有海何要磁求？1.對數(shù)曬運算趙電路實用佳電路估中常被常采崖取措立施消筋除IS對運閣算關買系的稠影響利用PN結(jié)端表電壓蠻與電草流的傻關系四、罩其他妖線性蹤蝶運算府電路對數(shù)拼運算電路覽和指數(shù)搖運算電路集成對數(shù)罵運算干電路對數(shù)喜運算電路退和指數(shù)弟運算電路四、迅其他胸線性窮運算床電路消除炒了IS對運醋算關停系的損影響對輸瞧入電傘壓的宗極性迷和幅棍值有芝何要拾求？3.乘法遺、除園法運餡算電憐路2.指數(shù)時運算養(yǎng)電路對數(shù)諷運算電路忽和指數(shù)光運算電路四、法其他凈線性皮運算就電路1.模擬宏乘法謊器簡貍介1)變跨演導型卻模擬岡乘法扭器的壘基本取原理實際起電路商需在街多方松面改銅進，疑如線廈性度沃、溫算度影關響、扒輸入售電壓瀉的極頌性等拌方面裙。五、榆模擬拾乘法鳥器五、童模擬抬乘法梁器理想至情況末下，ri1、ri2、fH為無薄窮大炭，刷失調(diào)房誠電壓濃、電洲流及師其溫主漂為毛0，ro為0烤，ux、uy幅值狀變化起時k值不變冤。有單幻玉象限艙、兩伯象限范和四院象限蒼。1.模擬古乘法晃器簡顛介2)模擬預乘法豬器的摔符號嚴及等朗效電灣路五、喊模擬鞋乘法奴器2.在運理算電倒路中鞠的基繪本應修用2)乘方肯運算1)乘法垃運算若k=+0歸.1沸V-1，uI1=uI2=1留0V，則uO=1久0V。實現(xiàn)載對正貍弦波均電壓斯的二背倍頻香變換五、廟模擬肯乘法忌器為使浪電路趟引入箭的是渴負反遇饋，k和uI2的極撕性應駐如何餅？3)除法奪運算運算睜電路幫中集跨成運甚放必斷須引塔入負治反饋濟！若集昏成運功放的泡同相仇輸入氏端與辛反相司輸入披端互芝換，摸則k和uI2的極械性應斥如何疊？2.在運她算電角路中退的基胞本應沸用為滿戲足上揭式，毀電路捷中uI、uO、k的極察性是狹什么煙？為轟什么僅？若集焰成運費放的騎負反送饋通什路中奧為某圾種運臘算電價路，撞則整勾個電虹路實椒現(xiàn)其巧逆運載算，獸如除扛法運銹算電禮路、嫂開方東運算拜電路始。如何奔實現(xiàn)圾開三爐次方稅運算老電路完？若uO<0，則有統(tǒng)何變具化？五、振模擬如乘法斃器4)開方頃運算2.在運昏算電糖路中珠的基蠅本應桿用例一莫：電磚路如兄圖所統(tǒng)示求：電路當實現(xiàn)忠的功仗能：興壓控艱電流湖源。解：六、驗運算班電路嚇例題（1）組死成哪獵種基焦本運挨算電套路？惱與用姿一個濕運放社組成華的完并成同謠樣運皇算的稍電路襯的主捷要區(qū)疏別是字什么趟？（2）為頸什么逆在求薄解第鳥一級竹電路拾的運秋算關敲系時非可以蔬不考褲慮第與二級界電路衰對它腥的影膠響？六、巖運算球電路綠例題例二訪：電扔路如聾圖所騎示（1）組喪成差地分比啊例運脊算電遭路。六、古運算狀電路核例題解：（1）組緣瑞成差遷分比寇例運撲算電曲路。六、板運算乞電路系例題解：用一稱個運仆放組艦成的進完成豎同樣宋運算輪的電款路對獻于每程一個即信號貼源的熱輸入寫電阻菜較小桃，電劑阻的笑選取嗽和調(diào)重整不款方便賊。用兩岸個運魂放組乞成的唱電路迫由于且都是超電壓乏串聯(lián)薦負反剝饋，眾對于蔬每一古個信莖號源酷的輸剝?nèi)腚妱∽瓒寄樋梢詳[認為猴無窮騙大。（2）兩個捷運放天都是室電壓發(fā)串聯(lián)園負反帖饋，串對于飾每一鋪個信猾號源陡的輸歲入電哪阻都監(jiān)可以逃認為教無窮讓大，涉輸出運電阻援可以把近似盾認為笨零，蘆所以東在求蜂解第配一級撕電路航的運孫算關夏系時將可以鑒不考惰慮第略二級現(xiàn)電路尸對它盤的影籠響。六、冠運算賺電路剃例題解：求：解：電路僅實現(xiàn)毫的功償能：單端底輸入村雙端叮輸出鐮。六、赤運算裙電路瘦例題例三墓：電暢路如先圖所東示1)標出倒集成梳運放明的“陜＋”罵和“律－”常；2)求解uO=f(uI)介=訪?+_+_六、功運算窩電路拆例題例四覽：電欣路如未圖所乎示，解：實現(xiàn)勁比例粥微分手運算淋功能轟。若R1＝R2，求解uO=f(uI)黃=冒?二極跡管什橋么時定候?qū)Ы掏ǎ磕I什么靈時候扁截止桿？六、夢運算適電路輛例題例五槽：電膽路如飽圖所卷示，幅問：解：uI<0時，坑二極甘管導堵通，uI>0時，二極隱管截游止。uI<0二極景管導威通時鑄：uI>0二極滾管截雜止時狗：六、尚運算斑電路蚊例題組成肺全波天整流根電路灶，實臣現(xiàn)取恐絕對尸值功臥能。輸入亮波形輸出常波形1）濾波虎電路衣的功租能使指懸定頻緩段的做信號程順利焦通過弟，衰于減其付它頻蘿率的課信號得。2）濾波仔電路愿的種績類低通葡濾波遺器（LP崇F）通帶隊放大跑倍數(shù)通帶研截止童頻率下降挪速率理想床幅頻叼特性無過礦渡帶用幅頻特性描述濾波特性，要研究

、(fP、下降速率)。七、脖有源箭濾波辜電路1.概述低通濾波器（LPF）高通濾波器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF））阻容談耦合通信秘電路抗已壟知頻活率的個干擾高頻漏特性七、嚴有源糞濾波周電路1.概述2）濾波福電路絡的種座類七、按有源郊濾波嗓電路空載食時帶負鉛載時3）無論源濾豆波電蕩路負載抹變化過，通奪帶放陡大倍變數(shù)和籃截止晶頻率雅均變蒜化。1.概述空載援時：帶負而載時車：七、伙有源懶濾波鉗電路4）有觸源濾恐波電度路1.概述無源輩濾波摧電路核的濾殘波參爬數(shù)隨肯負載汪變化騰；有卷源濾耍波電斃路的互濾波球參數(shù)械不隨跌負載滅變化驢，可御放大我，不優(yōu)能輸化出高清電壓芬大電的流。用電撫壓跟飛隨器淺隔離深濾波斧電路饞與負駕載電照阻七、兩有源果濾波貫電路對于LP鴉F，頻率趨于0時的笑放大萌倍數(shù)邁即為萬通帶幕放大踢倍數(shù)器。求棒解傳畜遞函灣數(shù)時之，只齒需將價放大加倍數(shù)賊中的jω用s取代踏即可勢。一階LP把F經(jīng)拉囑氏變鞏換得這傳遞攝函數(shù)2.低通舍濾波憐電路（1）一絨階LP翅F電路七、雹有源尋濾波仰電路頻率棄趨于0時的伐放大父倍數(shù)漸為通僚帶放敲大倍勇數(shù)決定灰于RC環(huán)節(jié)表明懷進入繡高頻過段的林下降劉速率展為－20唱dB案/十倍戀頻2.低通冶濾波花電路（1）一貫階LP土F電路七、晚有源錫濾波害電路為了部使過溪渡帶耀變窄墨，需御采用隔多階誕濾波慨器，黑即增哄加RC環(huán)節(jié)凡。在Au(s)表達廈式分驅(qū)母中s的方忠次就吃是濾鐮波器漠的階斑數(shù)。（1）一蘿階LP努F(xiàn)電路2.低通主濾波揉電路七、駕有源護濾波沾電路（2）簡躁單二循階LP米F電路截止紡頻率fp≈挽0.握37f0分析精方法掀：電獸路引甜入了貪負反既饋利疤用節(jié)岔點電姿流法督求解壟輸出庸電壓詢與輸涂入電收壓的駕關系欺。2.低通伶濾波核電路特征頻率七、詞有源駝濾波過電路引入舒正反悉饋為使fp=f0，且在f=f0時幅頻據(jù)特性慶按－40匠dB襖/十倍養(yǎng)頻下奶降。f→0時，C1斷路抱，正香反饋血斷開輔，放嗓大倍顏數(shù)為濾通帶仰放大幅倍數(shù)往；f→∞，C2短路搬，正睛反饋派不起址作用威，放呢大倍扛數(shù)小→0；在f=f0時放顫大倍默數(shù)可慕能等鳳于或秋大于背通帶感放大降倍數(shù)綠。對看于不饑同頻捐率的恭信號金正反財饋的剪強弱寫不同課。2.低通鼓濾波程電路（3）壓軍控電罪壓源于二階LP替F電路七、臭有源悼濾波抱電路壓控以電壓悉源二匪階LP江F的分受析列P、M點的棵節(jié)點吐電流兇方程紀，整許理可日得：2.低通單濾波侄電路七、否有源救濾波此電路OOO與LP源F有對扁偶性浴，將LP棚F的電境阻和洽電容豆互換顧，就漆可得尼一階HP屈F、簡單仔二階HP秀F、壓控芹電壓嚴源二荷階HP亞F電路塑。（2）帶旅通濾極波器昏（BP歌F）（3）桿帶阻從濾波陳器（BE蔑F）3.高通識、帶姿通、英帶阻裳濾波徐電路（1）高器通HPF電路fH＜fLfH＞fLR2消=0似.5撇kΩR2候=0茄.9威kΩR2貓=0逮.7巡壽kΩ七、錢有源盾濾波柜電路4.雙T帶阻倒濾波竹電路Q=趟1Q=勤1.屈67Q=罩5幅頻巴特性Q值越碧大，稅陷波充特性喇越好R2直=0腹.5薄kΩR2探=0叔.9豆kΩR2俯=0寫.7嶼kΩ七、奴有源拋濾波江電路5.帶通圖濾波跪電路Q=蠅0.族7Q=吩0.氧77Q=強0.圾9Q值越從大，醫(yī)選頻雷特性副越好幅頻影特性七、嘴有源謎濾波床電路要點座：將比炊例、逝積分逆、求壤和等子基本棋運算我電路曉組合柿成自我由設趙置傳犁遞函左數(shù)、癢實現(xiàn)稼各種禁濾波鐵功能前的電淚路，撥稱為耗狀態(tài)團變量譯型濾右波器論。通帶企放大納倍數(shù)倘決定廳于負免反饋欠網(wǎng)絡嶺。利用臣“逆味運算億”方?jīng)Q法。f→0時負惡反饋兄最強房誠，A1輸出捉電壓安→0；f→萬∞時C相當撕于短展路，A2輸出愿電壓→0，電路兼開環(huán)濕，A1輸出持電壓