第7信号的运算和处理讲解材料.ppt

第7章信号的运算和处理7.1集成运放应用基础7.1.2理想集成运算放大电路7.1.3集成运放的线性工作区例如F007开环时Aod=105,UOL=-10V,UOH=+10V,则其线性区为-0.1mV~+0.1mV。如果外加负反馈,使闭环增益Auf=100,则对于理想运放,由于Aod=∞,Uo是有限值,所以当其工作在线性状态时,由公式(7-1)可得7.1.4集成运放的非线性工作区图7–2理想运放开环传输特性由于理想运放的rid=ric=∞,而输入电压总是有理值,所以不论输入电压是差模信号还是共模信号,流过两输入端的电流及均为无穷小量,即7.2运算电路因为,所以该式表明,Uo与Ui是比例关系,其比例系数是Rf/R1,负号表示Uo与Ui相位相反。
作为一个放大器,其闭环增益、输入电阻、输出电阻分别为2.同相比例运算电路因为，所以若图7-4中的R1=∞或Rf=0,则Uo=Ui,此时,该电路构成电压跟随器,分别如图7-5(a)、(b)所示。图7-5(a)中,Rf具有限流保护作用,R′=Rf,以满足平衡条件3.差动比例运算电路因为若满足平衡条件R1∥Rf=R2∥Rp，则当满足对称条件时,其差模电压增益Aud为7.2.2求和电路
1.反相求和电路因为Rf引入负反馈,所以运放工作在线性区,

故反相求和电路可以模拟如下方程:则2.同相求和电路因为，所以因为该电路对所呈现的输入电阻分别为3.代数求和电路令,在作用下,则故图7–10代数求和电路的常用形式由于理想运放的输出电阻为零,所以其输出电压Uo不受负载的影响。当多级理想运放相连时,后级对前级的输出电压Uo不产生影响。7.2.3积分电路和微分电路由电路得把代入上式得图7–12基本积分电路的积分波形当时间在t1～t2期间时,uI=+E,电容充电,其初始值当t=t2时,uO=-Uom。如此周而复始,即可得到三角波输出。2.微分电路7.2.4对数和指数运算电路图7–15基本对数运算电路当二极管正向导通时图7–16用三极管的对数运算电路2.指数运算电路由于“-”端是虚地,所以二极管的端电压uD为7.2.5乘法运算电路图7–19集成乘法器电路符号图7–20除法电路因为运放的“-”端是虚地,并且,所以图7–21开平方电路(uI＞0)因为运放的“-”端是虚地,并且,所以【例1】图7-22是一个由理想运放构成的高输入阻抗
放大器,求其输入电阻ri。解两个运放都外加有负反馈,所以都工作在线性区。7.3有源滤波电路低通滤波电路允许低频信号通过，将高频信号衰减；高通滤波电路的性能与之相反，即允许高频信号通过，而将低频信号衰减；带通滤波器允许某一频带范围内的信号通过，而将此频带之外的信号衰减；带阻滤波器的性能与之相反，即阻止某一频带范围内信号通过，而允许此频带之外的信号通过。上述各种滤波器的特性如图7.23所示，图中同时给出了滤波器的理想特性和实际特性。图7–24无源滤波器及其幅频特性图7-23(a)中：无源滤波电路主要存在如下问题:
(1)电路的增益小,最大仅为1。
(2)带负载能力差。如在无源滤波电路的输出端接一负载电阻RL,如图7-24(a)、(b)虚线所示,则其截止频率和增益均随RL而变化。以低通滤波电路为例,接入RL后,传递函数将成为式中7.3.1有源低通滤波电路输出电压为低通滤波器的通带电压放大倍数是当工作频率趋近于零时,其输出电压Uo与其输入电压Ui的比值,记作Aup；截止角频率是随着工作频率的提高,电压放大倍数(传递函数的模)下降到时,对应的角频率,记作ωo。对于图7-25(a)：图7–26低通滤波电路的幅频特性图7–27二阶低通滤波电路7.3.2高通滤波电路以图7-28(a)为例进行讲解。则图7–29高通滤波器的幅频特性同样的方法可以得到图7-29(b)的特性图7–30二阶高通滤波电路7.3.3带通滤波电路和带阻滤波电路图7–31带通滤波和带阻滤波电路的组成原理图图7–32带通滤波和带阻滤波的典型电路