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信号的运算及处理电路

信号的运算及处理电路

八、信号的运算及处理电路
基本要求


正确理解:有源滤波电路 熟练掌握:比例、求和、积分运算电路;虚短和虚断概念 一般了解:其它运算电路

难点重点 1.“虚断”和“虚短”概念 . 如果为了简化包含有运算放大器的电子电路, 总是假设运算放大器是理想的, 这样就有 “虚短”和“虚断”概念。 “虚短”是指在理想情况下,两个输入端的电位相等,就好像两个输入端短接在一起, 但事实上并没有短接,称为“虚短”。虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。 “虚断”是指在理想情况下, 流入集成运算放大器输入端电流为零。 这是由于理想运算 放大器的输入电阻无限大, 就好像运放两个输入端之间开路。 但事实上并没有开路, 称为“虚 断”。 2.集成运算放大器线性应用电路 . 集成运算放大器实际上是高增益直耦多级放大电路, 它实现线性应用的必要条件是引入 深度负反馈。此时,运放本身工作在线性区,两输入端的电压与输出电压成线性关系,各种 基本运算电路就是由集成运放加上不同的输入回路和反馈回路构成。 在分析由运放构成的各种基本运算电路时,一定要抓住不同的输入方式(同相或反相) 和负反馈这两个基本点。 3.有源滤波电路 . 有源滤波电路仍属于运放的线性应用电路。滤波功能由 RC 网络完成,运放构成比例运 算电路用以提供增益和提高带负载能力。与无源滤波电路相比有以下优点: (1)负载不是直接和 RC 网络相连,而是通过高输入阻抗和低输出阻抗的运放来连接, 从而使滤波性能不受负载的影响; (2)电路不仅具有滤波功能,而且能起放大作用。 内容提要 8.1 基本运算电路 一、比例运算电路

1.反相比例运算电路(反相输入方式)

(1)闭环电压放大倍数 Avf=Vo/Vi=-R2/R1 (2)当R2=R1 时,闭环电压放大倍数为-1,此时的运算放大电路称为反相器。 (3)由于“虚短”,且同相输入端接地,所以此种组态电路具有虚地特性,即反相输 入端近似地电位。 (4)输入电阻小。 2.同相比例运算电路(同相输入方式)

(1)闭环电压放大倍数 Avf=Vo/Vi=(R2+R1)/R1=1+R2/R1 (2)当R1 开路时,Vo=Vi,此时的运算放大电路称为电压跟随器。 (3)由于“虚短”,且反相输入端信号为 (Vo*R1)/(R2+R1)不为 0,所以同 相输入端信号等于 (Vo*R1)/(R2+R1)也不为 0。即同相电路组态引入共模信号。 (4)输入电阻较大。 二、加、减运算电路 加、 减运算电路均有反相输入和同相输入两种输入方式。 对于此种电路的计算一般采用 叠加定理。 1.加法电路

Vo=-(V1/R1+V2/R2).Rf 若将V2 经一级反相器接至加法器输入端,则可实现减法运算:

Vo=-(V1/R1-V2/R2).Rf

2.减法运算电路(差动输入方式)

(1)根据叠加定理,可以认为输出电压Vo 是在两个输入信号V1 和V2 分别作用下的 代数和,即 Vo=-(R2/R1)V1+[R2'/(R1'+R2')].[(R1+R2)/R1].V2 (2)当 R1=R2=R1'=R2' 时,Vo=V2-V1,实现减法运算。 (3)由于“虚短”,同相输入端输入信号和反相输入端输入信号等于[R2'/(R1'+ R2')].V2,不为 0,即差动电路组态引入共模信号。 (4)输入电阻较小。 三、积分与微分电路(都有反相输入和同相输入两种输入方式) 1.积分电路

设 t=0 时,电容两端的电压为 0,则 Vo=-(1/RC)∫Vi.dt 2.微分电路 微分是积分的逆运算,因此把积分电路中的 R 和 C 对调一下,就可构成微分电路。 8.2 实际运算放大器运算电路的误差分析 影响运算精度的因素很多,但应注意到,运放各参数对运算精度的影响程度,随应用条 因此, 从应用的角度出发, 在分析一个具体电路的运算误差时, 可以有所侧重, 件不同而异。 只讨论主要误差的来源。 对数和反对数运算电路( 8.3 对数和反对数运算电路(不要求) ) 8.4 模拟乘法器 模拟乘法器是实现两个信号相乘作用的电子器件。模拟乘法器不仅应用于模拟信号运 算,而且可以进行模拟信号处理,模拟乘法器与集成运放结合,再加上不同的外接电路,可 组成平方、开方、高次方和高次方根的运算电路。因此它在通信系统、信号处理、自动控制 等领域得到了越来越广泛的应用。 8.5 有源滤波电路 一、基本概念 1.无源滤波电路和有源滤波电路

2.有源滤波电路的分类 低通滤波电路(LPF)、高通滤波电路(HPF)、带通滤波电路(BPF)、带阻滤波电路 (BEF)和全通滤波电路(APF) 3.主要参数 Avp、fp、fo 和Q 二、低通滤波电路 1.一阶低通滤波电路

Av=Vo/Vi=[(R1+Rf)/R1].[1/(1+jωRC)] 2.二阶压控电压源低通滤波电路

三、高通滤波电路 高通与低通滤波电路在电路组成上成对偶关系。


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