《模拟电子技术基础》教案 第七章 信号的运算与处理(高教版).doc

第七章 信号的运算与处理（6学时） 主要内容: 7.1 加、减、积分和微分电路 7.2 实际运算放大器运算电路的误差分析 7.3 滤波电路的基本概念，一阶、二阶有源滤波电路 基本要求: 7.1 抓住深度负反馈条件下的“虚短”和“虚断”的概念，讨论基本运算电路 7.2 了解实际运放组成的运算电路的误差 7.3 了解有源滤波电路的分类及一阶、二阶滤波电路的频率特性 教学要点： 建立运算放大器“虚短”和“虚断”的概念，重点介绍由运算放大器组成的加法、减法、积分和微分电路的组成和工作原理 讲义摘要： 7.1 基本运算电路 引 言 运算电路是集成运算放大器的基本应用电路，它是集成运放的线性应用。讨论的是模拟信号的加法、减法、积分和微分、对数和反对数（指数）、以及乘法和除法运算。为了分析方便，把集成运放电路均视为理想器件，应满足： （1）开环电压增益 Au =( （2）输入电阻Ri= ( ，输出电阻Ro=0， （3）开环带宽 BW= ( （4）同相输入端端压与反相输入端端压v P = v N 时，输出电压v o =0，无温漂 因此，对于工作在线性区的理想运放应满足“虚短”：即v P = v N ；“虚断”：即i P =i N = 0 本章讨论的即是上述“虚短、”“虚断”四字法则的灵活应用。 一、加减法电路 1. 反相输入求和电路 在反相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了反相输入求和电路，如图6.1.1所示： 图6.1.1 反相输入求和电路 两个输入信号电压产生的电流都流向Rf ，所以输出是两输入信号的比例和：。 2.同相输入求和电路 在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求和电路，如图61.2所示： 图6.1.2 同相输入求和电路 因运放具有虚断的特性，对运放同相输入端的电位可用叠加原理求得: 而 可得： 当 3.双端输入求和电路 双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电路如图7.1.3所示： 其输出电压表达式的推导方法与同相输入运算电路相似。当vi1=vi2 =0时，用叠加原理分别求出vi3=0和vi4 =0时的输出电压vop。当vi3 = vi4 =0时，分别求出vi1=0，和vi2 =0时的von。 先求： 式中Rp=R3//R4//R , Rn=R1//R2//Rf 图6.1.3 双端输入求和电路 再求 于是 4. 加减法运算器 由差动输入放大器演变而来。 由I→0，有I1+I2=If→ I3+I4=Ip→ 由 若有更多的相加量或相减量，可以增加或减少电路的相应的输入端。 二、积分和微分运算电路 1.积分运算电路 积分运算电路的分析方法与求和电路差不多，反相积分运算电路如图6.2.1 图6.2.1积分运算电路 当输入信号是阶跃直流电压VI时，即 2.微分运算电路 微分运算电路如图6.2.2所示： 图6.2.2 微分运算电路 7.2 实际运算放大器运算电路的误差分析 一、共模抑制比KCMR为有限值的情况 集成运放的共模抑制比KCMR为有限值时，对运算电路将引起误差，现以同相运算放大电路（图6.1.5）为例来讨论。 图6.1.5 同相比例运算电路 闭环电压增益 理想情况 越大，误差越小。 二、 VIO、IIO不为零时的情况 输入为零时的等效电路 图6.1.6等效电路 图6.1.7 解得误差电压 当 时，可以消除偏置电流 引起的 误差，此时 VIO和IIO引起的误差仍存在 当电路为积分运算时，即 换成电容C，则 时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。 减小误差的方法 输入端加补偿电路 利用运放自带的调零电路 3．对数和反对数运算电路 1.对数运算电路 对数运算电路见下图。 由图可知 2.反对数运算电路 反对数运算电路如下图所示。 7.5 有源滤波电路 一、概述 1.滤波器的分类 有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、C等无源元件而构成的。通常有源滤波器分为：低通滤波器（LPF）