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《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

发布:2017-06-26约3.67千字共10页下载文档
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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)
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