1、第七章 信号的运算和处理第七章 信号的运算和处理7.1 7.1 集成运放组成的运算电路集成运放组成的运算电路7.2 7.2 模拟乘法器及其在运算电路中的应用模拟乘法器及其在运算电路中的应用7.3 7.3 有源滤波电路有源滤波电路电子信息系统传感器传感器接收器接收器隔离、滤隔离、滤波、放大波、放大运算、转运算、转换、比较换、比较功放功放执行机构执行机构第七章第七章 第八章第八章第九章第九章信号的产生信号的产生A/D转换转换电子信息系统电子信息系统的供电电源的供电电源第十章第十章7.17.1 集成运放组成的运算电路一、概述一、概述二、比例运算电路二、比例运算电路三、加减运算电路三、加减运算电路四、
2、积分运算电路和微分运算电路四、积分运算电路和微分运算电路五、对数运算电路和指数运算电路五、对数运算电路和指数运算电路一、概述 Aod、 rid 、fH 均均为无穷大，为无穷大，ro、失调电压及其温漂、失、失调电压及其温漂、失调电流及其温漂、噪声均为调电流及其温漂、噪声均为0。 因为因为uO为有限值，为有限值， Aod，所以所以 uNuP0，即，即 uNuP虚短路虚短路因为因为rid，所以，所以 iNiP0虚断路虚断路电路特征：引入电压负反馈。电路特征：引入电压负反馈。无源网络无源网络2. 集成运放的线性工作区: : uOAod(uP uN)1. 理想运放的参数特点3. 研究的问题 （1）运算电
3、路：运算电路的输出电压是输入电压）运算电路：运算电路的输出电压是输入电压某种某种运算运算的结果，如加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微的结果，如加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微分、对数、指数等。分、对数、指数等。 （2）描述方法：运算关系式）描述方法：运算关系式 uOf (uI) （3）分析方法：）分析方法：“虚短虚短”和和“虚断虚断”是基本出发点。是基本出发点。（1）识别电路；）识别电路；（2）掌握输出电压和输入电压运算关系式的求解方法。）掌握输出电压和输入电压运算关系式的求解方法。4、学习运算电路的基本要求二、比例运算电路1) 电路引入了哪种组态的负反馈？电路引入了哪种组态的负反馈？2
4、) 电路的输入电阻为多少？电路的输入电阻为多少？3) R？为什么？为什么？Rf太大，噪声大。如何利用相对小的太大，噪声大。如何利用相对小的电阻获得电阻获得100的比例系数？的比例系数？+_iN=iP=0，uN=uP=0虚地虚地在节点在节点N：RuiiRIFIffFOuRRRiu1. 反相输入R=RRf4) 若要若要Ri100k，比例系数为，比例系数为100，Rf？ R？ 保证输入级的对称性保证输入级的对称性T 形反馈网络反相比例运算电路I12MuRRuI342142O)1 (uRRRRRRu？，则，若比例系数为？，则若要求3421ik100100k100RRRRR利用利用R4中有较大电流来获得
5、较大数值的比例系数。中有较大电流来获得较大数值的比例系数。432MO)(Riiuu1I12Ruii3M3 RuiIfONfOIPN)1 ()1 (uRRuuRRuuuu运算关系的分析方法：节点电流法运算关系的分析方法：节点电流法2. 同相输入1) 电路引入了哪种组态的负反馈？电路引入了哪种组态的负反馈？2) 输入电阻为多少？输入电阻为多少？3) 电阻电阻R？为什么？为什么？4) 共模抑制比共模抑制比KCMR时会影响运算精度吗？为什么？时会影响运算精度吗？为什么？IPNOuuuu同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器：电压跟随器? )3? )2? ) 1IcoiuRRF三、加减运算电路3I32I
6、211I321FPN 0RuRuRuiiiiuuRRR)(3I32I211IffFORuRuRuRRiu方法一：节点电流法1. 反相求和1. 反相求和I33fI22fI11fO3O2O1OuRRuRRuRRuuuu方法二：利用叠加原理 首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。I33fO3I22fO2uRRuuRRu同理可得1I1fO1uRRu2. 同相求和 设设 R1 R2 R3 R4 R Rf利用叠加原理求解：利用叠加原理求解：
7、令令uI2= uI3=0，求，求uI1单独单独作用时的输出电压作用时的输出电压 在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果简单明了，易于计算。简单明了，易于计算。1I4321432f1O)1 (uRRRRRRRRRu 同理可得，同理可得， uI2、 uI3单独作用时的单独作用时的uO2、 uO3，形式与，形式与uO1相同，相同， uO =uO1+uO2+uO3 。 物理意义清楚，计算麻烦！物理意义清楚，计算麻烦！ 2. 同相求和 设设 R1 R2 R3 R4 R RfI3ffI1I2OPP123(1)().ffRuRRRuuuuRRRRRRRI
8、3I1I2Of123()uuuuRRRRfP（若R/R =R )与反相求和运算电路与反相求和运算电路的结果差一负号的结果差一负号4321iiii4P3PI32PI21PI1RuRuuRuuRuuP43213I32I21I1)1111(uRRRRRuRuRu)( )(4321P3I32I21I1PPRRRRRRuRuRuRu必不可必不可少吗？少吗？3. 加减运算 利用求和运算电路的分析结果利用求和运算电路的分析结果)(2I21I14I43I3fORuRuRuRuRu设设 R1 R2 Rf R3 R4 R5)(I1I2fOuuRRu若若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?实现了差分实现了差分
9、放大电路放大电路讨论一：电路如图所示电路如图所示（1）组成哪种基本运算电路？与用一个运放组成的）组成哪种基本运算电路？与用一个运放组成的完成同样运算的电路的主要区别是什么？完成同样运算的电路的主要区别是什么？（2）为什么在求解第一级电路的运算关系时可以不）为什么在求解第一级电路的运算关系时可以不考虑第二级电路对它的影响？考虑第二级电路对它的影响？讨论二：求解图示各电路求解图示各电路?)(IOufi?)(oiIORRufu 该电路可等效成差分放大电该电路可等效成差分放大电路的哪种接法？与该接法的分路的哪种接法？与该接法的分立元件电路相比有什么优点？立元件电路相比有什么优点？课堂练习课堂练习四、积
10、分运算电路和微分运算电路RuiiRCI)(d11O IO21tutuRCutttuRCud1IO)()(1 1O12IO21ItuttuRCuttu为常量，则在若tRuCuud1ICO1. 积分运算电路移相移相利用积分运算的基本关系实现不同的功能1) 输入为阶跃信号时的输出电压波形？输入为阶跃信号时的输出电压波形？2) 输入为方波时的输出电压波形？输入为方波时的输出电压波形？3) 输入为正弦波时的输出电压波形？输入为正弦波时的输出电压波形？线性积分，延时线性积分，延时波形变换波形变换方波变三角波R2的作用？的作用？2. 微分运算电路tuRCRiutuCiiRCRddddIOI 为了克服集成运为
11、了克服集成运放的阻塞现象和自放的阻塞现象和自激振荡，实用电路激振荡，实用电路应采取措施。应采取措施。限制输限制输入电流入电流滞后补偿滞后补偿限制输出限制输出电压幅值电压幅值虚地虚地运放由于某种原因运放由于某种原因进入非线性区而不进入非线性区而不能自动恢复的现象能自动恢复的现象怎么识别微分运算怎么识别微分运算电路？电路？RuiiRIC对输入电压的极性和幅值有何要求？对输入电压的极性和幅值有何要求？RIuUuuSITBEOln五、对数运算电路和指数运算电路1. 对数运算实用电路中常常采取措施实用电路中常常采取措施消除消除IS对运算关系的影响对运算关系的影响TBEeSCUuIi 利用利用PN结端电结
12、端电压与电流的关系压与电流的关系实际实际极性极性ICM限制其值限制其值集成对数运算电路TBE1eS3II1CUuIRuii3SITBE1lnRIuUuSTBE2lnIIUuR同理，3ITBE1BE2P2N2lnRIuUuuuuR3IT52N252Oln)1 ()1 (RIuURRuRRuR热敏电阻？温度系数为正？为负？热敏电阻？温度系数为正？为负？qkTU TBEIuu 对输入电压的极性和幅值有何要求？对输入电压的极性和幅值有何要求？TIeSOUuRRIRiu2. 指数运算电路TIeSEUuRIii3. 乘法、除法运算电路例例1，设计一个加减运算电路设计一个加减运算电路, , Rf = 240
13、k , , 使使 vo=10vi1+ 8vi2 20vi3解解: :电路方案一电路方案一 系数为负的信号从系数为负的信号从反相端输入，系数为正反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。的信号从同相端输入。vo+ R2RfR4R1vi3R3vi1vi2i3fi2fi1fvRRvRRvRRvo321 vo=10vi1+ 8vi2 20vi3R1=24K 、R2=30K 、R3=12K vo+ R2RfR4R1vi3R3vi1vi2R1=24K 、R2= 30K 、R3=12K 、 R4= 80K RP = RN R1R2R4 = R3Rf 213411111RRRRRf= 80K 当当Rf =240
14、k , , 使使vo=10vi1+ 8vi2 20vi3 时时电路设计时必须满足电路设计时必须满足 R4 0电路方案二电路方案二+ Rf 1RP1vi1vi2R1R2vi3vo+ Rf 2RP 2R4R3vo=10vi1+ 8vi2 20vi3i3f2i2f2i1f2vRRvRRvRRvo321 取：取：Rf1=R4=Rf2 =240k 得得: : R1=24K 、R2=30K 、R3=12K 。RP1= R1R2Rf 112.6K RP2= R3R4Rf 2 10.9K 例例2，试用两只运放设计一个模拟运算电路试用两只运放设计一个模拟运算电路, , 使使tovdtvv02155解解: : 电
15、路为电路为2fo1fvRRvRRvo23tvCRvod111122f113f1vRRdtvCRRRvo)(C+ RP1v1v2R1vo+ Rf RP 2R3R2vo12f1f)(vRRdtvCRRRvo2131 取取 Rf = R1=100K R2=R3 =20K 、 C=10 m mFtovdtvv02155RP1= R1= 100K RP2 = R2R3Rf = 9.1K C+ RP1v1v2R1vo+ Rf RP 2R3R2vo1清华大学 华成英 IOuu讨论1) 标出集成运放的标出集成运放的“”和和“”；已知已知R1R2，求解，求解uO= f (uI) = ? 二极管什么时候导通？什么二极管什么时候导通？什么时候截止？时候截止？+_+_ 在集成运放应用电路中开关管的工作状态往往决定于输入在集成运放应用电路中开关管的工作状态往往决定于输入信号或输出信号的极性！信号或输出信号的极性！2) 求解求解uO= f (uI) = ?uI0 时导通时导通 本章习题 7.5 7.6 7.10 7.12 7.14 7.16
