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1、模拟电子技术基础Fundamentals of Analog Electronic 第八章 信号的运算和处理第八章 信号的运算和处理8.1 8.1 集成运放组成的运算电路集成运放组成的运算电路8.2 8.2 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8.3 8.3 有源滤波电路有源滤波电路8.18.1 集成运放组成的运算电路一、一、对数运算电路和指数运算电路对数运算电路和指数运算电路二、实现逆运算的方法二、实现逆运算的方法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？一、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
2、消除消除IS对运算关系的影响对运算关系的影响利用利用PN结端电结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、集成运放功耗、集成运放功耗限制其值限制其值集成对数运算电路热敏电阻？温度系数为正？为负？热敏电阻？温度系数为正？为负？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？2. 指数运算电路3. 乘法、除法运算电路二、实现逆运算的方法1. 电路的结构为什么不标定为什么不标定、？、？ 运算电路必须运算电路必须引入负反馈！引入负反馈！2. 例：利用积分运算实现微分运算：利用积分运算实现微分运算A1的输入端的输入端极性？极性？8.28.2 模拟乘法器及其在 运算电路中的应
3、用二、在运算电路中的应用二、在运算电路中的应用一、模拟乘法器简介一、模拟乘法器简介一、模拟乘法器简介1. 变跨导型模拟乘法器的基本原理 实际电路需在多方面改进，如线性度、温度的影响、实际电路需在多方面改进，如线性度、温度的影响、输入电压的极性等方面。输入电压的极性等方面。 理想情况下，理想情况下，ri1、 ri2、fH为为无穷大，无穷大， 失调电压、电流及其失调电压、电流及其温漂为温漂为0，ro为为0， ux 、uy 幅值幅值和频率变化时和频率变化时 k 值不变。值不变。 有单象限、两象限和四象限有单象限、两象限和四象限之分。之分。2. 模拟乘法器的符号及等效电路二、在运算电路中的基本应用2.
4、乘方运算1. 乘法运算 实际的模拟乘法器实际的模拟乘法器k常为常为+0.1V-1或或0.1V-1。 若若k= +0.1V-1，uI1= uI2=10V，则，则 uO=10V。实现了对正弦波实现了对正弦波电压的二倍频变换电压的二倍频变换 为使电路引入的是负反馈，为使电路引入的是负反馈，k和和uI2的极性应如何？的极性应如何？3. 除法运算运算电路中集成运放必须引入负反馈！运算电路中集成运放必须引入负反馈！ 若集成运放的同相输入端与若集成运放的同相输入端与反相输入端互换，则反相输入端互换，则k和和uI2的的极性应如何？极性应如何？条件：条件：同极性同极性为实现上式，电路中为实现上式，电路中uI、
5、uO、k的极性是什么？为什么？的极性是什么？为什么？4. 开方运算 若集成运放的负反馈通路中为某种运算电路，则整个电若集成运放的负反馈通路中为某种运算电路，则整个电路实现其逆运算！路实现其逆运算！如何实现开三次方运算电路？如何实现开三次方运算电路？若要若要uO0，则有何变化？，则有何变化？若要求若要求uI、 uO均大于均大于0，则，则有何变化？有何变化？实际电流实际电流方向方向8.3 有源滤波电路一、概述一、概述二、低通滤波器二、低通滤波器三、高通、带通、带阻滤波器三、高通、带通、带阻滤波器四、状态变量型滤波器四、状态变量型滤波器1. 滤波电路的功能 使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被
6、衰减。使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。2. 滤波电路的种类低通滤波器（低通滤波器（LPF）通带放大倍数通带放大倍数通带截止频率通带截止频率下降速率下降速率理想幅频特性理想幅频特性无过渡带无过渡带一、概述用幅频特性描述滤波特性，要研究用幅频特性描述滤波特性，要研究 、 ( fP、下降速率、下降速率)。高通滤波器（高通滤波器（HPF）带通滤波器（带通滤波器（BPF）带阻滤波器（带阻滤波器（BEF）全通滤波器（全通滤波器（APF）理想滤波器的幅频特性阻容耦合阻容耦合通信电路通信电路抗已知频率的干扰抗已知频率的干扰f-转换转换空载时空载时带负载时带负载时3. 无源滤波电路和有源滤波电路
7、 负载变化，通负载变化，通带放大倍数和截带放大倍数和截止频率均变化。止频率均变化。 无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大。滤波参数不随负载变化，可放大。 无源滤波电路可用于高电压大电流，如直流电源中的滤无源滤波电路可用于高电压大电流，如直流电源中的滤波电路；有源滤波电路是信号处理电路，其输出电压和电波电路；有源滤波电路是信号处理电路，其输出电压和电流的大小受有源元件自身参数和供电电源的限制。流的大小受有源元件自身参数和供电电源的限制。有源滤波电路 用电压跟随用电压跟随器隔离滤波电器隔离滤波电路与负载电阻路与
8、负载电阻4. 教学基本要求：电路的识别，幅频特性的分析计算：电路的识别，幅频特性的分析计算二、低通滤波器频率趋于频率趋于0时的放大时的放大倍数为通带放大倍数倍数为通带放大倍数决定于决定于RC环节环节表明进入高频段表明进入高频段的下降速率为的下降速率为20dB/十倍频十倍频1.一阶电路 求解传递函数时，只需将放大倍数中的求解传递函数时，只需将放大倍数中的 j用用 s 取代即可；取代即可； s 的方次称为阶数。的方次称为阶数。经拉氏变换得经拉氏变换得传递函数：传递函数：一阶电路一阶电路1.一阶电路：幅频特性：幅频特性 为了使过渡带变窄，需为了使过渡带变窄，需采用多阶滤波器，即增加采用多阶滤波器，即
9、增加RC环节。环节。2、压控电压源二阶 LPF引入正反馈引入正反馈要求要求ff0时幅频特性按时幅频特性按40dB/十倍频下降。十倍频下降。 f0时，时，C1断路，正反馈断路，正反馈断开，放大倍数为通带放大断开，放大倍数为通带放大倍数。倍数。 f ， C2短路，正反馈不短路，正反馈不起作用，放大倍数起作用，放大倍数0 。 对于不同频率的信号正反馈的强弱不同，因而有可能在对于不同频率的信号正反馈的强弱不同，因而有可能在f = f 0时放大倍数等于或大于通带放大倍数。时放大倍数等于或大于通带放大倍数。C1=C2压控电压源二阶LPF的分析 列列P、M点的节点电流方程，点的节点电流方程，整理可得：整理可
10、得：OOO三、高通、带通、带阻有源滤波器 与与LPF有对偶性，将有对偶性，将LPF的电阻和电容互换，就可得一阶的电阻和电容互换，就可得一阶HPF、简单二阶、简单二阶HPF、压控电压源二阶、压控电压源二阶HPF电路。电路。2. 带通滤波器（BPF）3. 带阻滤波器（BEF）fHfLfHfL1. 高通滤波器（HPF）1. 反相输入低通滤波器积分运算电路的电压放大倍数为积分运算电路的电压放大倍数为加加R2后后 需有电阻构成的需有电阻构成的负反馈网络来确定负反馈网络来确定通带放大倍数。通带放大倍数。12lg20RR-四、状态变量型滤波器2、要点o将比例、积分、求和等基本将比例、积分、求和等基本运算电路
11、组合成自由设置传运算电路组合成自由设置传递函数、实现各种滤波功能递函数、实现各种滤波功能的电路，称为状态变量型滤的电路，称为状态变量型滤波器。波器。o通带放大倍数决定于电阻组通带放大倍数决定于电阻组成的负反馈网络。成的负反馈网络。o利用利用“逆运算逆运算”方法。方法。 将将低通环节低通环节加在负反馈通路来加在负反馈通路来实现高通实现高通。 f 时时C 相当于短路，相当于短路，A2输出电压输出电压0，电路开环，电路开环， A1输输出电压出电压UOM，工作到非线性区；需引入负反馈决定通带，工作到非线性区；需引入负反馈决定通带放大倍数。放大倍数。四、状态变量滤波器 二阶电路的组成二阶电路的组成讨论一
12、o频率趋于零，电压放大倍数趋于通带放大倍数的频率趋于零，电压放大倍数趋于通带放大倍数的滤波器有哪几种？滤波器有哪几种？o频率趋于无穷大，电压放大倍数趋于通带放大倍频率趋于无穷大，电压放大倍数趋于通带放大倍数的滤波器有哪几种？数的滤波器有哪几种？o频率趋于零，电压放大倍数趋于零的滤波器有哪频率趋于零，电压放大倍数趋于零的滤波器有哪几种？几种？o频率趋于无穷大零，电压放大倍数趋于零的滤波频率趋于无穷大零，电压放大倍数趋于零的滤波器有哪几种？器有哪几种？双双T网络网络讨论二：图示电路是哪种有源滤波器？：图示电路是哪种有源滤波器？A1、A2各组成什么电路？各组成什么电路？电路为电路为LPF讨论二：图示电路是哪种有源滤波器？：图示电路是哪种有源滤波器？
