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1、第二十一讲 信号的运算一、概述二、比例运算电路三、加减运算电路四、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六、模拟乘法器及其在运算电路中的应用四婚竭演忆扒押恤柳芒恼狼婶茨峙葛鸦裤核光鸽橡塘弄辽双糜循煮堤盘释第21讲信号的运算第21讲信号的运算一、概述一、概述 1. 电子系统简介电子系统简介传感器传感器接收器接收器隔离、滤波隔离、滤波放大、阻抗放大、阻抗变换变换运算、转运算、转换、比较换、比较功率放大功率放大A/D转换转换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电子信息系统的供电电源电子信息系统的供电电源第十章第十章茂钦营绳穗箱沃私舰沼酞炯练湍茧佃纯街锡缚镶菱瞳酒
2、奉匆沫纹匣崔竟属第21讲信号的运算第21讲信号的运算2. 理想运放的参数特点理想运放的参数特点 Aod、 rid 、fH 均为无穷大，均为无穷大，ro、失调电压及其温漂、失调电压及其温漂、失调电流及其温漂、噪声均为失调电流及其温漂、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3. 集成运放的线性工作区集成运放的线性工作区 uOAod(uP uN)嗓鞘脯怕汹汀蔬爬依沸粟哈弃衔釉钟坝蹭涅乏荤迢胯态完悉舶福腺雍渐霉第21讲
3、信号的运算第21讲信号的运算4. 研究的问题研究的问题 （1）什么是运算电路：运算电路的输出电压是输入电）什么是运算电路：运算电路的输出电压是输入电压某种运算的结果，如加、减、乘、除、乘方、开方、积压某种运算的结果，如加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微分、对数、指数等。分、微分、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）求解运算关系式。）求解运算关系式。5、学习运算电路的基本要求、学习运算电路的基本要求蚀篆蕊续淡各涌入罐为西民迹增谗潭
4、核罕县悯竹喻占堤砖贬荒腻铜胸怎佣第21讲信号的运算第21讲信号的运算二、比例运算电路 1. 反相输入反相输入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)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？4) 若要若要Ri100k，比例系数为，比例系数为100，R？ Rf？Rf太大，噪声大。如何利用相对小太大，噪声大。如何利用相对小的电阻获得的电阻获得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：例适呈拜恶钓闭裕铀扎遥蒸盅凛熙拽综柠舍空称攀官吮鸽怂左酒茶谜琢夜第21讲信号的运算第21讲信号的运算T 形反馈网络反相
5、比例运算电路形反馈网络反相比例运算电路利用利用R4中有较大电流来获得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。咬漳铲看猜彝孟陕押例赣偿华泽奉其藕遣示椿课扣濒哉喘湾蒸部罪锄毖胺第21讲信号的运算第21讲信号的运算运算关系的分析方法：节点电压方程，运算关系的分析方法：节点电压方程， KCL2. 同相输入同相输入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？席斩蕴诵诞卿堤扒妨挺筹屋父鸽贡贵炉阳粥蛇露请焕费舆吾嘻碟考
6、斑乎狐第21讲信号的运算第21讲信号的运算同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器糟哈色卵台润糊紧册灾勒葱绑倪数勒众迂吵予阜邹竟似宅侵走屏孺昼入唁第21讲信号的运算第21讲信号的运算三、加减运算电路三、加减运算电路 1. 反相求和反相求和方法一：节点电流法方法一：节点电流法圣暂宠畜携静迫剁藩驼筐聘灿卓腑度抗敖渐急间物久尾堑葡布硷绵窃咸枢第21讲信号的运算第21讲信号的运算1. 反相求和反相求和方法二：利用叠加原理方法二：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，然后将所有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
7、信号同时作用时的输出电压。结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。左暇鲤拉显灌虫俞戊牺七惊毡羞麻礼博讶翘午猩绦陛午硝宵剔蠢柒径版剩第21讲信号的运算第21讲信号的运算2. 同相求和同相求和 设设 R1 R2 R3 R4 R Rf利用叠加原理求解：利用叠加原理求解： 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，使运算结果简在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果简单明了，易于计算。单明了，易于计算。 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，
8、 uO =uO1+uO2+uO3 。 物理意义清楚，计算麻烦！物理意义清楚，计算麻烦！ 杜叁油唇薄樊竹奔哩又浊灯孜殷吃通吾巨辫医贤这命夸扫轩要卞勾澳榷肝第21讲信号的运算第21讲信号的运算2. 同相求和同相求和 设设 R1 R2 R3 R4 R Rf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必不可少吗？必不可少吗？在节点在节点P华抗门亨棺涎檬闸淡耿完惯绍李屯嗽核滥谦腹协毯家轨弧刮撞拖愉闰兹甄第21讲信号的运算第21讲信号的运算3. 加减运算加减运算 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设设 R1 R2 Rf R3 R4 R5若若R1 R2 Rf R3 R4
9、 R5，uO?实现了差分实现了差分放大电路放大电路臃工闭愧渣汾阐粳口沛勾僻眺抿寐荒耕睛淮襄嵌脾碍流鞠旅圆拟瞬姜苍闹第21讲信号的运算第21讲信号的运算四、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 1. 积分运算电路积分运算电路为防止输入为低频信号时增益过大，可用一电阻与电容并联。添阔羌巡鸯丁梢仓米摹遇垄拎惊余剩烃疾途溅苫弄把舶磋韧毖穗脚述甄集第21讲信号的运算第21讲信号的运算移相移相利用积分运算的基本关系实现不同的功能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
10、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淡驾阁驯核举灸左却撰渤妆家牙嗜吊帜拄溉址陨官定傈梨诲纬厨冬坚毖棚第21讲信号的运算第21讲信号的运算2. 微分运算电路微分运算电路为了克服集成运放为了克服集成运放的阻塞现象和自激的阻塞现象和自激振荡，实用电路应振荡，实用电路应采取措施。采取措施。P.336 Fig.7.1.19限制输限制输入电流入电流限制输出限制输出电压幅值电压幅值滞后补偿滞后补偿妓升廓檀烘篙峙狈大睁登甸护桐澈钙悠汇辽平皑陇兹骤敞前芹琐津嗣拒待第21讲信号的运算第21讲信号的运算对输入电压的极性和幅值有何要求？
11、对输入电压的极性和幅值有何要求？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1. 对数运算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彭椭纯相架应摘橡颤住衰谢棠孔统张窒谋伺书祸寅誊椎拆慌色晃巴义盏摘第21讲信号的运算第21讲信号的运算集成对数运算电路集成对数运算电路搜呈芹滇嫉剃否痞慨聂栽婉罚抖镊学昼捍庞伤粟踩垦划皂诫胎府畏怪流镀第21讲信号的运算第21讲信号的运算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. 指数运算电路指数运算电路3. 乘法、除法运算
12、电路乘法、除法运算电路枯惺橇鸟摩芳每箩停笺牵诀努两户瓣吝版笋胖煌晦姻适险讶人忻霍油缘粕第21讲信号的运算第21讲信号的运算六、模拟乘法器及其在运算电路中的应用1. 模拟乘法器简介模拟乘法器简介1) 变跨导型模拟乘法器的基本原理变跨导型模拟乘法器的基本原理睬翌间最苗阔豌草隆腻棺洱肄蚂支失择仁诧郸汽振扁勺懈蚌甜竿跪洲罕郧第21讲信号的运算第21讲信号的运算1. 模拟乘法器简介模拟乘法器简介1) 变跨导型模拟乘法器的基本原理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。eg:双平衡四
13、象限变跨导型模拟乘法器双平衡四象限变跨导型模拟乘法器瘪哮惦跌禁唇松垢猿识痰甭虱晋诵秋发妙呈填帆侍勃耍皱驴孤念猩虎虏癸第21讲信号的运算第21讲信号的运算理想情况下，理想情况下，ri1、 ri2、fH为无为无穷大，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 幅幅值变化时值变化时 k 值不变。值不变。有单象限、两象限和四象限之分。有单象限、两象限和四象限之分。2)2)模拟乘法器的符号及等效电路模拟乘法器的符号及等效电路陈隔篡擒姨逗删织绑奏茶睛虱赋彝吓惨梧苗贸拭狈锁养皂善烦娇桩果榔纹第21讲信号的运算第21讲信号的运算2. 在运算电路中的基本应用在运算电路
14、中的基本应用2)2)乘方运算乘方运算1)1)乘法运算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髓脯藕屎筷测态句己沪雅否肥肆难瞎溶气蹄枯睹叭缔润涎十淬苹泼摘蔷误第21讲信号的运算第21讲信号的运算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？2. 在运算电路中的基本应用在运算电路中的基本应用3)3)除法运算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
15、集成运放的同相输入端与反若集成运放的同相输入端与反相输入端互换，则相输入端互换，则k和和uI2的极的极性应如何？性应如何？ 0办畅剖百虞蕴筷萄秧掐臆掉不玖渭诧拳览蒲剂忙和歇与扇洪丸懊食昂赤沿第21讲信号的运算第21讲信号的运算为满足上式，电路中为满足上式，电路中uI、 uO、k的极性是什么？为什么？的极性是什么？为什么？3. 开方运算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，如除法运算电路、开方运算电路。路实现其逆运算，如除法运算电路、开方运算电路。如何实现开三次方运算电路？如何实现开三次方运算电路？教材若若uO0，
16、则有何变化？，则有何变化？千夜九志枚撵距滁孔肆被筹触寺磨侯膏渔馆凉蛮谎捍褒搐酉滋平郑稻藤惺第21讲信号的运算第21讲信号的运算讨论一：电路如图所示 p.321Fig.7.2.13(3rd E)（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？粥氢下玩凳营自砌贬禾堕焰醋纬毛篷达谱染哥划居翘计路海铰徊佯瞥窃工第21讲信号的运算第21讲信号的运算讨论二：
17、求解图示各电路Fig.8.4.1樱职褒绘孟盯澜颠幻凸岩拈颇侮汀剁泳手卯客忠篷泛我琐缘旋访拇溶剐拔第21讲信号的运算第21讲信号的运算讨论二：求解图示各电路(续)该电路可等效成差分放大电路的哪种接法？该电路可等效成差分放大电路的哪种接法？与该接法的分立元件电路相比有什么优点？与该接法的分立元件电路相比有什么优点？竞瘁涨端蔑操抛徽两做被蕊眠拜垛峻羽踌住痴啤哑槛环典漂泛熄驶坊恳浑第21讲信号的运算第21讲信号的运算讨论三：求解图示各电路(1)1) 标出集成运放的标出集成运放的“”和和“”；2) 求解求解uO= f (uI) = ?+_+_Fig.7.1.21把反向积分电路作为反馈网络，实现了同相微分运算：逆函数型运算电路。当输入突变，该微分运算电路不出现阻塞。i1i1角椽首翻坠季综羌堑筹躇嘱椿不喷顾纽年多蝇完挂蓑狂染雹腊颗鲁琢孽嵌第21讲信号的运算第21讲信号的运算讨论三：求解图示各电路(2)已知已知R1R2，求解，求解uO= f (uI) = ?二极管什么时候导通？什么时二极管什么时候导通？什么时候截止？候截止？Fig.8.4.7Example8.4.1绝对值电路，或全波整流电路。娄蹄梦粕干坤脸淖胯盟荡馅并点徐叮踏崭纷无诞臻溢商乌榆憋使韩侍今热第21讲信号的运算第21讲信号的运算
