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1、第第6 6章章 信号的运算与处理电路信号的运算与处理电路6.1 6.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器6.2 6.2 信号运算电路信号运算电路6.4 6.4 有源滤波器有源滤波器6.3 6.3 集成模拟乘法器集成模拟乘法器6.1 6.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器1.1.理想集成运放的特征理想集成运放的特征2.2.理想集成运放工作在线性区理想集成运放工作在线性区( (加深度负反馈加深度负反馈) )+_因为因为所以所以反相端与同相端等反相端与同相端等电位电位输入电流近似为零输入电流近似为零3.3.理想集成运放工作在非线性区理想集成运放工作在非线性区( (开环或加正反馈开环或加正反
2、馈) ) 在这种情况下在这种情况下, ,即使输入信号即使输入信号 很小很小, ,也会进入饱和也会进入饱和, ,其输出信号幅度接近电源电压其输出信号幅度接近电源电压, ,输输出电压仅有两种取值出电压仅有两种取值当当 时时 , , 当当 时时 , , 6.26.2 信号运算电路信号运算电路一一. 比例运算电路比例运算电路1.反相比例运算电路反相比例运算电路i1=if （虚断）虚断）u+ =0 u=u+=0（虚地）虚地）2. 同相比例运算电路同相比例运算电路u-= u+= uii1 = if （虚断）虚断）电压跟随器电压跟随器此电路是同相比此电路是同相比例运算的特殊情况，例运算的特殊情况，输入电阻大
3、，输出输入电阻大，输出电阻小。在电路中电阻小。在电路中作用与分立元件的作用与分立元件的射极输出器相同，射极输出器相同，但是电压跟随性能但是电压跟随性能好。好。3.3.差动比例运算电路差动比例运算电路 ui1作用作用 ui2作用作用则则有：有：(1) 反相加法器反相加法器：若若R1 =R2 = Rf i1 + i2= if1. 1. 加法运算电路加法运算电路二二. 加减运算电路加减运算电路(2)同相加法器同相加法器当当R1 = R2 = Rf = R时时, 2. 2. 减法运算电路减法运算电路1. 1. 积分电路积分电路三三. . 积分和微分电路积分和微分电路例例: : 画画出出在在给给定定输输
4、入入波波形形作作用用下下积积分分器器的的输出波形。输出波形。tui0212345tuo0-2-4-6例例2：输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。tui0tuo02.2.微分电路微分电路u-= u+= 01. 1. 对数电路对数电路四、对数和反对数运算电路四、对数和反对数运算电路 利用利用PNPN结的指数特性实现对数运算结的指数特性实现对数运算 2. 2. 反对数电路反对数电路五、乘除运算五、乘除运算 1. 1. 乘运算电路乘运算电路 用对数、反对数电路实现用对数、反对数电路实现 2.2.除运算电路除运算电路uuu对数运算对数运算X对数运算对数运算Y减法运算减法运算反对数运算反对数运
5、算lnuXuYlnuXlnYlnu-o)ln(lnlnyxuuee- -= = =yuxu对于差放有：对于差放有：6.3 集成模拟乘法器集成模拟乘法器 一一. .基本原理基本原理二、模拟乘法器的符号二、模拟乘法器的符号 三、模拟乘法器的应用三、模拟乘法器的应用 1. 1. 乘法运算乘法运算立方运算电路立方运算电路 2. 2. 平方和立方运算平方和立方运算平方运算电路平方运算电路uo=KuXuYuo=K(ui)2uo=K2(ui)33. 3. 除法运算电路除法运算电路如果令如果令K= R2 / R1则则:注意：为保证电路为负反馈，必须有：注意：为保证电路为负反馈，必须有： 有有源源滤滤波波器器实
6、实际际上上是是一一种种具具有有特特定定频频率率响响应应的放大器。的放大器。 滤波器的功能：对频率进行选择滤波器的功能：对频率进行选择, ,过滤掉噪过滤掉噪声声 和干扰信号，保留下有用信号。和干扰信号，保留下有用信号。 6.4 6.4 有源滤波电路有源滤波电路 滤波器的分类：滤波器的分类： 低通滤波器（低通滤波器（LPFLPF） 高通滤波器（高通滤波器（HPFHPF） 带通滤波器（带通滤波器（BPFBPF） 带阻滤波器（带阻滤波器（BEFBEF）|A|0C通通带阻阻带A0|A|0CA0阻阻带通通带|A|0C1A0阻阻阻阻C2通通|A|0C1A0阻阻C2通通通通 各种各种滤波器理想的幅频特性：滤波
7、器理想的幅频特性：（1 1）低通）低通（2 2）高通）高通（3）带通）带通（4）带阻）带阻1. 1. 一阶一阶RCRC低通滤波器低通滤波器( (无源无源) )一一. . 低通有源滤波器低通有源滤波器传递函数：传递函数：幅频特性：幅频特性：截止频率：截止频率：0.707 H截止频率截止频率01|A|此电路的缺点：此电路的缺点：1、带负载能力差。、带负载能力差。2、无放大作用。、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。、特性不理想，边沿不陡。2.一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器传递函数：传递函数：通带增益：通带增益：截止频率：截止频率：幅频特性：幅频特性： H0.707 1+Rf/R101+Rf
8、/R1|A|-20dB/10-20dB/10倍频倍频3.二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器传递函数：传递函数： H0.707（1+Rf/R1）01+Rf/R1|A|截止频率：截止频率：-40dB/10-40dB/10倍频倍频幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线传递函数：传递函数：通带增益：通带增益：截止频率：截止频率：二二. . 高通有源滤波器高通有源滤波器1.1.一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器幅频特性：幅频特性：缺点：阻带衰减太谩。缺点：阻带衰减太谩。幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线01+Rf/R10.707(1+Rf/R1) L|A|2. 二阶有源高通滤波器二阶
9、有源高通滤波器由此绘出频率响应特性曲线由此绘出频率响应特性曲线 （2 2）通带增益）通带增益（1）幅频特性：）幅频特性：其中：其中： 可由低通和可由低通和高通串联得到高通串联得到低通截止频率低通截止频率高通截止频率高通截止频率必须满足必须满足三三. . 有源带通滤波有源带通滤波器器 可由低通和高通并联得到可由低通和高通并联得到必须满足必须满足四四. . 有源带阻滤波有源带阻滤波器器本章小结本章小结1集集成成运运放放可可以以构构成成加加法法、减减法法、积积分分、微微分分、对对数数和和反反对对数数等等多多种种运运算算电电路路。在在这这些些电电路路中中，均均存存在在深深度度负负反反馈馈。因因此此，运
10、运放放工工作作在在线线性性放放大大状状态态。这这时时可可以以使使用用理理想想运运放放模模型型对对电电路路进进行行分分析析，“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念是电路分析的有力工具。的概念是电路分析的有力工具。2集集成成模模拟拟乘乘法法器器是是一一种种重重要要的的模模拟拟集集成成电电路路，在在信信号号处处理理和和频频率率变变换换方方面面得得到到了了广广泛泛的的应应用用。集集成成模模拟拟乘乘法法器器内内部部电电路路较较为为复复杂杂，对对生生产产工工艺艺的的要要求求也也较较高高。熟熟练练掌掌握握这这种种器器件件在在各各种种运运算算电电路路中中的的使用方法，是要求的重点。使用方法，是要求的重点。3有有源源滤滤波波器器是是一一种种重重要要的的信信号号处处理理电电路路，它它可可以以突突出出有有用用频频段段的的信信号号，衰衰减减无无用用频频段段的的信信号号，抑抑制制干干扰扰和和噪噪声声信信号号，达达到到选选频频和和提提高高信信噪噪比比的的目目的的。实实际际使使用用时时，应应根根据据具具体体情情况况选选择择低低通通、高高通通、带通或带阻滤波器，并确定滤波器的具体形式。带通或带阻滤波器，并确定滤波器的具体形式。
