第6章-信号的运算和处理

外接负反馈不接任何反馈外接正反馈各种运算电路（定性、定量分析都要求）单限电压比较器（定性、定量分析都要求）滞回电压比较器（定性定量分析都要求）外接正、负反馈振荡电路（定性要求）、有源滤波电路（定性要求）北京科技大学自动化学院第6章信号的运算和处理基本运算电路要求1.熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图，以及输出电压与输入电压的运算关系式；2.掌握以上基本运算电路的级联组合的计算（多运放）；3.会用“虚短路”和“虚开路”分析给定的运算电路；4.能设计简单的加减和积分运算电路46.1.2比例运算电路作用：将信号按比例放大。类型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。50PNuuiR=iFfOIRuRuRRuuAufIO(1)放大倍数虚短路虚开路1.反相比例运算电路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。虚开路62.同相比例运算电路uN=uP=uIRuRuuIfIOIfO)1(uRRuRRuuAufIO1虚短路虚开路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。虚开路反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。iF=iR7IPNOuuuu此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。3.电压跟随器结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。86.1.3加减运算电路作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。类型：同相求和、反相求和等。方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。91.反相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。102.同相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。4321PfN////////RRRRRRRRN110)11(fOfNRuRRu)(3I322I11INPfORuRuRuRRRu注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。由于虚开路3I322I11I4321P)1111(RuRuRuRRRRu)(3I322I11IfORuRuRuRuRP=RNNPuu虚短路N12实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。543Pf21N////////RRRRRRRR3.单运放加减运算电路13PNuu虚短路虚开路)(])([44I33I22I11If4I43I3NP22I11IfORuRuRuRuRRuRuRRRuRuRuR1//R2//Rf=R3//R4//R544I33I543p)111(RuRuRRRu2I21I1fOf21N)111(RuRuRuRRRu虚开路14)(1I2IfOuuRRu单运放加减电路特例：差分比例运算电路∵RN=R//RfRP=R//Rf差分比例运算电路放大了两个信号的差,但它的输入电阻不高(=2R),这是由于反相输入造成的。15-RF1++ui1uo1R1ui2R2R3-RF2++uoR4ui3R5R625461213////,////FFRRRRRRRR)(221111RuRuRuiiFo53221141253412)()(RuRuRuRRRRuRuRuiiiFFioFo4.双运放加减运算电路165.三运放加减运算电路uo2++A–+ARRRWui1ui2uo1ab+R1R1–+AR2R2uo+•三运放电路是差分放大电路，放大倍数可调。•由于输入均在同相端，故此电路输入电阻高。171)它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。2)关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。3)关于共模电压：同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。比例、加减运算电路18tuCiddOC)(d1d11OIIO21tutuRCtuRCutt6.1.4积分和微分运算电路1.积分运算电路：RuiRI反相比例电路中Rf→C实用电路中，防止低频信号增益过大19线性积分波形变换移相积分运算电路在不同输入情况下的波形阶跃信号方波正弦波202.微分运算电路：反相比例电路中R→CtuCiddICtuRCuddIORuiRO21存在问题：①阻塞现象②自激振荡限制输入电流限制输出电压幅值滞后补偿实用电路221.一阶有源低通滤波器特征频率：fo=1/(2πRC)截止频率：fp=fo=1/(2πRC)通带放大倍数：Aup=1+R2/R1sRCRRsAu11)1()(126.3.2低通滤波器232.简单二阶有源低通滤波器212)(311)1()(sRCsRCRRsAu截止频率：fp≈0.37fo通带放大倍数：Aup=1+R2/R1246.3.3其它滤波电路1.高通滤波电路压控电压源二阶高通滤波电路无限增益多路反馈二阶高通滤波电路构成方法:低通滤波电路中的R→C,C→R252.带通滤波电路构成方法:由低通和高通滤波器串联组成压控电压源二阶带通滤波电路要求：fpLfpH263.带阻滤波电路要求：fpLfpH常用电路双T网络构成方法:由低通和高通滤波器并联组成无源滤波器带负载能力差无放大作用特性不理想，边缘不陡用于高电压大电流有源滤波器滤波参数不随负载变化可以放大信号处理电路不宜用于高频范围