模拟电子线路大连理工第九章

第九章信号处理与信号产生电路9.1基本线性运放电路9.2同相输入和反相输入放大电路的其他应用9.3模拟乘法器及应用9.4有源滤波电路9.5正弦波振荡电路的振荡条件9.6RC正弦波振荡电路9.7LC正弦波振荡电路9.8非正弦信号产生电路第九章信号处理与信号产生电路据虚断:Ii′0，则IiIf;且V+09.1基本线性运放电路9.1.1反相放大电路虚地据虚短，V-V+0电压增益:1i=RVIiffo=R-IVfiR-Iio=VVAVf1fRR-+VoR'RfR1⊕IfIiI'iAVi+-+-据虚断，V+=Vi据虚短，V-V+=Vi9.1.2同相放大电路f11o=RRRVV电压增益:io=VVAVf1f1RRiV+-VoRRfR1⊕AVi+-+-⊕分析1）“虚短”+“虚断”；方法：2）叠加定理1ffvioRR1A)v(vv1fvRRAf特例：1Avf1Avf反号器同号器-+VoR'RfR1⊕IfIiI'iAVi+-+-+-VoRRfR1⊕AVi+-+-⊕-+voR'RfR2Avi2R1RLvi11、反相加法器9.2.1求和电路)vRRvRR(vi22fi11foov2ii1fiii2i21i1foRvRvRv方法一：：“虚短”+“虚断”方法二：：叠加定理i11fvRRi22fvRRf21RRR'R9.2同相输入和反相输入放大电路的其他应用调节反相加法电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。ii1ii2if2、同相加法器推导略！-+voR'RfR2Avi2RRLvi1R19.2.2求差电路1、利用加法器vi2-vi1=)vRRvRR(vi22fi11foi11fi22fi22fi11fovRRvRR))v(RRvRR(v反号器（-1）vi2+(-vi1)-+R/2RRAvi2-+voR'RfR2AR1RLvi1vi2叠加定理Vi1作用i11fovRRvVi2作用i21fov2R'R'R)RR1(v综合：i21fi11fov2R'R'R)RR1(vRRv)vv(RR)vv(RRvi1i21fi2i11fo21fR'RRR若2.差动减法电路-+voR'RfR2AR1RLvi1仪用放大器(仪表放大器、测量放大器、三运放电路）v4+A1–A2R2R2R1v1v2v3ab+voR3R3–A3R4R4+虚短：虚断：v4+A1–A2R2R2R1v1v2v3ab+1vva2vvbiR11Ri1Rvvba21432RRvv))(21(1243bavvRRvv•三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。•由于输入均在同相端，此电路共模抑制比高，输入电阻高。v3voR3R3–A3R4R4+v4ov)(4334vvRR))(21(211234vvRRRR21vvvAvo)21(1234RRRR例：由数据放大器组成的温度测量电路。Vcc=+5VRRRRtviRt：热敏电阻集成化:仪表放大器voR1R1R2R2RRRW+-A1+-A2+-A31.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.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。比例运算电路与加减运算电路小结Rvii虚地tiCvvd1CCOtRCVtvRCvIiOd11.积分电路tdvRC1i例：Vi是阶跃直流电压VI时电容初始电压:d10i0CCovtvRCvv9.2.3积分电路和微分电路-+voCRiCiAvi+-vcRiRivCROtdvdRCCtdvdRCI2.微分电路-+voCRiCiRAvi+-vc3.对数和反对数电路1、对数电路i1iD工作原理voviRPRDRviiiD1oDvvTDTDVvsVvsDeIeIi)1(TDVvsieIRvTDSiVvRIvlnSiTDoRIvVvvln设vi0，D导通，则有∵∴缺点：（1）因VT和IS是温度的函数，故运算精度受温度的影响。（2）小信号时与1相差不多，因而误差大。（3）大电流时，伏安特性与PN结方程差别大，故上式只在小电流时成立。TDVve1、对数电路i1iD改进措施：uouiRPRD（1）以三极管代替二极管，以获得较大的工作范围。SCTBEVvsVvsECIiVveIeIIiTBETBEln)1(RviiiC1SiToRIvVvlnmv26BEv时BEovv而voviRPRi1iC注意：vI必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏2、指数运算电路vivoRPRDifi1RvieIiofVvSDTiTiVvSoeRIv此电路也存在温度影响的问题。vivoRPRifiC具有温度补偿的对数运算器uiR1Rp－＋A1－＋A2uoV1V2i1IRR＋UCCR3R2θ对管RTA－＋A1uo＝Kui1·ui2ui1“对数”“对数”“相加器”“反对数”(a)ui2－＋A2－＋A3－＋A4－＋A1uo＝Kui1“对数”“对数”“相减器”“反对数”(b)ui2－＋A2－＋A3－＋A4ui1ui2RR′RRRRRRR(a)乘法器；(b)除法器综合运算电路加减法运算器反对数运算器vo对数运算器vi3lnvi3对数运算器vi2lnvi2对数运算器vi1lnvi1同相运算器mlnvi1反相运算器-nlnvi2321321lnlnlnlninimiiiivvvvvnvm321inimivvv功能:乘、除、开方、乘方等;应用:模拟运算、通信(如调幅)、测控系统、电气测量和医疗仪器等许多领域。9.3模拟乘法器及应用概述功能：实现两个模拟量相乘YXO=vKvv其中K为比例因子，量纲:V-1符号：vovXKxyvYvovXKvY9.3.1基本原理1.对数反对数型实现框图)vlnv(lnvvlnyxyxyxeevv9.3.2乘法器应用1.乘积和乘方运算电路2.除法运算电路3.开平方运算电路4.开立方运算电路(1)相乘运算模拟相乘器立方运算电路(2)平方和立方运算平方运算电路1.乘法运算电路vovXKvYvo=KvI2vIKvo=K2vI3KvIK据虚断21ii2O111RvRv2O1OvKvv2112OvvKRRv如果令K=R2/R1则21Ovvv工作（负反馈）条件？112O1vRRv02v2.除法运算电路vo1v2-+voR1i1Av1i2R2K)(1112OvRRKvv1为负值！2OO1Kvv负反馈条件？112O1vRRv3.开平方运算电路vo1-+voR1i1Av1i2R2K2OO1Kvvx12O2vRRv3X212O=vKRRv3O2OO1O2==vKvKvv4.开立方运算电路vo2v02-+voR1AvxR2KK一、基本概念及初步定义二、一阶有源滤波电路•高通滤波•低通滤波•基本概念•分类三、二阶有源滤波电路•高通滤波•低通滤波•带通滤波•带阻滤波•带阻滤波•带通滤波9.4有源滤波电路9.4.1基本概念及初步定义1.基本概念)()()(iosVsVsA滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号得电子装置。有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。)(Itv)(Otv滤波电路滤波电路传递函数定义时，有js)(je)j()j(AA)()j(A其中)j(A)(——模，幅频响应——相位角，相频响应时延响应为)(d)(d)(s2.分类——按幅频特性分低通（LPF）用于工作信号为低频（或直流），并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合——整流后滤波。高通（HPF）用于信号处于高频，并且需要削弱低频的场合——阻容放大器的耦合。带通（BPF）用于突出有用频段的信号，削弱其它频段的信号或干扰和噪声——载波通信。带阻（BEF）用于抑制干扰。全通（APF）通阻通Avω阻通Avω通阻Avω阻阻通Avω3、无源滤波电路和有源滤波电路无源滤波电路：由无源元件R、L、C组成的滤波电路。有源滤波电路：由晶体管和R、C网络组成的滤波电路。RviRLCvoviRLCLvo4、由集成运放（工作在线性区）和RC网络组成的有源滤波电路的优点：（1）体积小，重量轻，不需要加磁屏蔽。（2）电路中的集成运放可以加串联负反馈，使Ri高，Ro低。（3）除起有源滤波作用外，还可以放大，而且放大倍数容易调节。1、一阶RC有源滤波电路二、低通滤波器RviCvo最简单的滤波电路缺点：带负载的能力差，例如R=27k，RL=3k，对于直流而言，vo只有vi的十分之一，而当RL断开时，vo=vi，0111111jRCjCjRCjvvioiuu0RC10其中当为了提高带负载的能力，可以减小R，提高C，但这不现实，此时可以加电压跟随器，以提高带负载的能力。n01)(sAsA传递函数2n0)(1)j(AA其中特征角频率1f01RRARC1n故，幅频相应为1、一阶RC有源滤波电路9.4.2一阶有源滤波电路+-+voCRfRAvI+--RLvP(a)具有电压跟随器的低通滤波电路+-+voCRfRAvI+--RLvP(b)带同相比例放大电路的低通滤波电路R12.高通滤波电路可由低通和高通串联得到1111CR必须满足3.带通滤波电路A0A2A1A0阻带阻碍阴通带测评通带阻碍阴阻带阻碍阴通带测评通带阻碍阴OO12AA0O21通带测评阻带阻碍阻带阻碍低通特征角频率2221CR高通特征角频率12vovIR-+AC-+voC1R1A1vIR2-+A2C24.带阻滤波电路可由低通和高通并联得到必须满足12A0A2A1A0阻带阻碍阴通带测评通带阻碍阴阻带阻碍阴通带测评通带阻碍阴OO12AA0O12通带测评阻带阻碍通带测评一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频程），与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求不高的场合。vI-+-+C1R1-+voRRRC2R29.4.3二阶有源滤波电路1.压控电压源低通滤波电路1fF/1RRAV)()(PoFsVsVAV压控电压源电路（VCVS）)(/1/1)(APsVsCRsCsV对于滤波电路，有RsVsV)()(AisCsVsV/1)()(oA0)()(PARsVsV得滤波电路传递函数)()()(iosVsVsA2FF)()-(31sCRsCRAAVV（二阶）vI-+voRfR1同相比例放大电路vPCRCRvAA1.压控电压源低通滤波电路F0VAARC1n令称为通带增益)()()(iosVsVsA2FF)()-(31sCRsCRAAVVF31VAQ称为特征角频率称为等效品质因数则2nn22n0)(sQsAsA滤波电路才能稳定工作时，，即当303FFVVAA注意：用代入，可得传递函数的频率响应：js1.压控电压源低通滤波电路2n22n0)()(11lg20)j(lg20QAA归一化的幅频响应相频响应2nn)(1arctg)(Q1.压控电压源低通滤波电路归一化的幅频响应波特图2.压控电压源高通滤波电路将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。传递函数2nn220)(sQssAsA2n22n0)(1)(1lg20)j(lg20QAA归一化的幅频响应滤波电路才能稳时，3FVA定工作vI-+voRfR1同相比例放大电路vPCRCRvA3.压控电压源带通滤波电路可由低通和高通串联得到vI-+voRfR1CR3=2RC1=CRR2=R3.压控电压源带通滤波电路令传递函数2FF)()-(31)(sCRsCRAsCRAsAVVFF0-3VVA