第十五讲信号的运算和处理2有源滤波器-模拟电子技术基础课件.ppt

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1、第七章 信号的运算和处理7.1 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2.2.微分运算电路微分运算电路微分运算电路微分运算电路 为了克服集成运为了克服集成运放的阻塞现象和自放的阻塞现象和自激振荡，实用电路激振荡，实用电路应采取措施。应采取措施。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？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

2、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？2.2.指数运算电路指数运算电路指数运算电路指数运算电路3.乘法、除法运算电路乘法、除法运算电路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六、模拟乘法器及其在运算电路中的应用 为使电路引入的是负反馈，为使电路引入的是

3、负反馈，k和和uI2的极性应如何？的极性应如何？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？讨论二：求解图示各电路 该电路可等效成差分放该电路可等效成差分放大电路的哪种接法？与该大电路的哪种接法？与该接法的分立元件电路相比接法的分立元件电路相比有什么优点？有什么优点？讨论三：求解图示各电路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)=?已知已知R1R2，求解，求解uO=f(uI)=?二极管什么时

4、候导通？什么二极管什么时候导通？什么时候截止？时候截止？+_+_7.2 有源滤波电路有源滤波电路二、概述三、低通滤波器四、高通、带通、带阻滤波器一、频率响应概念一、频率响应的基本概念1.1.研究的问题：研究的问题：研究的问题：研究的问题：放大电路对信号频率的适应程度，即信号频放大电路对信号频率的适应程度，即信号频放大电路对信号频率的适应程度，即信号频放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。率对放大倍数的影响。率对放大倍数的影响。率对放大倍数的影响。由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导由于放大电路中耦

5、合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。函数。函数。函数。在使用一个放大电路时应了解其信号频率的在使用一个放大电路时应了解其信号频率的在使用一个放大电路时应了解其信号频率的在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。率的范围要求。率的范围要求。率的范围要求。（1 1）低通电路：频率响

6、应）低通电路：频率响应）低通电路：频率响应）低通电路：频率响应fHffL时放大时放大倍数约为倍数约为1放大电路的频率参数 在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通高通电路电路低通低通电路电路 在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。损失，放大能力下降。下限频率下限频率上限

7、频率上限频率（3 3）几个结论）几个结论）几个结论）几个结论 电路低频段的放大倍数需乘因子电路低频段的放大倍数需乘因子 当当 f=fL时放大倍数幅值约降到时放大倍数幅值约降到0.707倍倍；当当 f=fH时放大倍数幅值也约降到时放大倍数幅值也约降到0.707倍倍。截止频率决定于电容所在回路的时间常数截止频率决定于电容所在回路的时间常数电路高频段的放大倍数需乘因子电路高频段的放大倍数需乘因子 频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。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

8、想滤波器的幅频特性理想滤波器的幅频特性理想滤波器的幅频特性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3.3.无源滤波电路和有源滤波电路无源滤波电路和有源滤波电路无源滤波电路和有源滤波电路无源滤波电路和有源滤波电路 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，不能输出高电路的滤波参数不随负载变化，可放大，不能输出高电压大电流。压大电流。有源滤波电路有源滤波电路

9、有源滤波电路有源滤波电路 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负载电阻1.1.同相输入同相输入同相输入同相输入（1 1 1 1）一阶电路：幅频特性）一阶电路：幅频特性）一阶电路：幅频特性）一阶电路：幅频特性 为了使过渡带变窄，需采为了使过渡带变窄，需采用多阶滤波器，即增加用多阶滤波器，即增加RC环环节。在节。在Au(s)表达式分母中表达式分母中s的的方次就是滤波器的阶数。方次就是滤波器的阶数。2.2.反相输入低通滤波器反相输入低通滤波器反相输入低通滤波器反相输入低通滤波器积分运算电路的传递函数为积分运算电路的传递函数为加加R2后，后，f0，C 断开，通带放大倍数，断开，

10、通带放大倍数，运算电路与有源滤波器的比较n n相同之处相同之处相同之处相同之处 电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性区。线性区。线性区。线性区。均具有均具有均具有均具有“虚短虚短虚短虚短”和和和和“虚断虚断虚断虚断”的特点，均可用节点电的特点，均可用节点电的特点，均可用节点电的特点，均可用节点电流法求解电路。流法求解电路。流法求解电路。流法求解电路。n n不同之处不同之处不同之处不同之处 运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的运算电路研究的是时域

11、问题，有源滤波电路研究的运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。量输出电压幅值与输入电压频率的关系。量输出电压幅值与输入电压频率的关系。量输出电压幅值与输入电压频率的关系。运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。滤波特性。滤波特性。滤波特性。