信号运算与处理-基本运算电路

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1、模拟电子技术基础北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院主讲：赵建辉第七章信号的运算和处理(1.信号运算电路)7.1概述7.2基本运算电路7.3模拟乘法器及应用(X)7.4有源滤波电路7.5预处理放大电路(X)第7章信号的运算与处理本节课内容7.集成运放重点：集成运算放大电路应用难点：1.集成运算放大电路模型及分析方法2.主要运算电路应用(分析与设计)重点难点问题提出1.理想运放及其模型?2.理想运放的“虚短”“虚短”概念？3.基本“运算”的内容？4.运算放大电路的分析与设计（重点掌握）7.1电路系统概述以集成运放为主，组成的模拟电子系统概述:（1）系统组成及各部分功能。

2、（2）集成运放的理想模型。获取（传感）:小信号，驱动能力小，易被干扰（S/N小）预处理:隔离/滤波/阻抗匹配/线性化/预放加工:比例放大/加减/乘除/积分/微分等运算处理执行：功放/驱动执行结构要求：线性（不失真），稳定，抗干扰能力强7.1.1电子信息系统组成7.1.2理想运放模型一.理想运放性能指标差模增益：Aod=∞差模型输入电阻：rid=∞共模抑制比：KCMR=∞上限截止频率：fH=∞输入失调电压与温漂：UIO=0，dUIo/dT=0输入失调电流与温漂：IIO=0，dIIO/dT=0＋－u－u+uo－＋＋u－u+uoAo国际符号国内符号同相输入端反相输入端二、理

3、想运放工作在线性区（放大）的特点电压传输特性饱和区饱和区斜率：放大倍数Aod>１０５正电源负电源线性区:原则：必须引入负反馈特征：虚短：虚断：三、理想运放工作在非线性区（饱和／截止）特点电压传输特性判断原则：没有引入负反馈特征：电压：电流：虚断，但不是虚短。7.2基本运算电路运算：输出信号（电压/电流）大小是输入信号（电压/电流）的数学运算（函数）。即输入电压变化时，输出电压按照一定数学规律（比例/加减/积分/微分/对数/指数）变化。显然：集成运放必须工作在线性区（负反馈）。7.2.1比例运算电路作用：将信号按比例放大或缩小（稳定倍数）类型：同相比例放大和反相比例放大。

4、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。i1=i2uo_++R2R1RPuii1i21.放大倍数一、反相比例运算电路结构特点：信号从反相端输入。电压并联负反馈引到反相输入端。虚短路虚开路2.电路的输入电阻Ri=R1平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。RP=R1//R2uo_++R2R1RPuii1i2为保证一定的输入电阻，当放大倍数较大时，需增大R2，而大电阻精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。4.共模输入电压电位为0，虚地输入电阻小、共模电压为0以

5、及“虚地”是反相输入的特点。_++R2R1RPuii1i23.输出电阻深度电压并联负反馈输出电阻很小！Ro≈0反相比例电路的特点：1.共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。3.由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。4.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。如何改善。uo_++R2R1RPuiR4R3i1i2i4i3MT型反比例运算电路:i1=i2虚短路虚开路思路:Uo表示为UI的函数结果分析:R3=∞时,比例关系与基本反相放大电路相同。在放大倍数较大时，通过减小

6、R3，提高放大倍数，可避免使用大电阻。但R3的存在，削弱了负反馈。为了保证深度负反馈，应采用开环增益高的运放。二、同相比例运算电路_++R2R1RPuiuou-=u+=ui反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。虚短路虚开路结构特点：信号从同相端输入，负反馈引到反相输入端。同相比例电路的特点：3.共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。1.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。_++uiuo此电路是电压串联负反馈，输入电阻大(∞)，输出电阻小(0)，在电路中作用与分立元件的射随器相同，但是电

7、压跟随性能好（压控恒压源）。三、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(Rf=0/R1=∞)。电压跟随器应用（P380-F7.12）作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大或缩小。类型：同相求和与反相求和。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。7.2.2加减运算电路加减电路分析方法：同输入端：求和。不同输入端：求差。计算思路：（１）节点法（单输入）（２）叠加法（多输入）一、反相求和运算R12_++R2