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信号运算与处理电路模电讲义
随着集成电路技术的发展,各种各样的集成电路不断涌现。它们被工 程技术人员当作积木块构成各种电子系统。本章讨论运放和乘法器的一些 典型应用电路。 ? 第7章在讨论在深度负反馈条件下对负反馈电路进行近似计算时,曾经 得出两个重要概念: ? 1. 集成运放两个输入端之间的电压通常接近于零,即 vI = vN – vP ? 0, 若理想化, vI =0,称为虚短。 2. 集成运放两输入端几乎不取电流,即 iI ? 0 , 若理想化, 则 iI =0, iN = iP=0 ,称为虚断 。 ? 利用这两个概念分析各种运算与处理电路的线性工作(运放 组成的电路是负反馈电路)情况将十分方便。 8.1 基本运算电路 ? 运放构成的基本运算电路主要有:比例、加法、减法、微分、积分电路。 ? 在分析时,要注意输入方式,判别反馈的类型,利用虚短、虚断的概念,得出近似的结果。 ? 比例放大器 1. 反相比例 ? 输入信号从反相输入端接入; 2. 同相比例 ? 输入信号从同相输入端接入, ? 引入了电压串联负反馈, 利用虚短和虚断的概念,有 2. 利用差分式电路实现减法运算 ? 电压增益 输入信号从两个输入端接入,放大的是两输入信号之差,因此称为差分 式放大器。电路引入了电压负反馈。 利用虚短和虚断的概念,有 例 8.1.1 图 8.1.4所示为一高输入阻抗,低输出阻抗的仪用放大器。假设集成运放是理想的,试证明 8. 1. 3 积分电路 ? 输入信号从反相端输入,称 为反相积分电路。 利用虚断和虚地概念 图 8.1.5积分器实际应用时,由于集成运放的输入失调电压、 输入偏置电流和失调电流的影响,常出现积分误差。应选用 VIO、 IIO、 IIB 较小和低漂移运放,并在同相端接入可调平衡电 阻。 ? 积分电容的漏电流也是产生积分误差的一个原因。 8.1.4 微分电路 如反相比例电路的输出电压可写成 8.2 实际运放运算电路的误差分析 上面讨论基本运算电路时,认为运放是理想的,即认为它的增益和输入 电阻及共模抑制比无穷大,输出电阻为零,失调电流和电压及其温漂为零。 实际运放,除增益、输入和输出电阻接近理想,所带来的误差可忽略外, 而共模抑制比,失调电流和电压及其温漂的存在将在电路输出端产生误差 ,影响运算精度。 1 共模抑制比为有限值的情况 以同相运算电路为例来讨论。 ? 由上式可知,运放的开环增益 AVO 和 共模抑制比KCMR 越大,运算电路的增益 AVF 越接近理想情况下的值。 2. 输入失调电压和失调电流不为零时的情况 8.3 对数和反对数运算电路 8. 3. 1 对数运算电路 8. 3.2 反对数运算电路 ? 电路的输出电压和输入电压成反对数关系。 8 . 4 模拟乘法器 8.4.1 基本概念 ? 实现两模拟输入信号相乘的电路称为模拟乘法器。 ? 集成模拟乘法器主要有两种结构形式:一类由对数和 反对数电路构成;另一类为变跨导式。 ? 分同相和反相模拟乘法器。 ? 右图为模拟乘法器的电 路符号,K 为比例常数。 2. 开平方电路 电路如图所示,由虚地的概念有 正电压开平方电路如图8.4.5 所示, 分析可知, v1 为正时,电路为负反馈。 8. 5 有源滤波电路 ? 滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制(或大 为衰减)无用频率信号的电子装置。 ? 常用作信号处理、数据传送和抑制干扰等。 ? 本节主要讨论的有源模拟滤波器是由电阻、电容和集成 运放构成。 ? 有源模拟滤波器具有输入阻抗大、输出阻抗低的特点并 具有一定的电压放大和缓冲作用。 ? 有源模拟滤波器存在工作频率难以作的很高。 8. 5. 1 基本概念和初步定义 滤波电路的一般结构如图8.5.1 所示。假定滤波电路为线性 时不变网络,在复频域内有 2 有源滤波器的分类 ? 通带 : 复频响应中, 传递函数值不变所对应的频率范围。 ? 阻带: 信号受阻或衰减的频率范围 。 ? 截止频率 : 通带和阻带的界限频率。 ? 按照通带和阻带的相互位置不同,滤波器分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)和带阻(BRF)滤波器四种类型。 1. 一阶低通滤波器 一阶滤波器包含一个RC电路。图6.3
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