《信号的运算和处理》PPT课件
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信号的运算和处理
物理意义清楚，计算麻烦！
在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果 简单明了，易于计算。
第1-19页
■
第7章信号的运算和处理
2. 同相求和 设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf i1 i2 i3 i4
必不可 少吗？
uI1 uP uI2 uP uI3 uP uP
第1-17页
R1 R■ 2 R3
第7章信号的运算和处理 方法二：利用叠加原理
同理可得
uO1
Rf R1
uI1
uO2
Rf R2
uI2
uO3
Rf R3
uI3
第1-18页
uO
uO1
uO2
uO3
Rf R1
uI1
Rf R2
uI2
Rf R3
uI3
■
第7章信号的运算和处理
2. 同相求和
设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf
利用叠加原理求解： 令uI2= uI3=0，求uI1单独
作用时的输出电压
uO1
(1
Rf R
)
R2 ∥ R3 ∥ R4 R1 R2 ∥ R3 ∥ R4
uI1
同理可得， uI2、 uI3单独作用时的uO2、 uO3，形式与 uO1相同， uO =uO1+uO2+uO3 。
理想特性 实际特性
线性区
ui
O
饱和区
第1-4页
–UOM
■
第7章信号的运算和处理
2. 集成运放的线性工作区: uO＝Aod(uP－ uN)
在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果 简单明了，易于计算。
第1-19页
■
第7章信号的运算和处理
2. 同相求和 设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf i1 i2 i3 i4
必不可 少吗？
uI1 uP uI2 uP uI3 uP uP
第1-17页
R1 R■ 2 R3
第7章信号的运算和处理 方法二：利用叠加原理
同理可得
uO1
Rf R1
uI1
uO2
Rf R2
uI2
uO3
Rf R3
uI3
第1-18页
uO
uO1
uO2
uO3
Rf R1
uI1
Rf R2
uI2
Rf R3
uI3
■
第7章信号的运算和处理
2. 同相求和
设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf
利用叠加原理求解： 令uI2= uI3=0，求uI1单独
作用时的输出电压
uO1
(1
Rf R
)
R2 ∥ R3 ∥ R4 R1 R2 ∥ R3 ∥ R4
uI1
同理可得， uI2、 uI3单独作用时的uO2、 uO3，形式与 uO1相同， uO =uO1+uO2+uO3 。
理想特性 实际特性
线性区
ui
O
饱和区
第1-4页
–UOM
■
第7章信号的运算和处理
2. 集成运放的线性工作区: uO＝Aod(uP－ uN)
第7章 信号的运算和处理
1. 积分电路
放电 i1 uI R － 充电 R′ ＋ ＋ uC C ∞ ＋ － iC
uO
图 7 – 11 反相积分电路基本形式
第7章 信号的运算和处理
由电路得
uO uC u
0 , 并且
因为“-”端是虚地, 即u
uC
1 iC dt uC (0) C
称为电容端电
式中uC(0)是积分前时刻电容C上的电压,
输出电阻为
U i1 I1 U i2 I2 U i3 I3
R1 R2 R3
ro 0
第7章 信号的运算和处理
2. 同相求和电路
If I1 Ia Ib Ic Ra Rb Rc I ＋ R1 － ∞ ＋ Uo Rf
Ui Ui Ui
1 2 3
图 7 – 8 同相求和电路
第7章 信号的运算和处理
均为零。 (5) 共模抑制比CMRR=∞; (6) 输出电阻rod=0; (7) -3dB带宽fh=∞;
(8) 无干扰、 噪声。
第7章 信号的运算和处理
7.1.3 集成运放的线性工作区
放大器的线性工作区是指输出电压Uo与输入电压Ui成
正比时的输入电压Ui的取值范围。记作Ui min～Ui max。 Uo与Ui成正比, 可表示为
U i3 U Rc
0
第7章 信号的运算和处理
因为
U i1 U i2 U i3 U R R R R b c a
'
式中 R′=Ra∥Rb∥Rc，所以
Uo
R1 R f R1
U i1 U i2 U i3 R R R R b c a
第7章 信号的运算和处理
放电 i1 uI R － 充电 R′ ＋ ＋ uC C ∞ ＋ － iC
uO
图 7 – 11 反相积分电路基本形式
第7章 信号的运算和处理
由电路得
uO uC u
0 , 并且
因为“-”端是虚地, 即u
uC
1 iC dt uC (0) C
称为电容端电
式中uC(0)是积分前时刻电容C上的电压,
输出电阻为
U i1 I1 U i2 I2 U i3 I3
R1 R2 R3
ro 0
第7章 信号的运算和处理
2. 同相求和电路
If I1 Ia Ib Ic Ra Rb Rc I ＋ R1 － ∞ ＋ Uo Rf
Ui Ui Ui
1 2 3
图 7 – 8 同相求和电路
第7章 信号的运算和处理
均为零。 (5) 共模抑制比CMRR=∞; (6) 输出电阻rod=0; (7) -3dB带宽fh=∞;
(8) 无干扰、 噪声。
第7章 信号的运算和处理
7.1.3 集成运放的线性工作区
放大器的线性工作区是指输出电压Uo与输入电压Ui成
正比时的输入电压Ui的取值范围。记作Ui min～Ui max。 Uo与Ui成正比, 可表示为
U i3 U Rc
0
第7章 信号的运算和处理
因为
U i1 U i2 U i3 U R R R R b c a
'
式中 R′=Ra∥Rb∥Rc，所以
Uo
R1 R f R1
U i1 U i2 U i3 R R R R b c a
第7章 信号的运算和处理
第八章 信号的运算和处理电路 ppt课件
–voVsBiblioteka 当t=RC时，vo = –Vs
vo的值受最大输出电压的限制
t
t 图8－9
六、微分电路
if
i1 = if
vs i1
R –
Cdvs vo
C
dt R
vo
+ 图8－10
vo
RCdvs dt
vs Vs
t
–vo Vs
t
图8－11
当vs为阶跃电压，由于信号 源总有内阻，t=0时，电容上 压降vo= 0。充电电流很大， –vo亦很大，
第八章 信号的运算和处理电路
§8.1 基本运算电路
一、反相放大器（反相比例放大器）
if
iI = 0 v+ = 0
i1 vs
R1
Rf – iI
vo
v+ =v– v– = 0 又 iI = 0 i1 = if
R2
+ 图8－2
vs vo R1 Rf
vo
Rf R1
R2：平衡电阻。 R2 = R1 // Rf 若R1 = Rf vo = –vs 此为反相器。
A0
1
R2 R1
为同相放大器的电压增益。
(2) vo4Rv3oC 3 t 5V 12t 5 t2.5ms
§8－3 对数和反对数运算放大器
一、对数运算放大器
iC T
i = iC
vRS ISeVVBTE
vO
ISe VT
vO
vT
ln vS RIS
R
vS
–
iN
P
+
IS：三极管发射结反向饱和电流 缺点： 幅值不能超过0.7V；
温漂严重。
vo 图8－12
07信号的运算和处理 共102页
P329 例7.1.2
7.1.3 加减运算电路
一、求和运算电路：
1、 反相求和运算（加法器）
R11 ui1 i11 ui2 R12
i12
iF
R2
_
+ +
RP
u u 0 i11i12iF
uo
u0 (R R121ui1R R122ui2)
u0(R R1 f ui1R R2 f ui2R R3 f ui3)
第七章 信号的运算和处理
7.1 基本运算电路 7.2 模拟乘法器及其在运算电路中的应用 7.3 有源滤波电路 7.4 电子信息系统预处理中所用电路
7. 1 基本运算电路
7.1.1 概述
一 电子信息系统的组成:
信号提取：
各类传感器、天 线、光端入口等
信号预处理：
从微弱信号中提取 有用信号，关键是 低噪声，隔离、滤 波、阻抗变换……
信号加工：
各类运算、信号 放大、转换、比 较等……
信号执行：
提供各类终端使 用的信号
驱动负载、输入 计算机等
二 想运放的两个工作区
利用集成运放作为放大电路，引入适当反馈就可以构成具有不 同功能的实用电路
集成运放两个工作区: 线性区、 非线性区
(一)、理想运放：
1、 Aod=∞ 2、Rid = ∞ 3、Ro = 0
R1
R2
R R1 2ui R13Cu0dt
uo
R2R3C R1
d ui dt
P337 例7.1.4
P338 例7.1.5 PID 调节器:
u o R R 1 2C C 1 2 u iR 2 C 1d diu tR 1 1 C 2 u idt
信号的运算和处理电路
04 模拟-数字转换技术
采样定理与抗混叠滤波器
采样定理
采样定理是模拟信号数字化的基础， 它规定了采样频率应至少是被采样信 号最高频率的两倍，以避免混叠现象 的发生。
抗混叠滤波器
在模拟信号数字化之前，需要使用抗 混叠滤波器来滤除高于采样频率一半 的频率成分，以确保采样后的信号能 够准确地还原原始信号。
续时间信号在任意时刻都有定义，而离散时间信号只在特定时刻有定义。
02
周期信号与非周期信号
周期信号具有重复出现的特性，而非周期信号则不具有这种特性。周期
信号的频率和周期是描述其特性的重要参数。
03
能量信号与功率信号
根据信号的能量和功率特性，信号可分为能量信号和功率信号。能量信
号在有限时间内具有有限的能量，而功率信号在无限时间内具有有限的
平均功率。
线性时不变系统
线性系统
线性时不变系统的性质
线性系统满足叠加原理，即系统对输 入信号的响应是各输入信号单独作用 时响应的线性组合。
线性时不变系统具有稳定性、因果性、 可逆性、可预测性等重要性质。
时不变系统
时不变系统的特性不随时间变化，即 系统对输入信号的响应与输入信号的 时间起点无关。
卷积与相关运算
Z变换与DFT的关系
Z变换可以看作是DFT的推广，通过引入复变量z，可以将离散时间信号转换为复平面上的函数，从 而方便地进行频域分析和设计。
数字滤波器设计
01
数字滤波器的类型和特性
数字滤波器可分为低通、高通、带通、带阻等类型，具有 不同的频率响应特性。
02 03
IIR滤波器和FIR滤波器的设计
IIR滤波器具有无限冲激响应，设计时需要考虑稳定性和相 位特性；FIR滤波器具有有限冲激响应，设计时主要考虑 频率响应和滤波器长度。
模拟电路ppt课件
(4-10)
例：求Au =?
i2 R2 M R4 i4
i3 R3
i1 ui
R1
_ +
+
RP
虚短路
u u 0
i1= i2
虚开路
uo
uo
vM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
i2
vM R2
i1
ui R1
(4-11)
uo
vM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
i2
vM R2
i1
ui R1
Au
uo ui
)
RF
2
RF1 R4
( ui1 R1
ui 2 R2
)
ui3 R5
(4-29)
五、三运放电路
ui1 +
A+
+
ui2
A+
uo1
R
R1
a
RW b
R
R1
uo2
R2
+
uo
A+
R2
(4-30)
ui1 +
A+
+
ui2
A+
uo1
R a
RW b
ua ui1 ub ui2
uo1 uo2 ua ub
t
思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请 自己计算。运放实验中请自己验证。
(4-36)
积分电路的主要用途： 1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相。
其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘 法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作 为讲授内容。
例：求Au =?
i2 R2 M R4 i4
i3 R3
i1 ui
R1
_ +
+
RP
虚短路
u u 0
i1= i2
虚开路
uo
uo
vM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
i2
vM R2
i1
ui R1
(4-11)
uo
vM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
i2
vM R2
i1
ui R1
Au
uo ui
)
RF
2
RF1 R4
( ui1 R1
ui 2 R2
)
ui3 R5
(4-29)
五、三运放电路
ui1 +
A+
+
ui2
A+
uo1
R
R1
a
RW b
R
R1
uo2
R2
+
uo
A+
R2
(4-30)
ui1 +
A+
+
ui2
A+
uo1
R a
RW b
ua ui1 ub ui2
uo1 uo2 ua ub
t
思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请 自己计算。运放实验中请自己验证。
(4-36)
积分电路的主要用途： 1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相。
其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘 法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作 为讲授内容。
7信号的运算和处理
Rf一般在几kΩ到1M Ω之间。
7.2
基本运算电路——7.2.2 加减运算电路
2、双运放 (1) 画出电路 R1 uI1 uI2 R2
Rf1
uO1 R
Rf2
+
+
A1
A2
R'
uI3 R 3
uO
R' '
(2)选择电阻值，满足设计要求 R f 1 u I1 u I 2 uI3 uO R f 2 [ ( ) ] R R1 R2 R3
7.2
基本运算电路——7.2.2 加减运算电路 Rf1 +
2、双运放 (1) 画出电路
uI1 R1
Rf2 uO1
uI3 uI2
A1
R R3
R2
+ A2
R'
uO
(2)选择电阻值，满足设计要求 Rf Rf Rf uo uI1 uI 2 uI 3 R1 R2 R3 令R f 1 R 10k, R f 2 100k,
R2 R f 1 u I1 u I 2 uI3 uO R f 2 [ ( ) ] R R1 R2 R3 若R f 1 R，则u O R f 2 ( u I1 u I 2 u I 3 ) R1 R2 R3
7.2
基本运算电路——7.2.2 加减运算电路 例 设计一个加减运算电路，使uO=10uI1+8uI2 - 20uI3。
7.2
基本运算电路——7.2.1 比例运算电路
R 当A f 1时，为单位增益反相器。
Af
Rf
, 与集成运放内部参数无关。
3、特点
，
（1）因为反相输入端为虚地，所以运放的共模输入电压 可视为0，因此对共模抑制比要求较低。 （2）因为是电压负反馈，所以Rof很小，可视为0，带负载 的能力较强。 （3）是并联负反馈，Rif≈0，输入电阻Ri ≈R 。
模拟电子技术基础-第七章信号的运算和处理
详细描述
在模拟电子技术中，信号的乘法运算是一种重要的运算方式。通过将一个信号 与另一个信号对应时间点的值相乘，可以得到一个新的信号。这种运算在信号 处理中常用于调制和解调、放大和衰减等操作。
除法运算
总结词
信号的除法运算是指将一个信号除以另一个信号，得到一个新的信号。
详细描述
在模拟电子技术中，信号的除法运算也是一种重要的运算方式。通过将一个信号除以另一个信号，可以得到一个 新的信号。这种运算在信号处理中常用于滤波器设计、频谱分析和控制系统等领域。需要注意的是，除法运算可 能会引入噪声和失真，因此在实际应用中需要谨慎使用。
减法运算
总结词
信号的减法运算是指将一个信号从另一个信号中减去，得到一个新的信号。
详细描述
信号的减法运算在模拟电子技术中也是常用的一种运算方式。通过将一个信号从 另一个信号中减去，可以得到一个新的信号。这种运算在信号处理中常用于消除 噪声、提取特定频率成分或者对信号进行滤波等操作。
乘法运算
总结词
信号的乘法运算是指将一个信号与另一个信号对应时间点的值相乘，得到大是指通过电子电路将输入的微弱信号放大到所需 的幅度和功率，以满足后续电路或设备的需要。
放大器的分类
根据工作频带的不同，放大器可以分为直流放大器和交流 放大器；根据用途的不同，放大器可以分为功率放大器、 电压放大器和电流放大器。
放大器的应用
在通信、音频、视频等领域，放大器是必不可少的电子器 件，例如在音响系统中，我们需要使用功率放大器来驱动 扬声器。
信号调制
信号调制的概念
信号调制是指将低频信息信号加载到 高频载波信号上，以便于传输和发送。
调制方式的分类
调制技术的应用
在无线通信中，调制技术是必不可少 的环节，通过调制可以将信息信号转 换为适合传输的载波信号，从而实现 信息的传输。
在模拟电子技术中，信号的乘法运算是一种重要的运算方式。通过将一个信号 与另一个信号对应时间点的值相乘，可以得到一个新的信号。这种运算在信号 处理中常用于调制和解调、放大和衰减等操作。
除法运算
总结词
信号的除法运算是指将一个信号除以另一个信号，得到一个新的信号。
详细描述
在模拟电子技术中，信号的除法运算也是一种重要的运算方式。通过将一个信号除以另一个信号，可以得到一个 新的信号。这种运算在信号处理中常用于滤波器设计、频谱分析和控制系统等领域。需要注意的是，除法运算可 能会引入噪声和失真，因此在实际应用中需要谨慎使用。
减法运算
总结词
信号的减法运算是指将一个信号从另一个信号中减去，得到一个新的信号。
详细描述
信号的减法运算在模拟电子技术中也是常用的一种运算方式。通过将一个信号从 另一个信号中减去，可以得到一个新的信号。这种运算在信号处理中常用于消除 噪声、提取特定频率成分或者对信号进行滤波等操作。
乘法运算
总结词
信号的乘法运算是指将一个信号与另一个信号对应时间点的值相乘，得到大是指通过电子电路将输入的微弱信号放大到所需 的幅度和功率，以满足后续电路或设备的需要。
放大器的分类
根据工作频带的不同，放大器可以分为直流放大器和交流 放大器；根据用途的不同，放大器可以分为功率放大器、 电压放大器和电流放大器。
放大器的应用
在通信、音频、视频等领域，放大器是必不可少的电子器 件，例如在音响系统中，我们需要使用功率放大器来驱动 扬声器。
信号调制
信号调制的概念
信号调制是指将低频信息信号加载到 高频载波信号上，以便于传输和发送。
调制方式的分类
调制技术的应用
在无线通信中，调制技术是必不可少 的环节，通过调制可以将信息信号转 换为适合传输的载波信号，从而实现 信息的传输。
信号的运算和处理(9)
(4-17)
三、 加减运算电路
双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电 路如图所示。其输出电压表达式的推导方法与同 相输入运算电路相似。
当vi3=0和vi4 =0时, 输出 电压uo1。 当vi1=0和vi2 =0时，输出 电压uo2。
(4-18)
先求 uo1 再求 uo2
反相求和运算电路
uo1
一、 反相输入求和电路
在 反相比例运算电路的基础上，增加一个 输入支路，就构成了反相输入求和电路，见图。 此时几个输入信号电压产生的电流都流向Rf 。 所当以R1输 出R2 是 R几3 个R输f时入，信输号出等的于比输例入和反。相 之和。
uuoo
(((iRiRu1 1if1 uiii21ui2iRRi3f2)uRui3fi2) (Ru1i1 uRi2 uRi3 )
vO
vC
1 C
iCdt
1 RC
vidt
(4-25)
为防止低频信号增益过大,常 在电容上并联一个电阻加以限制.
(4-26)
(a)输入为阶跃信号
(b)输入为方波
© 输入为正弦波
积分运算电路在不同输入情况下的波形
(4-27)
二、微分运算电路
1.基本微分电路
显然
vO iR R iCR RC dvC dt RC dvI dt
(4-28)
图7.2.19 实用微分运算电路
图7.2.20 微分电路输入、 输出波形分析
(4-29)
图7.2.21 逆函数型微分运算电路
(4-30)
(4-31)
(4-32)
7.2.4对数和指数运算电路
一、对数运算电路 二、指数运算电路
(4-33)
一、对数运算电路
三、 加减运算电路
双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电 路如图所示。其输出电压表达式的推导方法与同 相输入运算电路相似。
当vi3=0和vi4 =0时, 输出 电压uo1。 当vi1=0和vi2 =0时，输出 电压uo2。
(4-18)
先求 uo1 再求 uo2
反相求和运算电路
uo1
一、 反相输入求和电路
在 反相比例运算电路的基础上，增加一个 输入支路，就构成了反相输入求和电路，见图。 此时几个输入信号电压产生的电流都流向Rf 。 所当以R1输 出R2 是 R几3 个R输f时入，信输号出等的于比输例入和反。相 之和。
uuoo
(((iRiRu1 1if1 uiii21ui2iRRi3f2)uRui3fi2) (Ru1i1 uRi2 uRi3 )
vO
vC
1 C
iCdt
1 RC
vidt
(4-25)
为防止低频信号增益过大,常 在电容上并联一个电阻加以限制.
(4-26)
(a)输入为阶跃信号
(b)输入为方波
© 输入为正弦波
积分运算电路在不同输入情况下的波形
(4-27)
二、微分运算电路
1.基本微分电路
显然
vO iR R iCR RC dvC dt RC dvI dt
(4-28)
图7.2.19 实用微分运算电路
图7.2.20 微分电路输入、 输出波形分析
(4-29)
图7.2.21 逆函数型微分运算电路
(4-30)
(4-31)
(4-32)
7.2.4对数和指数运算电路
一、对数运算电路 二、指数运算电路
(4-33)
一、对数运算电路
信号的运算和处理
(4-17)
⑵同相求和运算电路
i1i2 i3 i4
uI1uPuI2uPuI3uPuP
R 1
R 2
R 3 R 4
(R 1 1R 1 2R 1 3R 1 4)uPu R I1 1u R I2 2u R I3 3
(4-18)
uP
RP
(uI1 R1
uI2 R2
uI3 ) R3
其中RP R1 // R2 // R3 // R4
uO
(1
Rf R
)uP
uO(1R R f )•RP•(u R I1 1u R I2 2u R I3 3)
u O R R R f• R R f f• R P • (u R I 1 1 u R I2 2 u R I 3 3 ) R f• R R N P • (u R I 1 1 u R I2 2 u R I 3 3 )
(4-11)
2、同相比例电路
利用“虚短”和“虚断”的概
念：
uP uN uI
uN uO uN
R
Rf
uO
(1
Rf R
)uN
(1
Rf R
)uP
uO
(1
Rf R
)uI
输出与输入成比例，且相位相同， 故叫同相比例电路。
同相比例电路要求运放的共模抑制
比高。
(4-12)
3、电压跟随器
如果同相比例电路的反馈系数为1, uO= uI
解：要求 Ri=100K，即R=100K，
Au
uO ui
Rf R
Rf AuR(10)0100 100K0010M
电阻数值太大，精度不高，又不稳定。
(4-9)
⑵T形网络反相比例运算电路 怎样才能实现上述要求又不使反馈电阻太大呢？ 设想如果流过反馈电阻的电流远大于iR，那么反馈电 阻就可以减小。
第7章 信号的运算和处理-精选文档
3. 线性区
为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈。 集成运放工作在线性区的特征是 电路引入负反馈。 运放工作在线性区的分析方法：
“虚短”（UP=UN） “虚断”（iP=iN=0）
对于单个的集成运放，通过无源的反馈网络将集成运放的输出端与反相 输入端连接起来，就表明电路引入了负反馈。因此，可以通过电路是否 引入了负反馈，来判断电路是否工作在线性区。
第七章 信号运算与处理电路 7.1 概述 7.2 基本运算电路 7.3 模拟乘法器及其应用 7.4 有源滤波电路
小结
7.1 概述
运算放大器的两个工作区域（状态）
1. 运放的电压传输特性
设：电源电压±VCC=±10V处于线性区。
Au越大，线性区越小， 当Au→∞时，线性区→0
2.理想运放的性能指标
利用集成运放作为放大电路，引入各种不同的反馈，就可以构成具有不 同功能的实用电路。在分析各种实用电路时，通常都将集成运放的性能 指标理想化，即将其看成为理想运放。
开环差模增益（放大倍数） Aod=∞; 差摸输入电阻Rid=∞; 输出电阻 R0=0; 共模抑制比KCMR= ∞; 上限截止频率fH= ∞; 失调电压、失调电流及其温漂均为零，且无任何内部噪声。
因为在运算电路中一般都引入电压负反馈，在理想运放 条件下，输出电阻为零，所以可以认为电路的输出为恒压源， 带负载后运算关系不变。
例二：试求图示电路输出电压与输入电压的运算 关系式。
解 :
根据 “ 虚短 ” 和 “ 虚断 ” 的概念
节点N的电流方程为
uI uM R1 R2
节点M的电流方程为
u u u u M O M M R R R 2 3 4
电压跟随器
信号的运算与处理 (2)
调相（PM）
要点一
总结词
调相是一种通过改变信号相位以携带信息的方式。
要点二
详细描述
在调相中，载波信号的相位根据要传输的信息信号而变化 。相位变化的载波信号携带了信息，并在信道中传输。在 接收端，通过比较载波信号的相位与原始相位，可以提取 出信息信号。
04
信号的变换域处理
傅立叶变换
傅立叶变换是信号处理中最常 用的工具之一，它可以将时域 信号转换为频域信号，从而揭 示信号的频率成分。
减法运算
总结词
信号的减法运算是指将一个信号在时间域上对应点的值减去另一个信号在相应 点的值，得到一个新的信号。
详细描述
减法运算是信号处理中常用的数学运算之一。通过从一个信号中减去另一个信 号，可以得到一个新的信号。这种运算在消除噪声、提取特定成分等场景中非 常有用。
乘法运算
总结词
信号的乘法运算是指将两个信号在时间域上对应点的值相乘，得到一个新的信号 。
陷波滤波器
总结词
陷波滤波器主要用于消除特定频率的信号，通常用于消除干扰或噪声。
详细描述
陷波滤波器对特定频率的信号产生强烈的衰减，从而实现消除该频率噪声的目的。在通 信和声音处理中，陷波滤波器用于消除不需要的频率成分，如电磁干扰或机械振动产生
的噪声。
03
信号的调制与解调
调幅（AM）
总结词
调幅是一种通过改变信号幅度以携带信息的 方式。
傅立叶变换具有多种形式，包 括离散傅立叶变换（DFT）和 快速傅立叶变换（FFT）。
傅立叶变换在通信、图像处理、 音频处理等领域有着广泛的应 用。
拉普拉斯变换
拉普拉斯变换是一种将时域信号 转换为复平面上的函数的方法， 它可以用于分析信号的稳定性。
信号的运算和处理PPT文档27页
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
信号的运算和处理
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
信号的运算和处理
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
信号运算与处理电路教材教学课件
应用场景
加法运算电路常用于信号 叠加、滤波、音频处理等 场合。
减法运算电路
电路组成
减法运算电路同样由运算放大器、 电阻和反馈网络组成，但与加法 运算电路不同的是，减法运算电 路具有两个输入端。
工作原理
减法运算电路将两个输入信号进行 相减，输出结果为两信号的差值。
应用场景
减法运算电路常用于信号比较、差 分放大、信号调理等场合。
02
它包括信号的放大、滤波、变换 、检测、调制、解调等基本运算 和处理功能。
信号运算与处理电路的分类
模拟信号运算与处理电路
主要对模拟信号进行放大、滤波、变换等处理，如运算放大器电路、滤波器电 路等。
数字信号运算与处理电路
主要对数字信号进行逻辑运算、算术运算、存储、传输等处理，如数字逻辑电 路、微处理器电路等。
信号运算与处理电路教材教学课件
目 录
• 信号运算与处理电路概述 • 信号运算电路 • 信号处理电路 • 信号转换电路 • 信号运算与处理电路的分析与设计 • 信号运算与处理电路的应用实例
01 信号运算与处理电路概述
信号运算与处理电路的定义
01
信号运算与处理电路是指对模拟 信号或数字信号进行各种运算和 处理的电子电路。
DAC芯片介绍
详细介绍数模转换芯片 （DAC）的工作原理、主 要参数和性能指标。
数模转换电路实例
通过实例分析，展示数模 转换电路的设计方法和实 际应用。
模数转换电路
模数转换原理
阐述模拟信号转换为数字信号的基本原理，包括 采样、保持、量化和编码等步骤。
ADC芯片介绍
详细介绍模数转换芯片（ADC）的工作原理、主 要参数和性能指标。
滤波电路的设计要点
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4、 KCMR=∞ 5、 fH=∞ 6、 Uoi, Ioi, = 0
(二)、理想运放的线性工作区
1、线性区特点：
理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分
析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在
闭环(负反馈）下工作。
(1)虚短（ V+ V- ）
up = un
由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开
7.2.1 模拟乘法器简介
模拟乘法器是一种能实现模拟量相乘的集
成电路，设vO和vX、vY分别为输出和两路输入
vO = kuX uY
其中K为比例因子， 具有 V-1 的量纲。
理想模拟乘法器:
1、ri1 、ri2 = ∞
2、ro = 0 3、k 保持恒定， 4、ux、uy=0时，u0=0，
7.2.2 变跨导型模拟乘法器的工作原理
iF
RF
共模电压：
ui
i1
ib- _
R1
ib+ +
+
RP
u u 0
uo
2
输入电阻小、共模电 压为0以及“虚地”是 反相输入的特点。
电位为0，虚地。
2. T型网反相比例运算电路:
ui uM
R1
R2
uM
R2 R1
ui
i3
uM R3
R2 R1R3
ui
i4 i2 i3
u0 i2R2 i4R4
环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，
一般在10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输
入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两
输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时， 可把两 输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不 能将两输入端真正短路。
(2)虚断（ I'i 0）
U+-U-
-UOM
理想 运放
Ao越大，运放的线性范围越小，必须加负 反馈才能使其工作于线性区。若开环，或
加正反馈则工作于非线性区。
小结：
由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电 阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。
理想运放的条件：
A0
uo A0(u u)
t
积分时限
= t
–
U RC
1
Uom RC UTM
TM
RCUom U
=0.05秒
0
t
-Uom
设Uom=15V,U=+3V, R=10k ,C=1F
反相积分器：如果ui =-U=-3V，画出uo的波形图。
uo
1 RC
uidt
ui
uo
1 RC
t
(-U)dt
0
0 -
t
=
U RC
t
Uuo
+Uom
设Uom=15V,U=3V,
IREFe
R R1R3 UT f
7.1.6 对数反对数型模拟乘法器
根据两数相乘的对数等于两数的对数之和的原 理，因此可以用对数放大器、反对数放大器和加法器 来实现模拟量的相乘。方框图如图所示。
图7.1.29 对数型模拟乘法器
乘法运算电路：
7.2 模拟乘法器及其在运算电路中的应用
乘法器是又一种广泛使用的模拟集成电路， 它可以实现乘、除、开方、乘方、调幅等功能， 广泛应用于模拟运算、通信、测控系统、电气测 量和医疗仪器等许多领域。
u0
R2 R4 R1
(1
R2 // R4 R3
)ui
二、 同相比例iF 运算RF放大器： ib+ =0
i1
u-= u+= ui
ui R1
_ +
uo
+
RP
RP=R1//RF
Au=1+
RF R1
电压串联负反馈！
ib- =0 iF=i1
uo ui ui
RR
F
1
uo
(1
R F
)ui
输入电阻: rif=
ui R
iF
C
duc dt
uc = -u
o
iF
C
duo dt
ib- =0, ib+ =0 i1 iF
uo
1 RC
uidt
ui R
=C
du odt
反相积分器：如果u i=直流电压U,输出将反相积分，
经过一定的时间后输出饱和。 ui
U
1 uo RC uidt
uo
1 RC
t
Udt
0
0
uo TM
虚短路
u u
ri ro 0
Ii 0 虚开路
放大倍数与负载无关， 可以分开分析。
7.1.2 比例运算电路：
一、 反相比例运算放大器： 1、 基本电路：
ib+ =0 u+ =0 u－=u+=0
i1=iF+ ib-=iF , ib- =0
虚地点
iF
RF
u i
uo
ui
i1
ib- _
R1
ib+ +
二、 指数运算电路 1、 基本电路
vO iR R iE R
RISevI /VT
RI S
ln
1
vI VT
指数运算电路相当反对数运算电路。
2、 集成指数运算电路：
uBE2
u0 ic2 R f I se UT R f
uBE1 R3 uI
Ise UT
e
R R1R3 UT f
R3 uI
(1
Rf1 R1
)ui1
uo
Rf 2 R3
u01
(1
Rf 2 R3
)ui2
若R1 R f 2 , R3 R f 1
uo
(1
Rf 2 R3
)(ui2
ui1)
P334 例7.1. 3
7.1.4 积分运算电路和微分运算电路
一、 积分运算电路:
iF
uc
C
i1 R
ui
RP
+
+
uo
u-= u+=
0i1
( Rf R1
ui1
Rf R2
ui 2
Rf R3
ui3 )
2、 同相求和运算：
此电路如果以u+为输入 p
up ~ ui1 、ui2 、ui3 ？
i4 i1 i2 i3
uI1 up uI2 up uI3 up up
R1
R2
R3
R4
(1 R1
1 R2
虚地点 iF
RF
ui
i1
ib- _
R1
ib+ +
+
RP
ib+ =0 u+ =0
u－=u+=0
i1=iF+ ib-=iF , ib- =
uo
0u i
uo
RR
1
F
电压放大倍数:
Au
u 0
R F
uR
i
1
三、理想运放的非线性工作区：
_ A0 +
uo
+
uoo
+UOM
（1） u+＞u－ 时，uo=+Uom u+＜u－ 时，uo=－Uom
uo2
Rf
( ui 3 R3
ui 4 R4
)
二、加减运算电路:
1、 加减运算
uo1
Rf
( ui1 R1
ui2 R2
)
uo2
Rf
( ui 3 R3
ui 4 R4
)
R1 // R2 // Rf R3 // R4 // R5
uo
uo1
uo2
Rf
( ui 3 R3
ui 4 R4
)
Rf
( ui1 R1
ui2 ) R2
第七章 信号的运算和处理
7.1 基本运算电路 7.2 模拟乘法器及其在运算电路中的应用 7.3 有源滤波电路 7.4 电子信息系统预处理中所用电路
7. 1 基本运算电路
7.1.1 概述
一 电子信息系统的组成:
信号提取：
各类传感器、天 线、光端入口等
信号预处理：
从微弱信号中提取 有用信号，关键是 低噪声，隔离、滤 波、阻抗变换……
+
RR
1
F
uo
电压放大倍数:
Au
u 0
R F
uR
i
1
RP
输入、输出电阻及反馈方式：
iF
RF
反馈方式：
ui
i1
ib- _
R1
ib+ +
+
电压并联负反馈 uo 电路的输入电阻：
Ri=R1
RP
输出电阻很小！
平衡电阻(使输入端 对地的静态电阻相
R0=0
等):RP=R1//RF
输入、输出电阻及反馈方式：
对于差动放大电路，输出电压为
如果
能用 vy去 控制IE，即 实现 IE vy。 vO
就基本上
在运放的线性应用中，运放的输出与输 入之间加了负反馈，运放工作于线性状态。
信号的放大、运算
运放线 性运用
有源滤波电路 恒压源、恒流源电路
2、集成运放工作在线性区的电路特征：
引入负反馈！运用“虚短”和“虚断”分析电路。
例：有一理想运算放大器组成的电路如图所示，试求输出电压的 表达式和电压放大倍数。