运放及信号处理
运放典型应用电路
运放典型应用电路一、什么是运放运放，即运算放大器，是一种集成电路芯片，主要用于放大、滤波、求导等信号处理方面。
它的特点是输入阻抗高、输出阻抗低，增益高、带宽宽广，可以通过外接电路改变其工作方式。
二、基本运放电路1. 非反馈式基本运放电路非反馈式基本运放电路由一个差动输入级和一个单端输出级组成。
其中差动输入级由两个晶体管组成，用于将输入信号转换为差模信号；单端输出级由一个共射极晶体管组成，用于将差模信号转换为单端输出信号。
2. 反馈式基本运放电路反馈式基本运放电路在非反馈式基本运放电路的基础上加入了反馈网络。
反馈网络可以改变增益、频率响应等特性，使得运放可以适应不同的应用场合。
三、典型应用电路1. 反相比例放大器反相比例放大器是一种常见的运放应用电路。
它的原理是将输入信号经过一个负反馈网络后再输入到非反相输入端口上。
这样可以实现对输入信号进行负反馈放大，从而达到比例放大的效果。
2. 非反相比例放大器非反相比例放大器与反相比例放大器类似，只是将输入信号输入到非反相输入端口上。
这样可以实现对输入信号进行正反馈放大，从而达到比例放大的效果。
3. 仪表放大器仪表放大器是一种高精度、高稳定性的运放应用电路。
它通过差分输入、高增益、低噪声等设计特点，实现对小信号的高精度测量和处理。
4. 滤波器滤波器是一种常见的运放应用电路。
它通过选择不同的电容和电感组合，可以实现不同类型的滤波功能，如低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
5. 稳压电源稳压电源是一种常见的运放应用电路。
它通过反馈网络控制输出电压，使得输出电压保持稳定不变。
稳压电源广泛应用于各种电子设备中。
6. 正弦波振荡器正弦波振荡器是一种常见的运放应用电路。
它通过选择合适的RC组合和反馈网络，可以实现正弦波振荡输出。
正弦波振荡器广泛应用于各种信号发生器中。
四、总结运放是一种功能强大的集成电路芯片，可以应用于放大、滤波、求导等信号处理方面。
不同的运放应用电路具有不同的特点和功能，可以满足各种不同的应用需求。
什么是运放它的作用是什么
什么是运放它的作用是什么运放，即运算放大器（Operational Amplifier），是一种基础的电子器件，具备高度放大和线性特性。
它通常被广泛应用于模拟电路中，具有多种功能和作用。
一、什么是运放运放是一种电子增益器，其内部由大量的晶体管及其他电子元件构成。
它具有两个输入端（非反馈输入端和反馈输入端）和一个输出端。
运放的主要功能是将输入信号经过放大处理，并在输出端输出增大的信号。
二、运放的作用1. 放大器功能：运放作为电压放大器，它能够将输入信号放大到需要的幅度，使得输入信号能够适应后续电路的工作要求。
2. 比较器功能：运放可以将输入信号与参考电平进行比较，判断输入信号是大于还是小于参考电平，并在输出端产生一个高或低电平，用于开关电路的驱动。
3. 滤波器功能：运放通过设置合适的电路结构，可以实现对输入信号的滤波功能，将特定频率范围的信号通过，同时将其他频率的信号削弱或抑制。
4. 电压源功能：运放可以将电源电压通过稳压电路转化为一定稳定的直流电压，在电子电路中起到供电的作用，保证电路的正常工作。
5. 多种数学运算：运放可以通过负反馈电路实现加法、减法、乘法和除法等数学运算，常被应用于模拟计算器和信号处理等领域。
6. 模拟信号处理功能：运放可以将模拟信号加以处理，如放大、多路切换、调节增益、相移等操作，从而满足不同应用中的信号要求。
7. 模拟电平转换：运放可以将信号由低电平转换为高电平或由高电平转换为低电平，实现信号的匹配和适配。
8. 反馈控制功能：运放通过反馈电路来控制放大倍数和频率响应，保证整个电路的稳定性和可靠性。
总之，运放作为一种重要的电子器件，具有广泛的应用范围。
在各种电子电路中，运放能够实现信号的放大、滤波、开关、数学运算和模拟处理等多种功能，为电路的正常工作和信号处理提供了便利。
在日常生活和科技发展中，我们经常能够见到运放的身影，例如音频放大器、仪器测量设备、通信设备等。
随着技术的不断进步，运放的应用也将变得越来越广泛。
信号的运算和处理
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)
运放的线性应用原理
运放的线性应用原理1. 引言运放（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种重要的电子元件，广泛应用于各个领域，如信号处理、测量仪器、通信系统等。
本文将介绍运放的线性应用原理，包括运放的基本构成和特性，以及其在线性应用中的工作原理。
2. 运放的基本构成•差分输入端：运放具有两个差分输入端，分别标记为非反向输入端（+）和反向输入端（-）。
差分输入端之间的电压差将决定运放的输出。
•输入级：输入级负责放大差分输入的微弱信号，通常采用差分放大电路。
•频率补偿网络：频率补偿网络用于稳定运放的增益和相位特性。
•输出级：输出级负责放大输入级的信号，并驱动负载。
3. 运放的特性•高增益：运放具有很大的开环增益，通常在几千至几百万之间。
•宽带宽：运放的带宽范围较广，能够处理高频信号。
•低输入偏移电压：运放的输入电压差异很小，可以减小误差。
•低输入偏移电流：运放的输入电流差异很小，可以减小误差。
•高输入阻抗：运放的输入阻抗较高，能够准确地接收输入信号。
•低输出阻抗：运放的输出阻抗较低，能够推动负载。
4. 运放的线性应用原理4.1. 非反向放大器非反向放大器是最简单的运放线性应用电路之一。
其电路图如下：+ Vin|R1+------|-----(+)-----------+| |--- Rf Vout| |-------------------------•运放的输出电压Vout等于输入电压Vin乘以放大倍数（1 + Rf / R1）。
•非反向放大器对输入信号不进行相位反转，放大倍数大于1。
4.2. 反向放大器反向放大器是另一种常见的运放线性应用电路。
其电路图如下：+ Vin| +------+--- | || R1 Rf || | || +------+--- || VoutGND•运放的输出电压Vout等于输入电压Vin乘以放大倍数（-Rf / R1）。
•反向放大器对输入信号进行相位反转，放大倍数可以小于1，甚至可以为负值。
运放的原理
运放的原理1. 什么是运放运放是指运算放大器，是一种电子设备，它具有高增益、差分输入和单端输出的特点。
运放的原理是利用电流或电压输入，经过放大和处理后，输出一个放大过的电流或电压信号。
运放的原理基于放大器、反馈电路和稳定性控制等方面，下面将详细探讨。
2. 运放的特点和结构运放的输入和输出特性使之能够工作在不同的电路应用中。
运放一般具有以下几个特点： - 高增益：运放的增益非常大，通常可以达到几千倍甚至几百万倍。
- 差分输入：运放具有两个输入端，允许差分输入信号，可以实现更精确的放大和处理。
- 单端输出：运放的输出通常是单端的，可以方便地连接到其他电路。
运放的基本结构包括： - 差分放大器：利用差分输入特性实现输入信号的放大。
- 频率补偿电路：用于提高运放的频率响应和稳定性。
- 输出级和电流源：用于提供输出电流和放大功能。
3. 运放的工作原理运放的工作原理可以分为放大器、反馈电路和稳定性控制三个方面。
3.1 放大器放大器是运放的基本功能，利用差分放大器实现输入信号的放大。
在运放内部，差分放大器通过放大输入信号的微小差异，使得输出信号得以放大。
3.2 反馈电路反馈电路在运放中起着重要的作用，它将输出信号的一部分经过反馈回输入端，使得运放的输出可以根据需要进行调节。
反馈电路可以分为正反馈和负反馈两种形式。
•正反馈：正反馈会使放大器产生振荡，一般不在运放中使用。
•负反馈：负反馈通过将一部分输出信号反馈到输入端，可以减小放大器的非线性失真、增加稳定性和增益等。
3.3 稳定性控制稳定性是运放的一个重要指标，主要通过电流源和频率补偿电路实现。
电流源提供运放的工作电流，频率补偿电路则用于提高运放的频率响应和防止振荡。
4. 运放的应用运放在电路设计中有广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：4.1 模拟信号处理运放可以对模拟信号进行放大、滤波和增益控制等处理，常用于音频放大器、滤波器和调节电路等。
4.2 模拟计算运放在模拟计算器中起着重要作用，可以实现加法器、乘法器和积分器等功能。
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
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 。
运算放大器作用
运算放大器作用
运算放大器是一种以放大电压信号为主要功能的电子设备，其作用是将输入的小信号放大到适合于后续电路处理的幅度。
运算放大器具有高增益、大输入阻抗和小输出阻抗的特点，广泛应用于信号处理、自动控制、测量仪器等领域。
运算放大器的主要作用可以归纳为以下三个方面：
1. 增大信号幅度：运算放大器通过将输入信号放大到合适的幅度，确保信号能够被后续电路准确地处理。
在许多应用中，输入信号的幅度往往非常小，比如传感器输出、微弱电信号等，这时需要通过运算放大器将信号放大到合适的幅度，以提高信号与噪声的比值，从而实现更可靠的信号检测和处理。
2. 实现信号滤波：运算放大器中可以加入电容和电感等元件，组成滤波电路，用于抑制或放行特定频率范围的信号。
通过设计合适的滤波电路，可以在运算放大器的输入端或输出端实现低通、高通、带通等滤波功能，去除信号中的杂音、干扰和其他不需要的频段，从而提高信号质量和可靠性。
3. 实现信号处理功能：运算放大器还可以用于实现各种信号处理功能，如加减法、积分、微分、极坐标变换等。
通过合理连接运算放大器的输入端和反馈端，可以实现不同的功能，满足不同的应用需求。
例如，在自动控制系统中，运算放大器经常用于实现比例、积分、微分（PID）控制算法，实现对输出信号的精确控制。
总之，运算放大器作为一种重要的电子器件，广泛应用于各个领域。
它的主要作用是将输入信号放大，并进行滤波和处理，保证信号能够被后续电路准确地检测和处理。
运算放大器的高增益、大输入阻抗和小输出阻抗等特点，使得它能够有效地处理各种电压信号，并提供高质量的输出。
因此，在电子电路设计和信号处理中，运算放大器是不可或缺的重要元件。
运放的几种用法
运放的几种用法运放是一种常见的电子器件，被广泛用于电子电路中。
它可以实现信号放大、滤波、比较、计算等功能。
在本文中，将介绍运放的几种常见用法。
1. 信号放大：运放最常见的用途之一是信号放大。
在很多电子电路中，信号往往需要经过放大才能达到适当的幅度。
运放可以根据电路中的反馈电路，自动调整输出信号的增益，从而实现信号的放大。
2. 滤波：滤波是信号处理中的一个重要环节。
运放可以被用来实现各种滤波器，例如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。
利用运放的高增益和频率响应特性，可以设计出各种滤波器电路，对特定频率范围内的信号进行滤波处理。
3. 反相放大：反相放大是运放的又一常见用法。
通过将输入信号经过一个反相电路接入运放的负反馈输入端，输出信号的相位将与输入信号相反。
这种放大方式可以用来增强信号的幅度，或者改变信号的相位。
4. 非反相放大：与反相放大相反，非反相放大将输入信号经过一个非反相的电路接入运放的非反馈输入端，输出信号的相位与输入信号相同。
这种放大方式可以用来放大信号的幅度，同时保持相位不变，适用于需要得到与输入信号相同相位的放大信号的情况。
5. 比较器：运放还可以被用作模拟信号的比较器。
通过将两个信号分别输入运放的两个输入端，运放输出将根据输入信号的大小关系产生高电平或低电平的输出信号。
比较器常用于电压或电流的判断、开关、自动控制等应用中。
6. 特殊应用：除了以上常见的用法，运放还可以用于各种特殊应用。
例如，运放可以通过组合、调整电阻和电容等辅助元件，实现各种数学计算功能，如加法、减法、乘法、除法等。
此外，运放还可以被用作振荡器、自激振荡器、调制解调器等特殊电路中的核心元件。
综上所述，运放在电子电路中有许多常见的用法，包括信号放大、滤波、反相放大、非反相放大、比较器等。
此外，运放还可以应用于各种特殊的电路设计中。
运放的使用极大地丰富了电子电路的功能，并广泛应用于各个领域，如通信、自动控制、仪器仪表、无线电频率等。
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。
运放电路解析及设计
第四章 集成运算放大器及信号处理电路
4.2.3
差分比例运算电路
在图 4.2.3 中，输入电压 uI 和分别加在集成运放的反 相输入端和同相输入端，输出端通过反馈电阻RF接 回到反相输入端。为了保证运放两个输入端对地的 电阻平衡，同时为了避免降低共模抑制比，通常要 求： ' 在理想条件下，由于“虚 R1 = R1 断”， i+ ＝ i- ＝ 0 ，利用叠加 RF 定理可求得反相输入端的电 R1 uI i位为 uI
第四章 集成运算放大器及信号处理电路
第 4章
集成运算放大器及信号处理电路
4.1 集成运算放大器的基本概念 4.2 集成运算放大器的线性应用
4.3 滤波的概念和基本滤波电路
4.4 电压比较电路
退出
第四章 集成运算放大器及信号处理电路
4.1
运算放大器的基本概念
4.1.1 运算放大器的指标 4.1.2 运算放大器在线性状态下的工作
2）理想集成运放的输入电流等于零
由于理想集成运放的差模输入电阻rid＝∞，因此 在其两个输入端均没有电流，
即
i+ = i− = 0
(4.1.3)
此时，运放的同相输入端和反相输入端的电流都等于零，如 同该两点被断开了一样，这种现象称为“虚断”。
“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区 时的两个重要结论。这两个重要结论常常作为今后 分析许多运放应用电路的出发点，因此必须牢牢记 住并掌握。
u− = u+ = uI
uo − u − u o − u I iF = = RF RF
u− u I i1 = = R1 R1
第四章 集成运算放大器及信号处理电路
又因为i1 = i ，所以得 F
运放的各种用法
运放的各种用法
运放是指运放放大器，它是一种电子元件，可以放大电信号。
它常用于音频放大、电路缓冲以及信号放大等应用。
以下是运放的一些常见用法：
1. 音频放大：运放可以用于放大音频信号，例如在音响系统中，将低电平的音频信号放大到适宜的电平。
2. 滤波器：运放可以用于构建滤波器电路，实现对特定频段的信号进行放大或削弱，用于音频均衡或降噪等应用。
3. 比较器：运放可以用作比较器，将输入信号与参考电压进行比较，并输出高或低电平信号，常用于与其他电路的逻辑判断。
4. 仪器放大器：运放可以用作仪器放大器，放大微弱的信号以便于观测、测量。
例如用于放大心电图、体温计等传感器信号。
5. 双运放电压跟随器：双运放电压跟随器可以用来提供稳定的电源电压，适用于需要稳定电压的电路。
6. 缓冲器：运放可以用作电路缓冲器，将输入电路和输出电路隔离，避免对输入电路造成负载。
7. 数模转换器：运放可以用于将模拟信号转换成数字信号，常用于模拟信号的数字化处理。
需要注意的是，运放应用的具体方法和电路设计会受到具体要求的影响，因此在实际中需要根据具体情况进行选择和设计。
电路中的运算放大器了解运放的基本原理和应用
电路中的运算放大器了解运放的基本原理和应用电路中的运算放大器：了解运放的基本原理和应用运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）是电子电路中一种重要的基本器件，被广泛应用于各种电路中。
它以其优异的放大性能和灵活的电路设计能力，成为了电子工程师们设计各种电子系统的重要工具。
本文将详细介绍运算放大器的基本原理和常见应用。
一、运算放大器的基本原理运算放大器是一种差分输入、高增益、直接耦合的电子放大器。
它通常由输入阻抗很高的差分放大器、直流耦合的高增益级以及输出缓冲级组成。
运放的输出是输入电压的放大倍数，可以实现各种基本的放大和信号处理功能。
运放具有以下特性：1. 高增益：典型的运放增益在几万倍到几百万倍之间，可以放大微弱的信号到控制系统所需的电压范围。
2. 大输入阻抗：运放的输入阻抗通常在几百千欧姆到几百兆欧姆之间。
这样的高输入阻抗使得运放可以轻松地接收各种信号源的输入。
3. 小输出阻抗：运放的输出阻抗非常小，通常只有几个欧姆，可以驱动低阻抗负载而不损失信号质量。
4. 可调节增益：运放的增益可以通过反馈网络进行调整，以满足不同应用的需求。
5. 双电源供电：运放通常需要正负双电源进行供电，保证其工作在正确的偏置电压范围内。
二、运放的基本应用运放具有很多常见的应用，下面将介绍几个典型的应用场景。
1. 放大器：运放最常见的应用就是作为电压、电流和功率放大器。
通过调整反馈电阻和输入电阻的比例，可以实现不同的放大倍数。
2. 滤波器：运放可以用来构建各种类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
通过调整电容和电阻的数值，可以实现所需的截止频率和滤波特性。
3. 零点校正：运放可以用于对传感器输出进行校正。
通过将传感器输出和期望值进行比较，可以生成误差信号，从而对传感器输出进行修正。
4. 正负反馈控制系统：运放可以构成正负反馈控制系统，实现自动调节和稳定性增强。
通过调整反馈电阻和输入电阻的比例，可以实现系统的稳定性和响应速度的平衡。
电子电路中的信号处理和放大技术
电子电路中的信号处理和放大技术引言:信号处理是指对传感器或者外部输入信号进行预处理、滤波、编码解码等操作的技术。
而信号放大则是指对输入信号进行放大处理，以提高信号的幅度或者增强信号的质量。
信号处理和放大技术在电子领域中扮演着重要的角色，应用广泛且关键。
本文将详细介绍电子电路中的信号处理和放大技术。
第一部分：信号处理技术1. 模拟信号和数字信号：- 模拟信号是连续变化的信号，可以采用模拟电路进行处理；- 数字信号是离散的信号，常用数字信号处理器(DSP)进行处理。
2. 信号处理的基本步骤:- 采样：将连续的模拟信号转化为离散的数字信号，常用采样定理进行采样；- 压缩编码：对采样后的信号进行压缩编码，以减少存储空间和传输带宽；- 数字滤波：去除不需要的频率成分，提取出感兴趣的信号，常用数字滤波器进行滤波；- 重构：将处理过的数字信号转化为连续的模拟信号，常用数模转换器(DAC)进行重构。
3. 常见的信号处理技术:- 傅里叶变换：将信号从时域转换到频域，常用于频谱分析和滤波设计；- 小波变换：具有时频局域性的信号分析方法，适用于非平稳信号分析；- 自适应滤波：根据信号的特点自动调整滤波器参数，适应信号变化；- 降噪技术：通过滤波、去噪算法等方式减少信号中的噪声成分。
第二部分：信号放大技术1. 基本放大电路：- 放大器的分类：按输入输出信号类型可分为电压放大器、电流放大器、功率放大器等；- 放大器的工作原理：信号经过放大器后，输出信号的幅度和形状与输入信号有关。
2. 放大器的参数：- 增益：描述输入和输出之间的比例关系，常用电压增益、功率增益等；- 带宽：表示放大器能够放大的频率范围；- 输入阻抗和输出阻抗：影响放大器与外部信号源和负载之间的匹配度。
3. 常见的放大器电路：- 运放放大器：具有高增益、高输入输出阻抗、宽带宽等特点，广泛应用于各个领域；- 分立器件放大器：由晶体管、场效应管等离散器件构成的放大器，常用于功率放大器；- 无源放大器：仅使用电阻和电容等无源器件构成的放大器，节省能量且无噪声。
29集成运放在信号处理电路中的应用
vO
R1
－40dB/10 倍频程
巴特沃思 滤波器
三 、二阶有源滤波电路
#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。
三 、二阶有源滤波电路
#3.压控电压源带通滤波电路 可由低通和高通串联得到
一 、基本概念及初步定义
1. 基本概念
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 用频率信号的电子装#滤波电路传递函数定义
A( s ) Vo ( s ) Vi ( s )
vI (t )
滤波电路
vO ( t )
s j 时，有 A( j ) A( j ) e j ( ) A( j ) ( )
A( j ) 1
ωo
1
2 1 ( ) 0
20lg A( j ) 20lg
o=1/RC
2 1 ( ) 0
高频截止频率或特征角频率
二、 一阶有源滤波电路
1. 低通滤波电路
(2)带电压跟随器的低通滤波器
R
+ + C Vo -
A( j ) 20 lg 20 lg A0
A0=1 1
1
vI
R1
v– I
+
C
vP
R
C2
– +
– +
vO
vO
R2
C1
A1 A0 通带 O A2 A0 阻带 测评 通带 阻带
1 低通特征角频率 R1C 1
低 通 高 通
1 2 高通特征角频率 R2 C 2
1
阻 碍 阴
必须满足 2 1
通带 阻 碍 测评 O 阴 2 阻 碍 A A0 阴 通带 阻带 O 阻 碍
运放组成的差分电路
运放组成的差分电路运放组成的差分电路是一种常见的电子电路，用于信号放大和信号处理。
差分电路由运放和几个电阻组成，可以将两个输入信号的差值放大，并输出相应的差分信号。
差分电路的主要作用是对输入信号进行放大和处理。
它通过将两个输入信号的差值放大，从而得到一个增益较大的差分信号。
差分信号可以消除通信线路中的干扰信号，提高系统的抗干扰能力。
差分电路的基本原理是利用运放的放大特性，将两个输入信号的差值放大到输出端。
运放是一种具有高增益和高输入阻抗的电子元件，它可以将微弱的输入信号放大到较大的幅度，并在输出端产生相应的信号。
在差分电路中，两个输入信号分别连接到运放的非反相输入端和反相输入端。
通过适当选取电阻值，可以实现对输入信号的放大和处理。
差分电路的输出信号是两个输入信号的差值经过放大后的结果。
差分电路的设计需要考虑几个重要参数，包括增益、带宽和输入阻抗等。
增益是指输入信号经过放大后的幅度变化，可以通过调整电阻值来实现。
带宽是指差分电路能够正常工作的频率范围，需要根据具体的应用来选择。
输入阻抗是指差分电路对输入信号的阻抗，需要保证输入信号的负载和干扰信号的抑制。
差分电路在实际应用中有很多重要的用途。
例如，在音频放大电路中，差分电路可以将音频信号的左右声道分离，并进行单独的放大处理，从而提高音质。
在通信系统中，差分电路可以用于抑制干扰信号，提高通信质量。
在传感器接口电路中，差分电路可以实现对传感器输出信号的放大和处理，从而提高测量的精度。
除了常见的差分放大电路外，还有一些特殊的差分电路。
例如，差分比较器可以将两个输入信号进行比较，并输出相应的比较结果。
差分运算放大器可以对输入信号进行加法和减法运算，并输出相应的运算结果。
这些特殊的差分电路在各种应用中都有重要的作用。
运放组成的差分电路是一种常见的电子电路，用于信号放大和信号处理。
它通过将两个输入信号的差值放大，从而得到一个增益较大的差分信号。
差分电路在各种应用中都有重要的作用，可以提高系统的抗干扰能力和信号处理能力。
运放交流放大电路的工作过程
运放交流放大电路的工作过程
运放交流放大电路的工作过程涉及到几个关键步骤，这些步骤确保了信号的准确、高效传输和处理。
以下是运放交流放大电路的工作过程：
输入信号处理：首先，交流信号通过输入端（通常是运放的反相或同相输入端）进入电路。
这个信号可以是音频、视频或其他类型的信号。
前置放大：输入信号经过一个前置放大器，进行初步的放大，以便为后续的放大级提供足够的驱动能力。
这一步对于确保信号在传输过程中不会失真或减弱至关重要。
电压放大：随后，信号进入主要的电压放大级。
这一级通过使用晶体管或运算放大器（Op-Amp）来进一步放大信号。
电压放大是关键步骤，因为它决定了电路的整体增益。
输出级：经过电压放大后，信号传递到输出级，进行必要的阻抗匹配和电压/电流转换。
输出级通常由功率晶体管或运算放大器组成，以确保信号能够有效地驱动负载。
反馈机制：为了确保电路性能的稳定和准确性，反馈机制在运放交流放大电路中起着关键作用。
反馈回路从输出端采集信号，并将其与原始输入信号进行比较。
任何差异都会导致电路自动调整其增益，从而减少误差并保持恒定的增益。
输出缓冲：为了减小输出阻抗并提高驱动能力，通常在输出级之后加入缓冲器。
这有助于减少信号在传输过程中的损失，并提高电路对负载变化的适应性。
电源供电：最后，合适的电源是运放交流放大电路正常工作的基础。
根据电路需求，选择适当的电源电压和电流，以确保所有组件都能正常、高效地工作。
通过这一系列步骤，运放交流放大电路能够实现对输入信号的精确控制和放大，广泛应用于各种电子设备和系统中，从音频处理到高精度测量仪器。
运放的作用
运放的作用运放，即运算放大器，是一种常用的电子器件，具有放大、滤波、积分、微分等功能，广泛应用于电子测量、信号处理、控制系统等领域。
运放是一种特殊的差分放大电路，由于其内部电路结构和工作方式的特殊性，使得它具备了许多非常有用的功能和特性。
首先，运放可以实现信号放大。
运放的一个重要特点是具有高增益，可以将微弱的输入信号放大到较大的电压范围，从而使得原本难以读取的信号变得更加明确和可靠。
这使得运放在信号处理、数据采集等领域中发挥着重要的作用，例如在音频放大器、生物电信号放大器、测量仪器中广泛应用。
其次，运放可用于滤波。
运放内部具有多种电容和电阻元件，可以构成各种类型的滤波电路，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
通过适当的电路设计和参数选择，可以实现对不同频率信号的滤波作用，从而提取出感兴趣的频段信号，对噪声干扰进行抑制，使得信号质量得到改善。
此外，运放还具备微分和积分功能。
通过合理设计电路，可以实现对输入信号的微分和积分运算。
微分电路可以实现对信号的斜率变化进行放大，使得输入信号中的快速变化部分得到突出，常用于控制系统中的速度闭环控制，例如电机控制、机器人控制等。
积分电路则可以实现对信号的累加处理，常用于信号测量、数据积分等场合。
此外，运放还可以实现电压比较和开关功能。
通过连接适当的电阻和电路，可以使得运放的输出与内部参考电压进行比较，从而实现信号的判断和控制。
在自动控制系统中，常用于阈值判断、开关控制等功能。
总之，运放是一种非常重要和实用的电子器件，具有放大、滤波、积分、微分、比较等多种功能，广泛应用于电子测量、信号处理、控制系统等领域。
通过合理的电路设计和参数选择，可以根据具体需要实现不同的功能和特性，提高系统性能和信号质量。
运放应用电路及分析
运放应用电路及分析运放（Operational Amplifier，OP-AMP）是一种高增益直流耦合电子功率放大器，它经常被用作信号处理、电压放大、滤波和计算等应用中。
运放有两个输入端，一个输出端，而且具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点。
由于运放具有很多优秀的性能，因此在电子电路中有着广泛的应用。
运放的应用电路非常多样化，常见的有放大器电路、滤波器电路、积分器和微分器电路、比较器电路等。
以下将就几种常见的运放应用电路进行详细分析。
首先是放大器电路。
运放最常见的用途就是作为放大器来放大信号。
放大器电路有很多种类型，包括反相放大器、非反相放大器、仪表放大器、电压跟随器等。
其中，反相放大器是最基本的放大器电路之一。
它根据反相输入端的电压和反馈电阻的比例来放大输入信号。
非反相放大器则是根据非反相输入端的电压和反馈电阻的比例来放大输入信号。
放大器电路可以用于音频放大、振荡器、电压跟随等领域。
其次是滤波器电路。
运放还可以被用于设计各种类型的滤波器电路，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
滤波器电路在信号处理和通信系统中起着非常重要的作用，可以帮助筛选出特定频率范围的信号。
利用运放的高增益和频率特性，可以轻松地设计出各种滤波器电路。
另外一种常见的应用是积分器和微分器电路。
积分器可以将输入信号的幅度进行积分，而微分器可以将输入信号的幅度进行微分。
这两种电路在信号处理和控制系统中有着广泛的应用，比如在控制系统中用作控制器，或者在通信系统中用于信号处理。
还有一种常见的应用就是比较器电路。
比较器电路可以将两个输入信号进行比较，然后输出一个对应的逻辑电平。
这种电路在数字系统中经常被用来进行信号的比较和判决，例如在ADC、DAC中的应用等。
总的来说，运放在电子电路中有着非常广泛的应用。
它不仅可以用作信号放大和滤波，还可以用于信号处理、信号调理、模拟计算等各种场合。
通过合理的设计和应用，运放可以起到非常重要的作用。
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特点：超低偏移：
150μV最大 。 低输入偏置电流： 1.8nA 。 低失调电压漂移： 0.5μV/℃ 。 超稳定，时间： 2μV/month最大 高电源电压范围： ±3V至±22V
详细资料和典型应用电路
应用：
AD581是一款三引脚、温度补偿式单芯片带隙基准电压源，可以利 用12 V至30 V的未调节输入电平提供精密的 10.00 V输出。
LM324
• LM324系列器件为价格便宜的带有差动输 入的四运算放大器。 • 封装：双列直插和贴面
FEATURES
•Internally frequency-compensated for unity gain •Large DC voltage gain: 100dB •Wide bandwidth (unity gain): 1MHz (temperature-compensated) •Wide power supply range Single supply: 3VDC to 30VDC or dualsupplies: ±1.5VDC to ±15V Very low DC supply current drain:
2
H ( s ) arctanwRC
高通滤波器伯德图
Notch滤波分析
s
2
w0
2 2 2
2 w0 2 s s Q w0 H ( s)
2
w w w w / Q
2 2 0 2 2 0 2
w
2
w
2 2 0
0
滤波器的主要参数
• 中心频率（Center Frequency）： 滤波器通带的中心频率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、 f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。 窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。 • 截止频率（Cutoff Frequency）： 指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边 频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损 耗的参考基准为：低通以DC处插损为基准，高通则以未 出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。
高输入阻抗电路
输入端加电压 跟随器
_ R1 + _ + _ R1 + RF RF
Ri=ri(1+AF)
ui1
+
A1 +
高共模抑制电路 uo1
R a R1 – +
R2
ui
–
ui2 +
A2 +
RW b
R
A3 +
uo
R1 uo2
R2
宽带放大器
• 放大器级联可获得高带宽 • 单个放大器的单位增益带宽足够高 • 级联放大器的电阻选择相对低些好
op07的功能介绍：
Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算 放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压 （对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场 合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流 低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为 300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使 得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微 弱信号等方面。
– 自己搭建(放大器\电阻\电容\电感) – 模块化设计(集成电路);
• 软件实现
– 模块设计参数 – 自己编程搭建
低通滤波器
高通滤波器
带通滤波器
带阻滤波器
常用滤波器传函： HPF：wlag order 令S=1/S可得LPF
s order 1 : sw s2 order 2 : 2 s 2 s w w2 s3 order 3 : 3 s 2 s 2 w 2 s w 2 w3
4、灵敏度 滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影 响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变化 的灵敏度记作Sxy，定义为： Sxy=(dy/y)/(dx/x)。 该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该 灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。
•5、群时延函数 当滤波器幅频特性满足设计要求时，为保证输出信号失真 度不超过允许范围，对其相频特性∮(w)也应提出一定要求。在 滤波器设计中，常用群时延函数d∮(w)/dw*价信号经滤波后相 位失真程度。群时延函数d∮(w)/dw越接近常数，信号相位失真 越小。
• TL084详细资料
• LM311详细资料
LM311是电压比较器，可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产 生和变换电路等。利用LM311可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。
•典型应用
电平变换
过零检测
三态电压比较器：
LM331可用作精密频率电 压转换器、A/ D 转换器、 线性频率调制解调、长时间 积分器及其他相关器件。 LM331 采用了新的温度补 偿能隙基准电路, 在整个工 作温度范围内和低 到 4.0V 电源电压下都有极 高的精度。 LM331的动态范围宽, 可达 100dB ,线性度好, 最大非线 性失真小于 0.01% ,工作频 率低到0.1Hz时尚有较好的 线性;变换精度高,数字分辨 率可达12位; 外接电路简单, 只需接入几个外部元件就可 方便构成 V/F或 F/V 等变换 电路, 并且容易保证转换 精。
• 典型电路
• 1、反相交流放大 该电路可用于扩音机前 置放大，无需调零。 C1 消振 输入电阻 Ri
•2、同相交流放大 输入电阻 R3 R4的阻值：几千欧~几十千欧 特点：输入阻抗高
•3、交流信号分配放大
•4、测温电路 硅晶体管发射结的温度 系数-2.5mV/℃
•5、滤波器
•6、比较器
OP07
ww0 / Q H ( s) 2 arctan 2 2 w w0
Notch滤波器伯德图
Q=1
Q=10
滤波器的特性指标
• 滤波器的特性指标主要有特征频率、增益与衰耗、阻尼系 数与品质因数、灵敏度和群时延函数五个。 • 1、特征频率： • ①通带截频fp=wp/(2p)为通带与过渡带边界点的频率， 在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。 • ②阻带截频fr=wr/(2p)为阻带与过渡带边界点的频率， 在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。 • ③转折频率fc=wc/(2p)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时 的频率，在很多情况下，常以fc作为通带或阻带截频。 • ④固有频率f0=w0/(2p)为电路没有损耗时，滤波器的 谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。
essentially independent of supply Voltage (1mW/op amp at +5VDC) Low input biasing current: 45nADC (temperature-ompensated) Low input offset voltage: 2mVDC and offset current: 5nADC Differential input voltage range equal to the power supply voltage Large output voltage: 0VDC to VCC-1.5VDC swing 细节描述
2
1 sC
H ( s ) arct anwRC
低通滤波器伯德图
高通滤波器分析
如无源高通滤波器
U out ( s ) R sRC H ( s) U in ( s ) R 1 sRC 1 sC s jw j 2f 0 H (s) wRC 1 wRC
/ 2 f0 / f 1 ， 非 线 性 时 滞 ， 失 真 2f 4f
频域滤波器分析方法
• 拉氏变换后观察相-频，幅-频特性
y(t ) L yt H (s), w H ( jw) , w H ( jw)
低通滤波器分析
U out ( s ) 1 H (s) U in ( s ) R 1 sRC 1 sC s jw j 2f 0 H (s) 1 1 wRC
Notch滤波器（消除指定频率）
s
2
w
2 i i
2 w 2 s s w Q
罗克韦尔软件中的notch滤波模块
低通滤波器的特点
• 对高频信号起减弱的作用，不能完全消除； • 幅值效果好的滤波器，相位延迟的比较多； • 延迟的时间可以计算；
f f arctan f0 1 f0 1 Tdelay 2 f 2 f 2f f f0 1 f f 0 Tdelay ,固 定 时 滞 ， 无 失 真 2f w0 arctan f f 0 Tdelay
•2、增益与衰耗 滤波器在通带内的增益并非常数。 ①对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益;高通指 w→∞时的增益;带通则指中心频率处的增益。 ②对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒 数。 ③通带增益变化量△Kp指通带内各点增益的最大变化量， 如果△Kp以dB为单位，则指增益dB值的变化量。 •3、阻尼系数与品质因数 阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用，是 滤波器中表示能量衰耗的一项指标。 阻尼系数的倒数称为品质因数，是带通与带阻滤波器频率 选择特性的一个重要指标，Q= w0/△w。式中的△w为带通或带 阻滤波器的3dB带宽， w0为中心频率，在很多情况下中心频率 与固有频率相等。
– 高通； – 低通； – 带通； – 指定频率； – 全通相移；
• 时域；
– 卡尔曼滤波器；
• 其他分类
– 模拟滤波器与数字滤波器 – 离散滤波器与连续滤波器 – 线性与非线性滤波器 – 时变滤波器与时不变滤波器 – 无源(passive)滤波器与有源（active）滤波器