信号的运算及处理电路

信号的运算及处理电路

基本要求

·

正确理解：有源滤波电路 ·

熟练掌握：比例、求和、积分运算电路；虚短和虚断概念 · 一般了解：其它运算电路

难点重点

1．“虚断”和“虚短”概念

如果为了简化包含有运算放大器的电子电路，总是假设运算放大器是理想的，这样就有“虚短”和“虚断”概念。

“虚短”是指在理想情况下，两个输入端的电位相等，就好像两个输入端短接在一起，但事实上并没有短接，称为“虚短”。虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。

“虚断”是指在理想情况下，流入集成运算放大器输入端电流为零。这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大，就好像运放两个输入端之间开路。但事实上并没有开路，称为“虚断”。

2．集成运算放大器线性应用电路

集成运算放大器实际上是高增益直耦多级放大电路，它实现线性应用的必要条件是引入深度负反馈。此时，运放本身工作在线性区，两输入端的电压与输出电压成线性关系，各种基本运算电路就是由集成运放加上不同的输入回路和反馈回路构成。

在分析由运放构成的各种基本运算电路时，一定要抓住不同的输入方式（同相或反相）和负反馈这两个基本点。

3．有源滤波电路

有源滤波电路仍属于运放的线性应用电路。滤波功能由RC 网络完成，运放构成比例运算电路用以提供增益和提高带负载能力。与无源滤波电路相比有以下优点：

（1）负载不是直接和RC 网络相连，而是通过高输入阻抗和低输出阻抗的运放来连接，从而使滤波性能不受负载的影响；

（2）电路不仅具有滤波功能，而且能起放大作用。

8.1基本运算电路

一、比例运算电路

1.反相比例运算电路（反相输入方式）

保密

（1）闭环电压放大倍数 Ａvf=Ｖo/Ｖi=-Ｒ2/Ｒ1

（2）当Ｒ2=Ｒ1时，闭环电压放大倍数为-1，此时的运算放大电路称为反相器。

（3）由于“虚短”，且同相输入端接地，所以此种组态电路具有虚地特性，即反相输入端近似地电位。

（4）输入电阻小。

2.同相比例运算电路（同相输入方式）

（1）闭环电压放大倍数 Ａvf=Ｖo/Ｖi=（Ｒ2+Ｒ1）/Ｒ1=１＋Ｒ2/Ｒ1

（2）当Ｒ1开路时，Ｖo=Ｖi ，此时的运算放大电路称为电压跟随器。

（3）由于“虚短”，且反相输入端信号为 （Ｖo*Ｒ1）/（Ｒ2+Ｒ1）不为0，所以同相输入端信号等于

（Ｖo*Ｒ1）/（Ｒ2+Ｒ1）也不为0。即同相电路组态引入共模信号。

（4）输入电阻较大。

二、加、减运算电路

加、减运算电路均有反相输入和同相输入两种输入方式。对于此种电路的计算一般采用叠加定理。

1.加法电路

Ｖo=-（Ｖ1/Ｒ1+Ｖ2/Ｒ2）．Ｒf

若将Ｖ2经一级反相器接至加法器输入端，则可实现减法运算：

Ｖo=-（Ｖ1/Ｒ1-Ｖ2/Ｒ2）．Ｒf

2.减法运算电路（差动输入方式）

（1）根据叠加定理，可以认为输出电压Ｖo 是在两个输入信号Ｖ1和Ｖ2分别作用下的代数和，即 Ｖo=-（Ｒ2/Ｒ1）Ｖ1+［Ｒ2'/（Ｒ1'+Ｒ2'）］．［（Ｒ1+Ｒ2）/Ｒ1］．Ｖ2

（2）当R1=R2=R1'=R2' 时，Ｖo=Ｖ2-Ｖ1，实现减法运算。

（3）由于“虚短”，同相输入端输入信号和反相输入端输入信号等于［Ｒ2'/（Ｒ1'+Ｒ2'）］．

Ｖ保密

2，不为

0，即差动电路组态引入共模信号。

（4）输入电阻较小。

三、积分与微分电路（都有反相输入和同相输入两种输入方式）

1.积分电路

设t=0时，电容两端的电压为0，则 Ｖo=-（1/ＲＣ）∫Ｖi ．dt

2.微分电路

微分是积分的逆运算，因此把积分电路中的R 和C 对调一下，就可构成微分电路。

8.2实际运算放大器运算电路的误差分析

影响运算精度的因素很多，但应注意到，运放各参数对运算精度的影响程度，随应用条件不同而异。因此，从应用的角度出发，在分析一个具体电路的运算误差时，可以有所侧重，只讨论主要误差的来源。

8.3对数和反对数运算电路（不要求）

8.4模拟乘法器

模拟乘法器是实现两个信号相乘作用的电子器件。模拟乘法器不仅应用于模拟信号运算，而且可以进行模拟信号处理，模拟乘法器与集成运放结合，再加上不同的外接电路，可组成平方、开方、高次方和高次方根的运算电路。因此它在通信系统、信号处理、自动控制等领域得到了越来越广泛的应用。

8.5有源滤波电路

一、基本概念

1.无源滤波电路和有源滤波电路

2.有源滤波电路的分类

低通滤波电路（LPF ）、高通滤波电路（HPF ）、带通滤波电路（BPF ）、带阻滤波电路（BEF ）和全通滤波电路（APF ）

3.主要参数

Ａvp 、ｆp 、ｆo 和Ｑ

二、低通滤波电路

保密

1.一阶低通滤波电路

Ａv=Ｖo/Ｖi=［（Ｒ1+Ｒf）/Ｒ1］．［1/（1+jωＲＣ）］2.二阶压控电压源低通滤波电路

三、高通滤波电路

高通与低通滤波电路在电路组成上成对偶关系。

密

保