清华大学电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第七章
信号的运算和处理
7.1 概述
7.1.1 电子信息系统的组成
信号的 提取
信号的 预处理
信号的 加工
信号的 执行
图7.1.1电子信息系统示意图
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第七章
信号的运算和处理
7.1.2 理想运放的两个工作区
理想运放工作区：线性区和非线性区
第七章
7.1 概述
7.2 7.3
童 诗 白 第 三 版
信号的运算和处理
基本运算电路 模拟乘法器及其运算电路的运用
7.4 有源滤波电路
7.5 电子信息系统预处理中所用电路
本章重点和考点
1.比例、求和及积分电路的综合运算。
2.有源滤波电路的基本概念(二阶低通 滤波电路)。
童 诗 白 第 三 版
本章教学时数： 6学时
Auf uo RF uI RI
图 7.2.1
RF uo - u I RI
* R2 = R1 // RF Rif = R1
反相输入端“虚地”，电路的输入电阻为
引入深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为
R0f =0
(动画avi\8-1.avi)
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第七章
本章讨论的问题：
1.什么是理想运放？指标参数有哪些？ 2.为什么在运算放大电路中集成运放必须工作在线性区？ 为什么理想运放工作在线性区时会有虚短和虚断？ 3.如何判断电路是否是运算电路？有哪些基本运算电路？ 怎样分析运算电路的运算关系？ 童 诗 白 第 三 版 4.为了获得信号中的直流分量，或者为了获得信号中的 高频分量，或者为了传送某一频段的信号，或者为了 去掉电源所带来的50Hz干扰，应采用什么电路？
第七章
信号的运算和处理
二、理想运放在线性工作区
输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放 大关系，即
u-
i-
uO Aod ( u - u- )
u
i
+
Aod
uO
理想运放工作在线性区特点：
1. 理想运放的差模输入电压等于零 uO ( u - u- ) 0 即 u uAod
如
——“虚短” —“虚地”
U OM uP - uN Aod 14 V 2 105 70 μV
非线性区
uO
实际特性
O
uP-uN
非线性区
线性区
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信号的运算和处理
7.2
基本运算电路
集成运放的应用首先表现在它能够构成各 种运算电路上。
在运算电路中，集成运放必须工作在线性 区，在深度负反馈条件下，利用反馈网络 能够实现各种数学运算。 基本运算电路包括： 比例、加减、积分、微分、对数、指数
一、理想运放的性能指标
开环差模电压增益 Aod = ∞； 差模输入电阻 rid = ∞；
输出电阻 ro = 0；
共模抑制比 KCMR = ∞； UIO = 0、IIO = 0、 UIO = IIO = 0； 输入偏置电流 IIB = 0； - 3 dB 带宽 fH = ∞ ，等等。
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-UOM
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理想运放工作在非线性区特点： 1. uO 的值只有两种可能 当 uP > uN时，uO = + UOM 当 uP< uN时, uO = - UOM 在非线性区内， (uP - uN) 可能很大，即 uP ≠uN 。 “虚地”不存在 2. 理想运放的输入电流等于零
图 7.2.3
*R2 = R1 // RF
R1 所以 uO uI R1 RF
由于该电路为电压串联负 反馈，所以输入电阻很高。
Rif= Ri ( 1+Aod F )
RF 得： uo (1 )uI RI
uO RF Auf 1 uI RI
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7.2.1
比例运算电路
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一、反相比例运算电路
1.基本电路(电压并联负反馈)
由于“虚断”，i+= 0，u+ = 0；
由于“虚短”， u- = u+ = 0 由 iI = iF ，得 ——“虚地” uI - u- u- - uo R1 RF
将各电流代入上式
R2 R4 R2 // R4 uo (1 )uI RI R3
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二、同相比例运算电路
根据“虚短”和“虚断” 的特点，可知 uＩ i+ = i- = 0；
R1 所以 u- uO R1 RF
又 u- = u+ = uＩ
(动画avi\8-2.avi)
u u- 0
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信号的运算和处理
2. 理想运放的输入电流等于零 由于 rid = ∞，两个输入端均没有电流，即
i i- 0
uO
+UOM
——“虚断”
三、理想运放的非线性工作区
理想特性
O
u+-u-
图 7.1.3 集成运放的电压传输特性
本章讨论的问题：
5.滤波电路的功能是什么？什么是有源滤波和无源滤波？ 为什么说有源滤波电路是信号处理电路？ 6.有几种滤波电路？它们分别有什么特点？
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7.从本质上讲，有源滤波电路与运算电路一样吗？为 什么？有源滤波电路有哪些主要指标？
8.由集成运放组成的有源滤波电路中一定引入负反馈吗？ 能否引入正反馈？
iP i N 0
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信号的运算和处理
实际运放 Aod ≠∞ ，当 uP 与 uN差值比较小时，仍有 Aod (uP - uN )，运放工作= ± 14 V，Aod 2 × 105 ，线性 区内输入电压范围
信号的运算和处理
2. T型网络反相比例运算电路 电阻R2 、 R3和R4构成 T形网络电路 节点N的电流方程为
所以
uI - uM i2 R1 R2 uM R2 i3 - uI R3 R1 R3
i4 = i2 + i3
输出电压
图7.2.2 T型网络反相比例运算电路
u0= -i2 R2 – i4 R4