模电 信号运算处理电路
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1、8.1 8.1 基本运算电路基本运算电路8.2 8.2 实际运算放大器运算电路的误差分析实际运算放大器运算电路的误差分析8.3 8.3 对数和反对数运算电路对数和反对数运算电路8.4 8.4 模拟乘法器模拟乘法器8.5 8.5 有源滤波电路有源滤波电路8.6 8.6 开关电容滤波器开关电容滤波器 第八章第八章 信号的运算与处理电路信号的运算与处理电路8.1 基本运算电路8.1.1 8.1.1 加法电路加法电路8.1.2 8.1.2 减法电路减法电路8.1.3 8.1.3 积分电路积分电路8.1.4 8.1.4 微分电路微分电路8.1.5 8.1.5 对数运算电路对数运算电路8.1.6 8.1.
2、6 反对数运算电路反对数运算电路8.1.7 8.1.7 电压和电流转换电路电压和电流转换电路8.1.1 8.1.1 加法电路加法电路1. 1. 反相输入求和电路反相输入求和电路 在在 反相比例运算电路的基础上，增加一个输入支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。此时两个输入信号路，就构成了反相输入求和电路。此时两个输入信号电压产生的电流都流向电压产生的电流都流向R Rf f 。所以输出是两输入信号的。所以输出是两输入信号的比例和。比例和。)()()(i22fi11ff2i21i1f2ii1ovRRvRRRRvRvRiiv)()(i2i1i22fi11fovvvR
3、RvRRv2 .2 .同相输入求和电路同相输入求和电路 在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求和电路，如图所示。支路，就构成了同相输入求和电路，如图所示。 因运放具有因运放具有虚断的特性，虚断的特性，对运放同相输对运放同相输入端的电位可入端的电位可用叠加原理求用叠加原理求得得: :RRRRRRvRRRRRRRvRRRRRRRRRRvRRRRRvRRvf12i212221i1211f12i2121i12o) /() /() /() /() /() /() /() /(RvRvRRRRRRRRvRRvRRv2i21i1fnpfffi
4、22pi11po)()(由此可得出由此可得出/ / fn21pRRRRRRR式中 , i2i1of21npvvvRRRRR时当，8.1.2 减法电路减法电路1. 用加法器构成减法器用加法器构成减法器2. 差分式减法器差分式减法器3. 3. 双端输入求和电路双端输入求和电路 双端输入也称差动输入，双端输入求和运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。法与同相输入运算电路相似。 当当v vi1i1= =v vi2 i2 =0=0时，用时，用叠加原理分别求出叠加原理分别求出v vi3i3=0=0和和
5、v vi4i4 =0=0时的输出时的输出电压电压v vopop。 当当v vi3 i3 = = v vi4 i4 =0=0时，用时，用叠加原理分别求出叠加原理分别求出v vi1i1=0=0和和v vi2i2 =0=0时的输出时的输出电压电压v vonon。先求 )/1 () /() /()/1 () /() /(21f34i4321f43i34opRRRRRRvRRRRRRRRvRRv )/1 () /() /()/1 () /() /(21f34i434421f43i3433opRRRRRRvRRRRRRRRRRvRRRRv )/1 ()/1 (21fi44p21fi33pRRRvRRRRR
6、vRR )(/)/(i44pi33pff21f21vRRvRRRRRRRRR )(4i43i3nfpRvRvRRRop v式中Rp=R3/R4/R , Rn=R1/R2/Rf 再求on vi22fi11fonvRRvRRv)()( 2i21i1f4i43i3nfponopoRvRvRRvRvRRRvvvnpf4321 RRRRRRRRR时，当)( i2i1i4i3fovvvvRRv于是于是例例8.18.1: 求图所示数据放大器求图所示数据放大器( (又称又称测量放大器测量放大器或或仪用仪用放大器放大器）的输出表达式，并分析）的输出表达式，并分析R R1 1的作用。的作用。解：解：所以所以 )(
7、21 ( S1S212o1o2ovvRRvvv 显然调节显然调节R R1 1可以改变放大器的增益。产品可以改变放大器的增益。产品有数据放大器，如有数据放大器，如AD624AD624等，等， R R1 1有引线连出，同时有引线连出，同时有一组组有一组组R R1 1接成分压器形式，可选择连线接成多种接成分压器形式，可选择连线接成多种的的R R1 1阻值阻值 。8.1.3 积分电路积分电路 积分运算电路的分析方法与求和电路积分运算电路的分析方法与求和电路差不多，反相积分运算电路如图所示。差不多，反相积分运算电路如图所示。，于是根据虚地有Rvii tvRCtiCvvd1d1iCCO当输入信号是阶跃直流
8、电压当输入信号是阶跃直流电压V VI I时，即时，即tRCVtvRCvvIiCOd1（动画12-1）例例8.2:8.2:画出在画出在给定输入波形给定输入波形作用下积分器作用下积分器的输出波形。的输出波形。(a) (a) 阶跃输入信号阶跃输入信号(b)(b)方波输入信号方波输入信号 积分器的输入和输出波形积分器的输入和输出波形 上图给出了在阶跃输入上图给出了在阶跃输入和方波输入下积分器的输出和方波输入下积分器的输出波形。波形。 这里要注意当输入信号这里要注意当输入信号在某一个时间段等于零时，在某一个时间段等于零时，积分器的输出是不变的，保积分器的输出是不变的，保持前一个时间段的最终数值。持前一个
9、时间段的最终数值。因为虚地的原因，积分电阻因为虚地的原因，积分电阻 R R 两端无电位差，因此两端无电位差，因此C C 不不能放电，故输出电压保持不能放电，故输出电压保持不变。变。例例8.38.3：积分器例题软件包。：积分器例题软件包。例题演示一例题演示二8.1.4 8.1.4 微分运算电路微分运算电路微分运算电路如图所示。微分运算电路如图所示。 tvRCtvRCRiRivdd dd ICCRO显然归纳与推广：归纳与推广：8.1.5 8.1.5 对数运算电路对数运算电路 对数运算电路如图。由图可知对数运算电路如图。由图可知 DOvvDRii SITSDTOlnlnRIvVIiVv8.1.6 指
10、数运算电路 指数运算电路如图所示。指数运算电路如图所示。指数运算电路相当于反对数运算电路。指数运算电路相当于反对数运算电路。 8.1.7 8.1.7 电压和电流转换电路电压和电流转换电路8.1.7.1 8.1.7.1 电流电流- -电压变换器电压变换器8.1.7.2 8.1.7.2 电压电压- -电流变换器电流变换器 8.1.7.1 8.1.7.1 电流电流- -电压变换器电压变换器如图是电流如图是电流- -电压变换器电压变换器。由图可知由图可知fSO=Riv 可见输出电压与输可见输出电压与输入电流成比例。入电流成比例。 输出端的负载电流输出端的负载电流SLfLfSLOO=iRRRRiRvi此
11、时该电路也可视为电流放大电路。若LR固定，则输出电流与输入电流成比例，8.1.7.2 8.1.7.2 电压电压- -电流变换器电流变换器如图的电路为电压如图的电路为电压- -电流变换器电流变换器由图（由图（a a）可知）可知SOOS1=vRiRiv或所以输出电流与输入电压成比例所以输出电流与输入电压成比例。(a)负载不接地(b)负载接地(b)负载接地L43L4OLOOp/RRRRRvRivvvvnp可解得)(L12L433S12ORRRRRRRvRRi 对图（对图（b b）电路，）电路， R R1 1和和R R2 2构成并联负反馈；构成并联负反馈； R R3 3 、R R4 4和和R RL L
