[理學]運算放大器的運用(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 所以 這是模擬除法器的輸入、輸出關系。 ?（ 2）圖 （ b）所示電路中，由于 所以 其邏輯功能是模擬開方。 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?（ 3）圖 （ c）所示電路中， ，則 其邏輯功能是求平方平均值。 ?（ 4）圖 （ d）所示電路中， ，其功能是模擬乘法。 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ? 【 例 】 實現求解 z=（ ax2+bx+c）方程的電路。 ?解：用乘法器和運算放大器實現。原理圖如圖 （ a）所示，電路圖如圖 （ b）所示。 ?其參數選擇為 圖 例 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ? 4. 雙平衡模擬乘法器在電子通信中的作用 ?為了描述其工作原理，首先介紹調幅、檢波、調頻、鑒頻及變頻等基本概念。 ?（ 1）調幅與檢波 圖 載波、調制信號和已調幅波的波形 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?圖 （ a）所示是高頻等幅載波電壓 uc=Ucmcosωct的波形；圖 （ b）所示是調制信號 Um=Umcosωmt的波形；圖 （ c）所示是調制后的載波波形，它的頻率不變化，但振幅隨調制信號的變化而變化。 ?接收機從高頻調幅波中檢出調制信號的過程，稱為檢波，又稱為解調。它實際上是調幅的相反過程。檢波器將高頻信號變成低頻信號，這也是一種頻率的變換過程。 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?（ 2）調頻與鑒頻 ?使高頻振蕩的頻率按照調制信號規律作相應的變化，稱為頻率調制，簡稱調頻，如圖 。 ?調頻波的解調，簡稱為鑒頻。它的作用是將調頻波變換為原來的調制信號。其工作過程如圖 （ a）、（ b）、（ c）所示。 圖 調頻波 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?（ 3）變頻 ?在電子技術中，經常需要將某一頻率的信號變換成另一頻率的信號。在變頻過程中，只是改變已調信號的載波頻率，而信號的調制類型（如調幅或調頻等）和調制參數（如調制系數、調制頻率等）都不改變。 圖 鑒頻過程 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?例如，變頻器的輸入信號是一個高頻調幅波，如圖（ a）所示，經過變頻器后，僅僅使載波頻率 fc變換成中頻 fo，而包絡線的形狀是一致的，如圖 （ b）、（ c）所示。 圖 變頻過程示意圖 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?（ 4）雙平衡模擬乘法器在電視機中的應用 ?電視機中利用了多個雙平衡型模擬乘法器進行信號處理。下面以視頻同步檢波器為例，說明其工作原理。 圖 集成電路雙差分同步檢波器 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?集成電路雙差分同步檢波器如圖 。 ?因為這里要解調的調幅波是一般調幅波，含有載頻成分，所以可用一個載波選頻放大器加限幅二極管來獲得所需的第二種信號，即同相的 38MHz方波信號。為了便于分析，雙差分輸入都用方波的形式表示，數學分析如下。 ?設調制信號為 UΩsinΩt，載波信號為 Umsinωt，則調幅波電壓 u2=(Um+UΩsinΩt)sinωt，加至同步檢波器的脈沖信號用載波 u1=Umsin(ωtθ)表示， θ是 u1與 u2的相位差，所以有 uo=Ku1u2， K為常數，則有 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 ?經設置在內電路中的濾波電路進行中頻濾波，在 uo+檢出負向視頻信號，在 uo檢出正向視頻信號，從 uo輸出的視頻信號 uo=（ uo+） （ uo），產生一個負向的視頻信號，其工作波形如圖 。 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 圖 視頻檢波工作波形 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號運算方面的應用 與包絡視頻檢波器相比，同步檢波的優點如下。 ?①線性良好，小信號時也能保持良好的線性。包絡檢波要求輸入信號幅度大于等于 1V（ PP），而同步檢波只要求輸入信號幅度大于 50mV。 ?②增益高，約有 20dB增益，而包絡檢波增益是 6dB。 ?③副載波影響小，濾波設計簡單，可利用內電阻和分布電容組成。 ?④ VT VT2的混頻作用也可輸出 。 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ? 有源濾波器 ?濾波器是一種選頻電路。它能選出有用的信號，抑制無用的信號，使一定頻率范圍內的信號能順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減很大。 ? 1. 低通濾波器 ?低頻能通過而高頻不能通過 的濾波器稱為低通濾波器。其 理想特性如圖 。 圖 低通濾波器的理想頻率特性 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?（ 1）一階有源低通濾波電路 ?實現圖 ：一是將濾波電路接到運算放大器的同相輸入端，如圖 ；二是作為反饋支路接到反相輸入端，如圖 。 圖 一種低通濾波器 圖 另一種低通濾波器 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?由于圖 、圖 ，因此，集成運算放大器都工作于線性區。對圖 示電路，利用理想運算放大器工作于線性區的兩條結論，不難得到 （ 541） 式中， 對圖 ，有 （ 542） 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?式（ 512）中 ?對式（ 542）進行歸一化處理，則 ?當 ω=0時， ?當 ω=ω0時 , ?式中， ω0稱為截止角頻率，當 ω=ω0時，電路幅頻特性衰減 3dB，即 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?一階低通濾波器電路的幅頻特性如圖 。 ?一階低通濾波器的優點是簡單， 缺點是特性偏離理想特性過遠， 阻帶區衰減太慢，衰減斜率僅 為 20dB/10倍頻程，也就是說， 在比截止頻率高 10倍的頻率 處，幅度只下降了 20dB。 圖 一階 RC低通 濾波器的幅頻特性 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?（ 2）二階有源低通濾波電路 ?為了使輸出電壓在高頻段以更快的速率下降，以改善濾波效果，在圖 RC低通濾波電路，如圖 ，稱為二階有源低通濾波電路。 ?按理想運算放大器的特點進 行分析，可求得 然后可列出以下節點方程 圖 二階有源低通濾波電路 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?可解得 ? （ 543） ?式中， Q類似于諧振回路的品質因數， Q越大，ω=ω0時的｜ A｜值也越大。 通稱為阻尼系數。 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?當 Q=1時，在 ω=ω0的情況下， |A|＝ Auf保持了通頻帶的增益，而高頻段幅度衰減很快，故濾波效果較好。圖 、二階低通濾波器幅頻特性。 圖 一階、二階低通濾波器的幅頻特性 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ? 2. 高通濾波器 ?與低通濾波器相反，高通濾波器用來通過高頻信號，抑制或衰減低頻信號。其理想特性如圖 。 ?將低通濾波電路中起作用的 電阻、電容互換，即可變成 高通濾波電路。將圖 R、 C互換后，即得到圖 所示的一階高通有源濾波電 路。 圖 高通濾波器理想特性 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?按理想運算放大器的特點進行 分析，可求得 顯然 圖 一階高通有源濾波電路 經整理可得 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ?式中， （濾波器的截止角頻率）。其幅頻特性如圖 。 ?如果將圖 R1和 C1 互換， R2和 C2互換，即可 變成二階高通濾波器。 （ 544） 圖 一階高通濾波器的幅頻特性 電路與電子技術 （中冊 模擬電子技術）（第 2版） 第 5章 運算放大器的應用 2022/2/16 15:17 2022年 2月 16日 3時 17分 運算放大器在信號處理方面的應用 ? 3. 帶通濾波器和帶阻濾波器 ?帶通濾波器的作用是