2022-2023学年高二物理竞赛课件：信号的运算和处理

1 信号的运算和处理 2 概述 电子信息系统的组成 传感器接收器 隔离、滤波、阻抗变换、放大 运算、转换、比较 功放 执行机构 第六章 第八章 第七章 信号的产生A/D转换 电子信息系统的供电电源 第九章 3 信号的运算和处理 基本运算电路 模拟乘法器及其在运算电路中的应用 有源滤波电路 电子信息系统预处理中所用放大电路 4 概述：理想运放的两个工作区 （1）开环差模增益（放大倍数） Aod =∞ （2）差模输入电阻 Rid =∞ （3）输出电阻 Ro =0　 （4）共模抑制比 KCMR =∞ （5）上限截止频率fH =∞ （6）失调电压UIO、失调电流IIO和它们的温漂dUIO /dT 、 dIIO /dT均为零，且无任何内部噪声。 　 理想运放的性能指标 基本运算电路 5 1.　理想运放工作在线性区的电路特征 A － ＋ N P iP iN uN uP uo 反馈网络 ——电路引入了电压负反馈 判断方法：若电路引入了负反馈，则可判断电路工作在线性区。 一、理想运放的线性工作区 无源网络 uP－uN uo ０ 理想运放传输特性 6 2. 理想运放工作在线性区的特点 由于uo为有限值，Aod =∞ ， 因而净输入电压uP－uN =0， A － ＋ N P iP iN uN uP uo 反馈网络 虚短路 因为差模输入电阻Rid =∞所以两个输入电流为零， 虚断路 7 3.运放工作在线性区研究的主要问题 （1）运算电路：运算电路的输出电压是输入电压某种运算的结果，如比例、加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微分、对数、指数等。 （2）描述方法：运算关系式 uO＝f (uI) （3）分析方法：“虚短”和“虚断”是基本出发点。 （1）识别电路； （2）掌握输出电压和输入电压运算关系式的求解方法。 4 .学习运算电路的基本要求 8 三、理想运放的非线性工作区（第7章内容） 集成运放处于开环状态（即没有引入负反馈）， 或者只引入了正反馈， uP－uN uo ０ （１）输出电压只有两种情况，分别是±UOM。当uP>uN时uo=+UOM ，当uP<uN时uo= -UOM 。 （２）由于理想运放的差模输入电阻无穷大，故净输入电流为零，即iP=iN =0 。 理想运放传输特性 2.理想运放工作在非线性区的特点： 1.　理想运放工作在非线性区的电路特征 9 6.1 基本运算电路 6.1.2 比例运算电路 6.1.3 加减运算电路 6.1.4 积分运算电路和微分运算电路 6.1.5 对数运算和指数运算电路 6.1.6 利用对数和指数运算电路实现的乘法 运算电路和除法运算电路 10 6.1.2 比例运算电路 A － ＋ N P iP iN uI R’ uO iF Rf iR R 一、反相比例运算电路 ∴ ∵ 虚地 1、基本电路 11  uO 与 uI 为比例关系  uO 与 uI 反相位 若Rf=R，则为反相器  电压并联负反馈  R’ ： 平衡电阻，R’ =R//Rf A － ＋ N P iP iN uI R’ uO iF Rf iR R 输出电阻 输入电阻 保证集成运放输入级差分放大电路的对称性 反相端输入 Rf太大，噪声大。如何利用相对小的电阻获得－100的比例系数？ 若要Ri＝100kΩ，比例系数为－100，R＝？ Rf＝？ 12 虽然同相比例运算电路具有高输入电阻、低输出电阻的优点，但因为集成运放有共模输入，所以为了提高运算精度，应选用高共模抑制比的集成运放。  uO 与 uI 为比例关系  uO 与 uI 同相位  电压串联负反馈  R´ ： 平衡电阻 R ´ =R//Rf A － ＋ N + uP uN uI R’ uO iF Rf iR R + + - uF 输出电阻 输入电阻 同相端输入 信号的 提取 信号的 预处理 信号的 加工 信号的驱动与执行 A/D转换 计算机或其它数字系统 D/A转换 信号的 提取 信号的 预处理 信号的 加工 信号的驱动与执行 A/D转换 计算机或其它数字系统 D/A转换 $