2022-2023学年高二物理竞赛课件：运放在信号处理方面的应用

2023-06-10

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运放在信号处理方面的应用运放在信号处理方面的应用有源滤波器滤波器是一种选频电路。它能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大。无源滤波器：由电阻、电容和电感组成的滤波器。有源滤波器：含有运算放大器的滤波器。缺点：低频时体积大，很难做到小型化。优点：体积小、效率高、频率特性好。按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等。下一页总目录章目录返回上一页微分运算电路 if i1 由虚短及虚断性质可得 i1 = if uo C1 ui R2 RF + + – – + +  –  ui t O uo t O Ui –Ui 下一页总目录章目录返回上一页 3 将比例运算和积分运算结合在一起，就组成比例-积分运算电路。 uo CF ui R2 R1 + + – – + +  –  RF if i1 电路的输出电压上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分这种运算器又称 PI 调节器, 常用于控制系统中, 以保证自控系统的稳定性和控制精度。改变 RF 和 CF，可调整比例系数和积分时间常数, 以满足控制系统的要求。下一页总目录章目录返回上一页比例-微分运算电路上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分控制系统中， PD调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。 —PD调节器 uo C1 ui R2 RF + + – – + +  –  R1 if iR iC 下一页总目录章目录返回上一页 1. 有源低通滤波器 ui uo RF uC C R + +  –  R1 + – + + – – 设输入为正弦波信号, 则有故：下一页总目录章目录返回上一页若频率  为变量，则电路的传递函数其模为幅频特性 0 | Auf0 | | T(j) |  O 下一页总目录章目录返回上一页当 >0时，| T(j)| 衰减很快显然，电路能使低于0的信号顺利通过，衰减很小，而使高于0的信号不易通过，衰减很大，称一阶有源低通滤波器。为了改善滤波效果，使  > 0 时信号衰减得更快些，常将两节RC滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。 uo RF C R + +  –  R1 + – ui + – R C 一阶二阶幅频特性 0 | Auf0 | | T(j) |  O 下一页总目录章目录返回上一页 2. 有源高通滤波器 ui uo RF C R + +  –  R1 + – + – 设输入为正弦波信号，则有故：下一页总目录章目录返回上一页可见，电路使频率大于0 的信号通过，而小于0 的信号被阻止，称为有源高通滤波器。若频率  为变量，则电路的传递函数其模为幅频特性 0 | Auf0 | | T(j) |  O 下一页总目录章目录返回上一页模拟开关模拟输入信号 1. 电路 16.3.2 采样保持电路 S uC + – ui + – uo + – + +  –  采样保持电路，多用于模 - 数转换电路（A/D）之前。由于A/D 转换需要一定的时间，所以在进行A/D 转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存一段时间，以满足A/D 转换电路的需要。用于数字电路、计算机控制及程序控制等装置中。采样存储电容控制信号电压跟随器下一页总目录章目录返回上一页 2. 工作原理 16.3.2 采样保持电路 1. 电路采样阶段： uG为高电平， S 闭合(场效应管导通)， ui对存储电容C充电， uo= uC = ui 。保持阶段： uG为 0， S 断开(场效应管截止)，输出保持该阶段开始瞬间的值不变。采样脉冲 ui t o uG t o 采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。 S uC + – ui + – uo + – + +  –  下一页总目录章目录返回上一页 $

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