模拟电子技术简明教程-(第三版)第八章 信号处理电路.ppt

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1、首页首页第第8章章信号处理电路信号处理电路8.1有源滤波器有源滤波器8.2电压比较器电压比较器首页首页一一.滤波电路的作用和分类滤波电路的作用和分类选选频频。只只让让特特定定频频率率信信号号通通过过，滤滤掉掉其其它它频频率率的的信信号号1、作用、作用在无线电通信、自动测量和控制系统中，常常利用滤在无线电通信、自动测量和控制系统中，常常利用滤在无线电通信、自动测量和控制系统中，常常利用滤在无线电通信、自动测量和控制系统中，常常利用滤波电路进行模拟信号的处理，如用于数据传输、抑制波电路进行模拟信号的处理，如用于数据传输、抑制波电路进行模拟信号的处理，如用于数据传输、抑制波电路进行模拟信号的处理，如

2、用于数据传输、抑制干扰等。干扰等。干扰等。干扰等。首页首页2、分类、分类LPF：低通滤波器：低通滤波器HPF：高通滤波器：高通滤波器BPF：带通滤波器：带通滤波器BEF：带阻滤波器：带阻滤波器APF：全通滤波器：全通滤波器1.按信号性质分类按信号性质分类3.按电路功能分类按电路功能分类:2.按所用元件分类按所用元件分类模拟滤波器和数字滤波器模拟滤波器和数字滤波器无源滤波器和有源滤波器无源滤波器和有源滤波器4.按阶数分类按阶数分类:一阶，二阶一阶，二阶 高阶高阶首页首页 理想低通滤波器（理想低通滤波器（LPF）高通滤波器（高通滤波器（HPF）带通滤波器（带通滤波器（BPF）带阻滤波器（带阻滤波器

3、（BEF）首页首页1.抑制抑制50Hz的干扰信号应选用哪种类型的滤波电路？的干扰信号应选用哪种类型的滤波电路？2.放大音频信号应选用放大音频信号应选用 。3.为获得输入电压中的低频信号，应选用为获得输入电压中的低频信号，应选用 。4.为获得输入电压中的高频信号，应选用为获得输入电压中的高频信号，应选用 。5.输输 入入 信信 号号 频频 率率 趋趋 于于 零零 时时 输输 出出 电电 压压 幅幅 值值 趋趋 于于 零零 的的 电电 路路 为为 。6.输输 入入 信信 号号 频频 率率 趋趋 于于 无无 穷穷 大大 时时 输输 出出 电电 压压 幅幅 值值 趋趋 于于 零零 的的 电电 路路 为

4、为 。7.输输入入信信号号频频率率趋趋于于零零和和无无穷穷大大时时输输出出电电压压幅幅值值均均趋趋于于零零的的电路为电路为 。8.输输入入信信号号频频率率趋趋于于零零和和无无穷穷大大时时输输出出电电压压幅幅值值均均为为通通带带放放大倍数的电路为大倍数的电路为 。带阻滤波器带阻滤波器带通滤波器带通滤波器低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器高通、带通滤波器高通、带通滤波器低通、带通滤波器低通、带通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器首页首页3、滤波器的幅频特性、滤波器的幅频特性 过渡带过渡带越窄，频率特性越陡，越接近理想滤波越窄，频率特性越陡，越接近理想滤波器的特性，电路的选择性越好

5、，滤波特性越好。器的特性，电路的选择性越好，滤波特性越好。通带电压增益通带电压增益通带截止频率通带截止频率设计滤波器的任务：设计滤波器的任务：求解通带电压增益求解通带电压增益Aup、通带、通带截止频率截止频率fp、过渡带的斜率。、过渡带的斜率。实际滤波器实际滤波器理想滤波器理想滤波器无过渡带无过渡带首页首页 1、无源低通滤波器、无源低通滤波器：由无源器件（：由无源器件（R、L、C）构成。）构成。二、低通滤波器（二、低通滤波器（LPF）不带负载时：不带负载时：首页首页 带负载时：带负载时：通带电压增益数值减小、通带电压增益数值减小、通带截止频率升高，都随通带截止频率升高，都随负载而变化。负载而变

6、化。首页首页空载时空载时带负载时带负载时无源低通滤波器幅频特性无源低通滤波器幅频特性无源滤波电路缺点无源滤波电路缺点:1带载能力很差。负载变化时，放大倍数带载能力很差。负载变化时，放大倍数减小，上限截止频率增大；减小，上限截止频率增大；特性不理想，边沿不陡（过渡带的斜率特性不理想，边沿不陡（过渡带的斜率为为-20dB/十倍频程）十倍频程）首页首页在在无无源源滤滤波波器器和和负负载载间间加加一一个个高高输输入入电电阻阻，低低输输出出电电阻的隔离电路阻的隔离电路 电压跟随器电压跟随器，就构成了有源滤波器。就构成了有源滤波器。2、一阶有源低通滤波器、一阶有源低通滤波器电压串联负反，输入阻高输出阻低电

7、压串联负反，输入阻高输出阻低首页首页传递函数中出现传递函数中出现 的一次项，故称为的一次项，故称为一阶滤波器一阶滤波器。同相比例放大倍数大于同相比例放大倍数大于1，放大能力比跟随器强，放大能力比跟随器强首页首页f f0 0o of f对数幅频特性20lg|A20lg|Au u|/dB/dB-20dB/-20dB/十倍频十倍频十倍频十倍频电路的优点：电路的优点：有放大作用有放大作用 运放输出，带负载能力强运放输出，带负载能力强电路的缺点：电路的缺点：特性不理想，边沿不陡特性不理想，边沿不陡首页首页3、二阶有源低通滤波器、二阶有源低通滤波器输输入入电电压压经经过过两两级级 RC 低低通通电电路路，

8、在在高高频频段段，对对数数幅幅频频特特性性以以-40 dB/十十倍倍频频的的速速度度下下降降，使使滤滤波波特特性性比比较较接接近近于于理想情况。理想情况。首页首页0.1-40-20-011020dB/十倍频十倍频40dB/十倍频十倍频一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较：一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较：理想特性理想特性首页首页三高通滤波器三高通滤波器(HPF)通带截止频率：通带截止频率：1、无源高通滤波器、无源高通滤波器无源高通滤波器存在着与无源低通同样的问题无源高通滤波器存在着与无源低通同样的问题首页首页高高通通滤滤波波电电路路与与低低通通滤滤波波电电路路的的对对数数幅幅频频特

9、特性性互互为为“镜像镜像”关系。关系。2、二阶有源高通滤波器、二阶有源高通滤波器首页首页四带通滤波器四带通滤波器(BPF)只只允允许许某某一一段段频频带带内内的的信信号号通通过过，将将此此频频带带以以外外的的信信号阻断。号阻断。低通低通高通高通f2fO低通低通ff1O高通高通阻阻阻阻f2f1fO通通首页首页带通带通滤波器的典型电路滤波器的典型电路中心频率中心频率通带电压放大倍数通带电压放大倍数首页首页五带阻滤波器五带阻滤波器(BEF)在在规规定定的的频频带带内内，信信号号被被阻阻断断，在在此此频频带带以以外外的的信信号号能能顺利通过。顺利通过。低通低通高通高通f2f1fO通阻通通阻通fO低通低

10、通f1f2fO高通高通首页首页带带阻滤波器的典型电路阻滤波器的典型电路中心频率中心频率通带电压放大倍数通带电压放大倍数首页首页8.1有源滤波电路有源滤波电路小结小结1.什么是滤波电路？什么是滤波电路？2.滤波器有哪些种类？滤波器有哪些种类？只让特定频率信号通过，衰减只让特定频率信号通过，衰减其它频率信号的电子装置。其它频率信号的电子装置。LPF：低通滤波器：低通滤波器HPF：高通滤波器：高通滤波器BPF：带通滤波器：带通滤波器BEF：带阻滤波器：带阻滤波器APF：全通滤波器：全通滤波器数字模拟数字模拟无源有源无源有源一阶二阶一阶二阶.首页首页3.无源低通滤波电路无源低通滤波电路 带负载能力弱，

11、负带负载能力弱，负载变化，通带放大载变化，通带放大倍数和截止频率均倍数和截止频率均变化变化,边沿不陡。边沿不陡。空载时空载时带负载时带负载时首页首页4.有源低通滤波电路有源低通滤波电路有放大有放大作用，作用，带负载带负载能力强，能力强，边沿不边沿不陡陡首页首页5、无源高通滤波器、无源高通滤波器6、二阶有源高通滤波器二阶有源高通滤波器首页首页8.2电压比较器电压比较器电电压压比比较较器器将将一一个个模模拟拟量量输输入入电电压压与与一一个个参参考考电电压压进进行行比比较较，输输出出只只有有两两种种可可能能的的状状态态：高高电电平平或或低低电平电平。比比较较器器中中的的集集成成运运放放一一般般工工作

12、作在在非非线线性性区区；处处于于开环状态或引入正反馈开环状态或引入正反馈。分分类类：过过零零比比较较器器、单单限限比比较较器器、滞滞回回比比较较器器及及双限比较器。双限比较器。首页首页+-A Au uOOu uI I简单过零比较器传输特性u uOOu ui io o+U Uoppopp-U Uoppopp比较器输出电压由一种状态跳变为另一种状态时比较器输出电压由一种状态跳变为另一种状态时比较器输出电压由一种状态跳变为另一种状态时比较器输出电压由一种状态跳变为另一种状态时,相应的输入电压通常称为相应的输入电压通常称为相应的输入电压通常称为相应的输入电压通常称为 阈值电压阈值电压阈值电压阈值电压

13、或或或或 门限电平门限电平门限电平门限电平。一、过零比较器一、过零比较器 u uI I 0 0 0u uo o=-=-U Uoppopp过零比较器的门限电平等于零过零比较器的门限电平等于零过零比较器的门限电平等于零过零比较器的门限电平等于零。首页首页u uOOu uI Io o(b)(b)传输特性-U UZ Z+U UZ Z利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器+-A AR RVDZu uOOu uI I(a)(a)电路图+-A AR RVDZu uOOu uI I稳压管接在输出端的过零比较器稳压管接在输出端的过零比较器首页首页u uI It tO Ou uOOt tO O-U

14、UZ Z+U UZ Zu uOOu uI Io o-U UZ Z+U UZ Z+-A AR RVDVDZ Zu uOOu uI I首页首页u uOOu uI Io o传输特性-U UZ Z+U UZ Z二、单限比较器二、单限比较器门限电平为门限电平为门限电平为门限电平为U UT T 的比较器的比较器的比较器的比较器-R R1 1R R2 2U UREFREF+-A AR R1 1VDVDZ Zu uOOu uI I单限比较器R R2 2R R U UREFREF首页首页u uI It tO Ou uOOt tO O-U UZ Z+U UZ ZU UT T+-A AR R1 1VDVDZ Zu

15、uOOu uI IR R2 2R R U UREFREF用于将正弦波变为方波用于将正弦波变为方波首页首页用用于于控控制制系系统统，检检测测输输入入的的模模拟拟信信号号是是否否达达到到某一给定电平。某一给定电平。缺点缺点：抗干扰能力差。：抗干扰能力差。解解决决办办法法：采采用用具具有有滞回传输特性的比较器。滞回传输特性的比较器。首页首页三、滞回比较器三、滞回比较器u u+=R RF FR R2 2+R RF FR R2 2R R2 2+R RF Fu uOOU UREFREF+U UT+T+=R RF FR R2 2+R RF FR R2 2R R2 2+R RF FU UZ ZU UREFRE

16、F+U UT-T-=R RF FR R2 2+R RF FR R2 2R R2 2+R RF FU UZ ZU UREFREF +-A AR RVDVDZ Zu uOOu uI IR R1 1R RF FR R2 2U UREFREF滞回比较器 u-=u+时，输出电压的状态发生跳变。时，输出电压的状态发生跳变。首页首页-U UZ Z+U UZ ZU UT-T-U UT+T+u uOOu uI IO O 传输特性U UT+T+=R RF FR R2 2+R RF FR R2 2R R2 2+R RF FU UZ ZU UREFREF+U UT-T-=R RF FR R2 2+R RF FR R2

17、 2R R2 2+R RF FU UZ ZU UREFREF U UT T =U UT+T+U UT-T-U UT T称为称为称为称为 门限宽度门限宽度门限宽度门限宽度 或或或或 回差。回差。回差。回差。2 2R R2 2R R2 2+R RF FU UZ Z=+-A AR RVDVDZ Zu uOOu uI IR R1 1R RF FR R2 2U UREFREF首页首页u uI It tO Ou uOOt tO O-U UZ Z+U UZ ZU UT-T-U UT+T+u uOO-U UZ Z+U UZ ZU UT-T-U UT+T+u uI I0 0+-A AR RVDVDZ Zu uO

18、Ou uI IR R1 1R RF FR R2 2U UREFREF首页首页用于产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形变换。用于产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形变换。用于控制系统用于控制系统，抗干扰能力强抗干扰能力强首页首页u uI Iu uOOO O四、双限比较器四、双限比较器U UREF1REF1 U UREF2REF2U UTLTLU UTHTHU UTH TH =U UREF1 REF1 U UTL TL =U UREF2REF2u ui i U UREF1REF1VDVD1 1导通导通导通导通VDVD2 2截止截止截止截止u uOO=+=+U Uoppoppu ui i U U

19、REF2REF2VDVD2 2导通导通导通导通VDVD1 1截止截止截止截止u uOO=+=+U UoppoppU UREF2REF2 u ui i U UREF1REF1VDVD2 2和和和和VDVD1 1 均截止均截止均截止均截止u uOO=0=0有有有有两个门限电平两个门限电平两个门限电平两个门限电平u uOO+-A A1 1u uI IR RR RU UREF1REF1+-A A2 2R RR RU UREF2REF2VDVD1 1VDVD2 2R RL L双限比较器首页首页u uOOt tO Ou uI It tO O+U UZ ZU UTL-TL-U UTHTH窗口比较器窗口比较器

20、窗口比较器窗口比较器u uI Iu uOOo oU UTLTLU UTHTH首页首页五集成电压比较器五集成电压比较器对对集成电压比较器的主要要求：集成电压比较器的主要要求：1.具有较高的开环差模增益；具有较高的开环差模增益；2.具有较快的响应速度；具有较快的响应速度；3.具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；4.具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。首页首页高速集成电压比较器高速集成电压比较器 CJ 0710：差动差动输入级：输入级：采采用用恒恒流流源源式式差差分分放放大大电电路路，因因而而具具有较高的共模抑制比。有较高的共模抑制比。共射共射放大放大中间级：中间级：具具有有较较高高的的电压放大倍数。电压放大倍数。输出级：输出级：共共集电极放大电路。集电极放大电路。