模拟电子技术简明教程-(第三版)第八章 信号处理电路

第8章

信号处理电路8.1有源滤波器8.2电压比较器一.滤波电路的作用和分类8.1有源滤波器选频。只让特定频率信号通过,滤掉其它频率的信号1.作用在无线电通信、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、抑制干扰等。2.分类LPF：低通滤波器HPF：高通滤波器BPF：带通滤波器BEF：带阻滤波器APF：全通滤波器1.按信号性质分类3.按电路功能分类:2.按所用元件分类模拟滤波器和数字滤波器无源滤波器和有源滤波器4.按阶数分类:一阶,二阶…高阶

理想低通滤波器（LPF）

高通滤波器（HPF）

带通滤波器（BPF）

带阻滤波器（BEF）抑制50Hz的干扰信号应选用哪种类型的滤波电路？放大音频信号应选用。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高频信号，应选用。输入信号频率趋于零时输出电压幅值趋于零的电路为。输入信号频率趋于无穷大时输出电压幅值趋于零的电路为。输入信号频率趋于零和无穷大时输出电压幅值均趋于零的电路为。输入信号频率趋于零和无穷大时输出电压幅值均为通带放大倍数的电路为。带阻滤波器带通滤波器低通滤波器高通滤波器高通、带通滤波器低通、带通滤波器带通滤波器带阻滤波器3.滤波器的幅频特性过渡带越窄,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,滤波特性越好。通带电压增益通带截止频率设计滤波器的任务:求解通带电压增益Aup、通带截止频率fp、过渡带的斜率。实际滤波器理想滤波器无过渡带1.无源低通滤波器：由无源器件（R、L、C）构成。二、低通滤波器（LPF）不带负载时:带负载时:通带电压增益数值减小、通带截止频率升高,都随负载而变化。空载时带负载时无源低通滤波器幅频特性无源滤波电路缺点:1.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；２.特性不理想，边沿不陡（过渡带的斜率为-20dB/十倍频程）在无源滤波器和负载间加一个高输入电阻,低输出电阻的隔离电路→电压跟随器,就构成了有源滤波器。2.一阶有源低通滤波器电压串联负反,输入阻高输出阻低传递函数中出现的一次项,故称为一阶滤波器。同相比例放大倍数大于1,放大能力比跟随器强f0of对数幅频特性20lg|Au

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/dB·-20dB/十倍频电路的优点:１.有放大作用２.运放输出，带负载能力强电路的缺点:特性不理想,边沿不陡3.二阶有源低通滤波器输入电压经过两级RC低通电路,在高频段,对数幅频特性以-40dB/十倍频的速度下降,使滤波特性比较接近于理想情况。0.1-40-20-0110－20dB/十倍频－40dB/十倍频一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较:理想特性三高通滤波器(HPF)通带截止频率:1.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高通滤波电路与低通滤波电路的对数幅频特性互为“镜像”关系。2.二阶有源高通滤波器四带通滤波器(BPF)只允许某一段频带内的信号通过,将此频带以外的信号阻断。低通高通f2fO低通ff1O高通阻阻f2f1fO通带通滤波器的典型电路——中心频率——通带电压放大倍数五带阻滤波器(BEF)在规定的频带内,信号被阻断,在此频带以外的信号能顺利通过。低通高通f2f1fO通阻通fO低通f1f2fO高通带阻滤波器的典型电路——中心频率——通带电压放大倍数8.1有源滤波电路—小结1.什么是滤波电路？2.滤波器有哪些种类？只让特定频率信号通过,衰减其它频率信号的电子装置。LPF：低通滤波器HPF：高通滤波器BPF：带通滤波器BEF：带阻滤波器APF：全通滤波器数字模拟无源有源一阶二阶…….3.无源低通滤波电路带负载能力弱,负载变化,通带放大倍数和截止频率均变化,边沿不陡。空载时带负载时4.有源低通滤波电路有放大作用,带负载能力强,边沿不陡5.无源高通滤波器6.二阶有源高通滤波器8.2电压比较器电压比较器将一个模拟量输入电压与一个参考电压进行比较，输出只有两种可能的状态:高电平或低电平。比较器中的集成运放一般工作在非线性区；处于开环状态或引入正反馈。分类:过零比较器、单限比较器、滞回比较器及双限比较器。+-AuOuI简单过零比较器传输特性uOuio+Uopp-Uopp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阈值电压或门限电平。一、过零比较器uI<0uo=+UoppuI>0uo=-Uopp过零比较器的门限电平等于零。uOuIo(b)传输特性-UZ+UZ利用稳压管限幅的过零比较器+-ARVDZuOuI(a)

电路图+-ARVDZuOuI稳压管接在输出端的过零比较器uItOuOtO-UZ+UZuOuIo-UZ+UZ+-ARVDZuOuIuOuIo传输特性-UZ+UZ二、单限比较器门限电平为UT的比较器-R1R2UREF+-AR1VDZuOuI单限比较器R2R´UREFuItOuOtO-UZ+UZUT+-AR1VDZuOuIR2R´UREF用于将正弦波变为方波用于控制系统,检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。缺点:抗干扰能力差。解决办法:采用具有滞回传输特性的比较器。三、滞回比较器u+=RFR2+RFR2R2+RFuOUREF+UT+=RFR2+RFR2R2+RFUZUREF+UT-=RFR2+RFR2R2+RFUZUREF–+-ARVDZuOuIR1RFR2UREF滞回比较器u-=u+时,输出电压的状态发生跳变。-UZ+UZUT-UT+uOuIO

传输特性UT+=RFR2+RFR2R2+RFUZUREF+UT-=RFR2+RFR2R2+RFUZUREF–ΔUT=UT+–UT-ΔUT称为门限宽度或回差。2R2R2+RFUZ=+-ARVDZuOuIR1RFR2UREFuItOuOtO-UZ+UZUT-UT+uO-UZ+UZUT-UT+uI0+-ARVDZuOuIR1RFR2UREF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,抗干扰能力强uIuOO四、双限比较器UREF1>UREF2UTLUTHUTH=UREF1

UTL=UREF2ui>UREF1VD1导通VD2截止uO=+Uoppui

＜UREF2VD2导通VD1截止uO=+UoppUREF2>ui>UREF1VD2和VD1均截止uO=0有两个门限电平uO+-A1uIRRUREF1+-A2RRUREF2VD1VD2RL双限比较器uOtOuItO+UZUTL-UTH窗口比较器uIuOoUTLUTH五集