模擬電子技術(shù)簡明教程-(第三版)第八章 信號(hào)處理電路

第8章

信號(hào)處理電路8.1有源濾波器8.2電壓比較器一.濾波電路的作用和分類8.1有源濾波器選頻。只讓特定頻率信號(hào)通過,濾掉其它頻率的信號(hào)1.作用在無線電通信、自動(dòng)測量和控制系統(tǒng)中,常常利用濾波電路進(jìn)行模擬信號(hào)的處理,如用于數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等。2.分類LPF：低通濾波器HPF：高通濾波器BPF：帶通濾波器BEF：帶阻濾波器APF：全通濾波器1.按信號(hào)性質(zhì)分類3.按電路功能分類:2.按所用元件分類模擬濾波器和數(shù)字濾波器無源濾波器和有源濾波器4.按階數(shù)分類:一階,二階…高階

理想低通濾波器（LPF）

高通濾波器（HPF）

帶通濾波器（BPF）

帶阻濾波器（BEF）抑制50Hz的干擾信號(hào)應(yīng)選用哪種類型的濾波電路？放大音頻信號(hào)應(yīng)選用。為獲得輸入電壓中的低頻信號(hào)，應(yīng)選用。為獲得輸入電壓中的高頻信號(hào)，應(yīng)選用。輸入信號(hào)頻率趨于零時(shí)輸出電壓幅值趨于零的電路為。輸入信號(hào)頻率趨于無窮大時(shí)輸出電壓幅值趨于零的電路為。輸入信號(hào)頻率趨于零和無窮大時(shí)輸出電壓幅值均趨于零的電路為。輸入信號(hào)頻率趨于零和無窮大時(shí)輸出電壓幅值均為通帶放大倍數(shù)的電路為。帶阻濾波器帶通濾波器低通濾波器高通濾波器高通、帶通濾波器低通、帶通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器3.濾波器的幅頻特性過渡帶越窄,頻率特性越陡,越接近理想濾波器的特性,電路的選擇性越好,濾波特性越好。通帶電壓增益通帶截止頻率設(shè)計(jì)濾波器的任務(wù):求解通帶電壓增益Aup、通帶截止頻率fp、過渡帶的斜率。實(shí)際濾波器理想濾波器無過渡帶1.無源低通濾波器：由無源器件（R、L、C）構(gòu)成。二、低通濾波器（LPF）不帶負(fù)載時(shí):帶負(fù)載時(shí):通帶電壓增益數(shù)值減小、通帶截止頻率升高,都隨負(fù)載而變化。空載時(shí)帶負(fù)載時(shí)無源低通濾波器幅頻特性無源濾波電路缺點(diǎn):1.帶載能力很差。負(fù)載變化時(shí)，放大倍數(shù)減小，上限截止頻率增大；２.特性不理想，邊沿不陡（過渡帶的斜率為-20dB/十倍頻程）在無源濾波器和負(fù)載間加一個(gè)高輸入電阻,低輸出電阻的隔離電路→電壓跟隨器,就構(gòu)成了有源濾波器。2.一階有源低通濾波器電壓串聯(lián)負(fù)反,輸入阻高輸出阻低傳遞函數(shù)中出現(xiàn)的一次項(xiàng),故稱為一階濾波器。同相比例放大倍數(shù)大于1,放大能力比跟隨器強(qiáng)f0of對(duì)數(shù)幅頻特性20lg|Au

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/dB·-20dB/十倍頻電路的優(yōu)點(diǎn):１.有放大作用２.運(yùn)放輸出，帶負(fù)載能力強(qiáng)電路的缺點(diǎn):特性不理想,邊沿不陡3.二階有源低通濾波器輸入電壓經(jīng)過兩級(jí)RC低通電路,在高頻段,對(duì)數(shù)幅頻特性以-40dB/十倍頻的速度下降,使濾波特性比較接近于理想情況。0.1-40-20-0110－20dB/十倍頻－40dB/十倍頻一階、二階低通有源濾波電路幅頻特性的比較:理想特性三高通濾波器(HPF)通帶截止頻率:1.無源高通濾波器無源高通濾波器存在著與無源低通同樣的問題高通濾波電路與低通濾波電路的對(duì)數(shù)幅頻特性互為“鏡像”關(guān)系。2.二階有源高通濾波器四帶通濾波器(BPF)只允許某一段頻帶內(nèi)的信號(hào)通過,將此頻帶以外的信號(hào)阻斷。低通高通f2fO低通ff1O高通阻阻f2f1fO通帶通濾波器的典型電路——中心頻率——通帶電壓放大倍數(shù)五帶阻濾波器(BEF)在規(guī)定的頻帶內(nèi),信號(hào)被阻斷,在此頻帶以外的信號(hào)能順利通過。低通高通f2f1fO通阻通fO低通f1f2fO高通帶阻濾波器的典型電路——中心頻率——通帶電壓放大倍數(shù)8.1有源濾波電路—小結(jié)1.什么是濾波電路？2.濾波器有哪些種類？只讓特定頻率信號(hào)通過,衰減其它頻率信號(hào)的電子裝置。LPF：低通濾波器HPF：高通濾波器BPF：帶通濾波器BEF：帶阻濾波器APF：全通濾波器數(shù)字模擬無源有源一階二階…….3.無源低通濾波電路帶負(fù)載能力弱,負(fù)載變化,通帶放大倍數(shù)和截止頻率均變化,邊沿不陡。空載時(shí)帶負(fù)載時(shí)4.有源低通濾波電路有放大作用,帶負(fù)載能力強(qiáng),邊沿不陡5.無源高通濾波器6.二階有源高通濾波器8.2電壓比較器電壓比較器將一個(gè)模擬量輸入電壓與一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，輸出只有兩種可能的狀態(tài):高電平或低電平。比較器中的集成運(yùn)放一般工作在非線性區(qū)；處于開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。分類:過零比較器、單限比較器、滯回比較器及雙限比較器。+-AuOuI簡單過零比較器傳輸特性u(píng)Ouio+Uopp-Uopp比較器輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí),相應(yīng)的輸入電壓通常稱為閾值電壓或門限電平。一、過零比較器uI<0uo=+UoppuI>0uo=-Uopp過零比較器的門限電平等于零。uOuIo(b)傳輸特性-UZ+UZ利用穩(wěn)壓管限幅的過零比較器+-ARVDZuOuI(a)

電路圖+-ARVDZuOuI穩(wěn)壓管接在輸出端的過零比較器uItOuOtO-UZ+UZuOuIo-UZ+UZ+-ARVDZuOuIuOuIo傳輸特性-UZ+UZ二、單限比較器門限電平為UT的比較器-R1R2UREF+-AR1VDZuOuI單限比較器R2R′UREFuItOuOtO-UZ+UZUT+-AR1VDZuOuIR2R′UREF用于將正弦波變?yōu)榉讲ㄓ糜诳刂葡到y(tǒng),檢測輸入的模擬信號(hào)是否達(dá)到某一給定電平。缺點(diǎn):抗干擾能力差。解決辦法:采用具有滯回傳輸特性的比較器。三、滯回比較器u+=RFR2+RFR2R2+RFuOUREF+UT+=RFR2+RFR2R2+RFUZUREF+UT-=RFR2+RFR2R2+RFUZUREF–+-ARVDZuOuIR1RFR2UREF滯回比較器u-=u+時(shí),輸出電壓的狀態(tài)發(fā)生跳變。-UZ+UZUT-UT+uOuIO

傳輸特性UT+=RFR2+RFR2R2+RFUZUREF+UT-=RFR2+RFR2R2+RFUZUREF–ΔUT=UT+–UT-ΔUT稱為門限寬度或回差。2R2R2+RFUZ=+-ARVDZuOuIR1RFR2UREFuItOuOtO-UZ+UZUT-UT+uO-UZ+UZUT-UT+uI0+-ARVDZuOuIR1RFR2UREF用于產(chǎn)生矩形波、三角波和鋸齒波,或用于波形變換。用于控制系統(tǒng),抗干擾能力強(qiáng)uIuOO四、雙限比較器UREF1>UREF2UTLUTHUTH=UREF1

UTL=UREF2ui>UREF1VD1導(dǎo)通VD2截止uO=+Uoppui

＜UREF2VD2導(dǎo)通VD1截止uO=+UoppUREF2>ui>UREF1VD2和VD1均截止uO=0有兩個(gè)門限電平uO+-A1uIRRUREF1+-A2RRUREF2VD1VD2RL雙限比較器uOtOuItO+UZUTL-UTH窗口比較器uIuOoUTLUTH五集