《信号处理电路》PPT课件.ppt

第7章信号处理电路,7.2电压比较器,7.1有源滤波,7.1有源滤波器,7.1.1滤波器的作用和分类滤波器的作用：过滤噪声和干扰信号，保留有用信号。滤波器实质上是一种选频电路，它允许指定频段的信号通过，而抑制其余频段上的信号。滤波器的分类：低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器,按通过的频率范围,按处理信号的性质,模拟滤波器,数字滤波器,按是否带有源器件,无源滤波器,有源滤波器,滤波器的应用：作信号处理、数据传送和抑制干扰。,模拟滤波过程示意图：设有一较低频率的信号，其中含高频干扰成分，通过模拟滤波器后，滤除了信号中无用的频率成分。,图7-1模拟滤波示意图,数字滤波过程示意图：待滤波的信号通过傅立叶变换，得到对应的频域信号，滤除无用信号的频谱。再经傅立叶反变换得到时域信号，实现对信号的数字滤波。,图7-2数字滤波示意图,7.1.2理想滤波器滤波器选频功能的实现是利用滤波器电路频率响应的特性：通带内幅频特性为常数，相频特性为通过原点的直线；通带外幅频特性值为零。几种滤波器理想的幅频特性如图7-2所示：,fH称低通滤波器的上截止频率。,fL称为此高通滤波器的下截止频率。,带通滤波器的带宽定义为,BW=fHfL,总结：理想滤波器在截止频率点上的幅频特性转折非常陡峭。具有这种特性的滤波器在实际工作中难以实现，通常都是用一种高阶函数去逼近它。,7.1.3低通滤波器1)RC无源低通滤波器，电路如图所示。,电路的电压放大倍数为,f2为低通滤波器的通带截止频率。f2与RC的乘积成反比。由图7-2（b）可见，当频率高于f2后，随着频率的升高，电压放大倍数将降低，故电路具有“低通”的特性。无源RC低通滤波器的特点：电压放大倍数低，通带电压放大倍数只有1；带负载能力差，负载发生变化时，电压放大倍数降低，通带截止频率f2的值改变。,电路的电压放大倍数为,其中：,Aup为通带电压放大倍数，f2为通带截止频率。有源RC低通滤波器的特点：运放输入电阻大，输出电阻小，将负载与无源滤波电路隔离，避免负载对滤波的影响，因此，有源滤波电路增强带负载的能力。,2）有源一阶低通滤波器，电路如图所示。,集成运放与R1和RF组成同相放大电路，对滤波后的信号进行放大。因此，有源滤波电路提高通带放大倍数。,3）有源二阶低通滤波器理想情况下，希望ff2时，电压放大倍数立即降低到零，一阶低通滤波器的对数幅频特性以20dB/十倍频的缓慢速度下降。加快滤波衰减的速度，可采用二阶低通滤波器。,一阶与二阶低通滤波器的对数幅频特性比较如右图所示。图中，虚线为理想特性，实线1为一阶滤波电路特性，实线2为二阶滤波电路特性，显然二阶滤波更接近于理想特性。,7.1.4高通滤波器1）RC无源高通滤波器,电路如图所示。,2）有源二阶高通滤波器电路如下图所示，将二阶有源低通滤波器的滤波电阻和电容的位置互换即可。,无源RC滤波器具有电压放大倍数低，带负载能力差的缺点。,7.1.5带通滤波器带通滤波器只允许某一段频段内的信号通过，而将此频段以外的信号阻断。有源带通滤波器可用一个低通滤波器和一个高通滤波器串联而成。设低通滤波器的通带截止频率为f2，即低通滤波器只允许ff2的信号通过；而高通滤波器的通带截止频率为f1，即允许ff1的信号通过。二者串联起来，且选择使f2f1，则其通频带即是二者通带的公共部分，即等于f2f1。构成一带通滤波器。带通滤波器的典型电路如图7.8所示。,（a）电路图（b）对数幅频特性图7-8带通滤波器电路及幅频特性,取R22R，R3R，可求得带通滤波器的电压放大倍数为,说明：1)当的中心频率时，则。在对数幅频特性曲线，同一条特性曲线-3dB处的通带频率范围为通带宽度BW。由图可知，Q值越大，带宽BW越窄，其通带选择性越好。2)改变RF或R1的阻值可以调节通带宽度，但中心频率f0不受影响。若Auf3，则Aup趋于无穷大，电路将产生自激振荡。为了避免发生此种情况，选择RF和R1的阻值时，应保证RF2R1。,7.1.6带阻滤波器有源带阻滤波器使某一频段的信号受到抑制或衰减，而使其余的信号顺利通过，又称为陷波器。可用一个低通滤波器和一个高通滤波器并联组成带阻滤波器。设低通滤波器的通带截止频率为f2，高通滤波器的通带截止频率为f1，且f1f2。当二者并联在一起时，凡是ff2的信号均可从低通滤波器通过，凡是ff1的信号则可以从高通滤波器通过，唯有f2ff1的信号被阻断，成构一带阻滤波器。,带阻滤波器的电路如图7-11所示。输入信号经过一个RC元件组成的双T型选频网络，然后送至集成运放的同相输入端。,（a）电路图（b）对数幅频特性图7-11带阻滤波器电路及幅频特性,高频信号时，容抗1/C很小，视为短路，故高频信号可从上面两个电容和一个电阻构成的支路通过。低频信号时，容抗1/C很大，视为开路，故低频信号可从下面两个电阻和一个电容构成的支路通过。频率处于低频和高频中间某一范围的信号时，被阻断，故双T网络具有“带阻”的特性。,在对数幅频特性曲线可以看出，阻带宽度BW是在同一组特性曲线-3dB处的频率范围，Q值越大，阻带宽度越窄，选择性越好。,集成运放的非线性应用,所谓非线性应用是指：由运放组成的电路处于非线性状态(开环或输出与同相输入间有反馈的正反馈连接），输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。有：,当时,Uom为运放输出的最大饱和电压。,当UR时,uo=+Uom当uiu-=0时,uo=+UOM当u+UREF2当输入位于给定的电压范围内即UREF1uiUREF2时，运放A1、A2均输出低电平，二极管D1、D2均截止，输出电压为低电平。当输入位于给定的电压范围之外时，运放A1、A2中有一个输出高电平，二极管D1、D2中相应的导通输出高电平，使输出电压为高电平。,7.2.4双限比较器,UREF2,UREF1,uo,ui,7.2.5集成电压比较器,高速电压比较器超速电压比较器精密电压比较器高灵敏度电压比较器低功率电压比较器低失调电压比较器高输入阻抗电压比较器,小结,1.有源高阶滤波器：通过有源解决了无源滤波器放大倍数低的缺点；通过提高阶数解决了一阶滤波器滤波性能差的缺点。2.带通滤波器由高通和低通滤波器串联而成，且高通滤波器的下限频率低于低通滤波器的上限。带阻滤波器由高通和低通滤波器并联而成，且高通滤波器的下限频率高于低通滤波器的上限。单限比较器3.电压比较器双限比较器/滞回比较器/施密特触发器4.电压比较器分析：写出U+=?U-=?；由U+=U-得到门限值；分析Ui门限时的波形，然后补全波形。,