信号处理电路
信号处理电路
信号处理电路1 钳位电路钳位电路的作用是将电路的输出信号幅度限制在某一个预期值。
钳位电路分为限幅式和非限幅式，区别在于：信号经限幅式钳位电路限幅后，信号的峰峰值受到相当程度的损失；而信号经非限幅式钳位电路限幅后，信号的峰峰值基本不受到损失，但输出信号幅度却受到限制。
（1）限幅式钳位电路限幅电路是限制信号输出幅度的电路，它能按限定的范围削平信号电压的波形幅度，是用来限制信号电压范围的电路，又称限幅器、削波器等。
限幅电路应用非常广泛，常用于整形、波形变换、过压保护等电路。
二极管下限幅电路二极管上限幅电路二极管双向限幅电路（2）非限幅式钳位电路负钳位器：（1）简单型工作原理：Vi正半周时, DON，C充电至V值,Vo=0V。
Vi负半周时，DOFF，Vo=－2V。
（2）加偏压型工作原理:Vi正半周时，二极管DON，C被充电至V值（左正、右负），Vo=+V1(a)图或－V1(b)图。
Vi负半周时，二极管DOFF，RC时间常数足够大，Vo=VC+Vi（负半周）=2V。
几种二极管负钳位器电路比较:正钳位器(1)简单型工作原理Vi负半周时，DON，C充电至V值（左负、右正），Vo=0V。
Vi正半周时，DOFF，Vo=VC+Vi（正半周）=2V。
(2)加偏压型判断输出波形的简易方法 :1.由参考电压V1决定输出波形于坐标轴上的参考点。
2.由二极管D的方向决定原来的波形往何方向移动，若二极管的方向为，则波形必须向上移动；若二极管的方向为，则波形必须往下移动。
3.决定参考点与方向后，再以参考点为基准，将原来的波形画于输出坐标轴上，即为我们所求。
几种二极管正钳位器电路比较:2 信号比较电路运算放大器组成比较器集成电压比较器 LM139/239/3393 模拟乘法器基本应用：平衡调制；混频；倍频；同步检波应用举例：M15964 幅度调制电路调制：用被传送的低频信号去控制高频信号（载波）的参数（幅度、频率、相位），实现低频信号搬移到高频段。
数字信号处理电路的基本原理与应用
数字信号处理电路的基本原理与应用数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及数字信号的获取、处理和分析的学科。
它包括了信号处理领域中的一系列技术与方法，如采样、量化、编码、滤波、时频分析、相关等。
数字信号处理电路是实现这些技术与方法的关键。
数字信号处理电路的基本原理是将模拟信号转化为数字信号，并对其进行处理。
模拟信号是连续时间的信号，而数字信号是离散时间的信号。
这种转化需要使用模数转换器（Analog-to-Digital Converter，简称ADC）来进行采样和量化。
采样是指按照一定的时间间隔对信号进行取样，而量化是将取样结果离散化为有限个不同的幅值。
通过ADC，模拟信号可以转化为数字信号，进而可以在数字环境中进行处理。
数字信号处理电路主要包括了数字滤波器、谱分析器、时域分析器等模块。
其中，数字滤波器是最常见的模块之一，用于对数字信号进行滤波处理。
滤波器可以通过去除不需要的频率成分或者增强所需的频率成分来实现信号的处理。
常见的数字滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
通过适当选择滤波器的参数，可以实现对信号的去噪、降低干扰等目的。
谱分析器是用于对信号进行频谱分析的模块，用于研究信号频域特性。
它可以将信号从时域转化为频域，并显示信号的功率谱密度。
谱分析器在通信系统、音频处理、图像处理等领域应用广泛。
通过对信号的频域特性进行分析，可以了解信号的频率分布情况，以便进行相应的处理和改进。
时域分析器是用于对信号进行时域分析的模块，用于研究信号的时间特性。
它可以显示信号的幅度随时间的变化情况，从而了解信号的时域特性。
时域分析器在振动分析、通信系统、音频处理等领域有着重要的应用。
通过对信号的时域特性进行分析，可以了解信号的时序关系，检测信号的波形变化等信息。
除了数字滤波器、谱分析器、时域分析器等模块外，数字信号处理电路还包括了信号源、数字信号编解码器等组成部分。
数字信号处理电路分析
数字信号处理电路分析数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是指对数字信号进行采样、量化、编码和计算等处理的技术。
数字信号处理电路（Digital Signal Processing Circuit，简称DSP电路）是实现数字信号处理功能的硬件电路。
1. 数字信号处理电路的基本原理数字信号处理电路由以下几部分构成：采样电路、模数转换电路、数字信号处理器和数模转换电路。
其基本原理如下：1.1 采样电路：将连续时间的模拟信号转换成离散时间的数字信号。
采样定理规定了采样频率应大于信号最高频率的两倍，以避免采样失真。
1.2 模数转换电路：将连续的模拟信号转换成对应的数字信号。
模数转换器的核心是模数转换器芯片，采用逐级逼近型模数转换器或者delta - sigma调制器。
1.3 数字信号处理器：对数字信号进行数学运算和算法处理的核心部件。
它可以用于音频、视频等信号的压缩、滤波、变换等处理。
1.4 数模转换电路：将数字信号转换为模拟信号，以便于输出到外部设备。
2. DSP电路常用应用及分析2.1 音频信号处理DSP电路广泛应用于音频设备中，如音乐播放器、音响等。
采用DSP电路可以对音频信号进行滤波、均衡、混响等处理，以改善音质和增加音效。
2.2 图像处理在数字相机、手机摄像头等设备中，DSP电路可用于图像处理，如去噪、增强对比度、调整颜色平衡等。
DSP电路的高速处理能力和算法优化可以提供更好的图像质量。
2.3 通信信号处理在通信领域，DSP电路被广泛应用于调制解调、编解码、信号压缩等方面。
采用DSP电路可以提高通信质量和信号处理的速度。
2.4 视频信号处理DSP电路在电视、监控摄像头等设备中也起到重要作用。
例如，DSP电路可以完成视频信号的编码、解码、去噪和增强，以提高图像质量和显示效果。
2.5 生物医学信号处理生物医学信号处理是DSP电路的重要应用领域之一。
通过DSP电路可以对生物医学信号进行滤波、去噪、生理参数提取等处理，为医学诊断和治疗提供支持。
信号处理电路的基本原理与应用
信号处理电路的基本原理与应用信号处理电路是现代电子系统中不可或缺的组成部分，它在无线通信、音视频处理、传感器技术等领域中扮演着重要的角色。
本文将探讨信号处理电路的基本原理与应用，并介绍其在实际应用中的几个典型案例。
1. 信号处理电路的基本原理信号处理电路是用来处理各种形式的信号，包括模拟信号和数字信号。
在模拟信号处理中，信号经过滤波、放大、混频等操作，使其满足特定的要求。
而数字信号处理则通过模数转换和数模转换将信号转化为数字形式，然后经过离散化处理和滤波等操作。
滤波是信号处理中常见的一种操作，它用于去除信号中的频率成分或噪声。
滤波电路可以采用各种不同的结构，如RC电路、RL电路、LC电路等，通过选择合适的元件参数和拓扑结构可以实现不同的滤波效果。
另一个重要的信号处理原理是放大。
放大电路用于增强信号的幅度，使其能够驱动后续电路或器件。
放大电路可以采用各种不同的放大器结构，如共射放大器、共基放大器、共集放大器等，通过选择合适的电路结构和参数可以实现不同的放大效果。
2. 信号处理电路的应用案例2.1 无线通信中的信号处理电路无线通信中的信号处理电路主要用于调制解调和信号解码。
调制解调电路将基带信号调制到无线载波上进行传输，而信号解码电路则用于从接收的信号中提取出原始的基带信号。
以FM调制为例，调制电路通过变化载波频率来实现信号的调制。
解调电路则通过频率鉴别器将接收到的信号还原为原始信号。
这些调制解调电路中包括了大量的信号处理电路，如滤波电路、放大电路、混频电路等。
2.2 音频处理中的信号处理电路音频处理中的信号处理电路主要用于音频信号的增强、降噪和效果处理。
例如，音频放大器用于增强音频信号的幅度，以便驱动扬声器产生更大的声音。
音频滤波器用于去除音频信号中的杂音和噪声，以获得更清晰的音质。
音频混响电路则用于模拟各种不同的音质环境，如大厅、卧室等。
这些音频处理中的信号处理电路满足了音响设备对音质和效果的要求。
信号处理电路基本原理解析
信号处理电路基本原理解析信号处理电路是电子电路中的一种重要组成部分，起着将输入信号进行改变、处理、转换的作用。
本文将解析信号处理电路的基本原理，介绍其工作原理和应用领域。
一、信号处理电路的概述信号处理电路是一种用于对输入信号进行采样、滤波、放大、调制/解调、编码/解码等处理的电子电路。
它可以将不同形式的输入信号转换为适合特定应用场景的输出信号，广泛应用于通信、音频、视频、生物医学等领域。
二、信号处理电路的基本原理1. 信号采样信号采样是将连续时间的信号转换为离散时间的过程。
常见的采样方式有脉冲采样和保持采样。
脉冲采样将连续信号通过间隔一定时间的脉冲信号进行采样，而保持采样则是通过保持电路将信号的幅值保持一段时间。
2. 信号滤波信号滤波是对输入信号进行滤波处理，以去除或弱化其中的噪声或干扰。
滤波器可以按照频率响应分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
常用的滤波器类型有RC滤波器、LC滤波器、数字滤波器等。
3. 信号放大信号放大是将输入信号的幅值进行放大处理，以增加信号的强度，使其适合后续处理或驱动其他设备。
放大电路常采用放大器作为核心元件，常见的放大器有运放放大器、功放、差分放大器等。
4. 信号调制/解调信号调制是将输入信号与载波信号进行混合，通过改变载波信号的某些特性，实现对输入信号的编码和传输。
调制方式有调幅、调频、调相等。
解调则是将调制后的信号还原为原始信号的过程。
5. 信号编码/解码信号编码是将输入信号转换为特定的编码格式，以实现信号的传输和存储。
编码方法有模拟编码和数字编码等。
解码则是将编码后的信号还原为原始信号的过程。
三、信号处理电路的应用领域1. 通信系统信号处理电路广泛应用于通信系统中，包括无线通信和有线通信。
例如，在移动通信系统中，信号处理电路用于信号的解调和解码，实现语音和数据的传输。
2. 音频处理信号处理电路在音频处理中起着重要作用。
例如，在音频音响系统中，信号处理电路用于音频信号的放大、滤波和均衡等处理，以提高音频质量和音响效果。
电路中的信号处理技术
电路中的信号处理技术信号处理是电路设计中的重要环节，它涉及到对输入信号的采集、调理和分析等多个方面。
在实际应用中，为了使电路正确地感知和响应外部信号，我们需要运用各种信号处理技术。
本文将介绍几种常见的信号处理技术及其在电路设计中的应用。
一、滤波技术滤波是对信号进行频率选择的过程，其目的是提取感兴趣的信号分量并抑制无关的干扰。
在电路中，滤波器是实现滤波功能的主要设备。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
1. 低通滤波器：低通滤波器的作用是允许低频信号通过，而将高频信号抑制。
这种滤波器常用于音频系统和通信系统中，以去除噪声和干扰。
2. 高通滤波器：高通滤波器与低通滤波器相反，它能够抑制低频信号，使高频信号通过。
高通滤波器广泛应用于图像处理和语音识别等领域。
3. 带通滤波器：带通滤波器是同时允许一定的频率范围内的信号通过的滤波器。
它在通信中的调制解调、音频处理以及无线通信等领域中得到广泛应用。
二、放大技术放大是信号处理中的一个重要环节，它可以将弱信号放大为适当的电平，以便后续电路进行处理。
放大器是实现放大功能的基本组件。
1. 低噪声放大器：低噪声放大器能够在放大信号的同时尽可能地减小噪声的引入。
这对于弱信号的放大和音频放大等应用非常重要。
2. 差分放大器：差分放大器是一种具有两个输入端和一个输出端的放大器。
它可以通过对两个输入信号的差异进行放大，增加电路的可靠性和抗干扰能力。
3. 分立放大器与集成放大器：根据不同的应用需求和电路复杂度，可以选择分立放大器或集成放大器。
分立放大器一般由离散元件组成，适用于性能要求较高的应用。
而集成放大器则将多个放大器集成在一个芯片上，可大大方便电路的设计和布局。
三、调制与解调技术在信息传输中，调制技术和解调技术被广泛应用，以在不同的信号系统之间进行转换和传输。
调制技术是将基带信号转移到载波上，解调技术则是将载波信号恢复为基带信号。
1. 调幅调制（AM）：调幅调制是一种将基带信号的幅度变化映射到载波的幅度上的调制技术。
信号的运算和处理电路
04 模拟-数字转换技术
采样定理与抗混叠滤波器
采样定理
采样定理是模拟信号数字化的基础， 它规定了采样频率应至少是被采样信 号最高频率的两倍，以避免混叠现象 的发生。
抗混叠滤波器
在模拟信号数字化之前，需要使用抗 混叠滤波器来滤除高于采样频率一半 的频率成分，以确保采样后的信号能 够准确地还原原始信号。
续时间信号在任意时刻都有定义，而离散时间信号只在特定时刻有定义。
02
周期信号与非周期信号
周期信号具有重复出现的特性，而非周期信号则不具有这种特性。周期
信号的频率和周期是描述其特性的重要参数。
03
能量信号与功率信号
根据信号的能量和功率特性，信号可分为能量信号和功率信号。能量信
号在有限时间内具有有限的能量，而功率信号在无限时间内具有有限的
平均功率。
线性时不变系统
线性系统
线性时不变系统的性质
线性系统满足叠加原理，即系统对输 入信号的响应是各输入信号单独作用 时响应的线性组合。
线性时不变系统具有稳定性、因果性、 可逆性、可预测性等重要性质。
时不变系统
时不变系统的特性不随时间变化，即 系统对输入信号的响应与输入信号的 时间起点无关。
卷积与相关运算
Z变换与DFT的关系
Z变换可以看作是DFT的推广，通过引入复变量z，可以将离散时间信号转换为复平面上的函数，从 而方便地进行频域分析和设计。
数字滤波器设计
01
数字滤波器的类型和特性
数字滤波器可分为低通、高通、带通、带阻等类型，具有 不同的频率响应特性。
02 03
IIR滤波器和FIR滤波器的设计
IIR滤波器具有无限冲激响应，设计时需要考虑稳定性和相 位特性；FIR滤波器具有有限冲激响应，设计时主要考虑 频率响应和滤波器长度。
液晶彩电信号处理与控制电路概述
液晶彩电信号处理与控制电路概述液晶彩电是现代家庭娱乐中不可或缺的设备之一。
其显示效果的优劣直接关系到观众的观看体验。
液晶彩电信号处理与控制电路起着至关重要的作用，它们负责对输入信号进行处理和控制，以提供清晰、流畅的图像和音频输出。
本文将概述液晶彩电信号处理与控制电路的基本原理和主要组成部分。
一、信号处理电路概述液晶彩电的信号处理电路主要包括输入端信号源解码、图像处理、音频处理和输出端接口等模块。
1. 输入端信号源解码输入端信号源解码模块用于接收并解码外部信号源的输入。
常见的信号源包括电视信号、视频信号、音频信号等。
在这一模块中，需要将输入信号转换为电视机内部可处理的数字信号。
2. 图像处理图像处理模块负责对输入的图像信号进行处理和优化。
其中包括亮度、色彩等参数的调节，以及针对不同图像场景的降噪处理和锐化处理等。
3. 音频处理音频处理模块用于对输入的音频信号进行处理和放大，以提供清晰、逼真的声音输出。
这部分主要涉及音频解码、声音场景调节和音频放大等功能。
4. 输出端接口输出端接口模块负责将处理后的信号输出到液晶屏幕和音箱等输出设备。
这包括液晶屏的驱动和刷新，以及音频信号的输出放大等。
二、控制电路概述液晶彩电的控制电路主要负责对整个电视机的各种功能进行控制和管理。
它包括主控芯片、存储芯片、遥控器接收器等组成部分。
1. 主控芯片主控芯片是液晶彩电的核心，它负责整个电视机的逻辑控制和信号处理。
主控芯片通常包含中央处理器(CPU)、图像处理器(GPU)、音频处理器(ADSP)等子模块，以及相关的外围接口。
2. 存储芯片存储芯片用于存储电视机的配置参数、预设图像和音频等数据。
这些数据可以通过用户界面进行修改和管理，以实现个性化的使用体验。
3. 遥控器接收器遥控器接收器模块负责接收并解码遥控器发送的红外信号，将用户的操作指令传递给主控芯片。
这使得用户可以通过遥控器轻松地控制电视机的各种功能。
三、总结液晶彩电信号处理与控制电路是液晶彩电的核心组成部分，它们通过对输入信号的处理和控制，确保电视机能够提供清晰、流畅的图像和音频输出。
光耦信号处理电路
光耦信号处理电路光耦信号处理电路是一种常见的电子电路，主要用于电气信号的隔离和传输。
它由光耦合器、输入电路和输出电路组成，能够将输入信号转换为光信号，并通过光电转换器将光信号转换为输出信号。
光耦信号处理电路具有高速传输、低功耗、电气隔离和抗干扰等特点，在工业领域和通信领域得到广泛应用。
光耦合器是光耦信号处理电路的核心部件，它由发光二极管（LED）和光敏二极管（光电晶体管或光电二极管）组成。
当输入电路的信号电压改变时，LED会发出相应的光信号，光信号经过光敏二极管的接收和放大后，再经过输出电路转换为输出电压。
由于光信号传输速度快，光敏二极管的响应速度高，因此光耦信号处理电路能够实现高速数据传输，适用于要求快速响应的场合。
光耦信号处理电路的输入电路主要负责将输入信号转换为驱动LED 的电流。
输入电路通常由电阻、电容和放大器等元件组成。
电阻和电容构成了一个滤波电路，能够对输入信号进行滤波和去噪处理，保证LED正常工作。
放大器则起到放大信号的作用，能够增强输入信号的幅度，提高光敏二极管的灵敏度。
光耦信号处理电路的输出电路主要用于将光信号转换为输出电压。
输出电路通常由光电转换器和滤波电路组成。
光电转换器是将光信号转换为电信号的关键部件，常用的光电转换器有光电晶体管和光电二极管。
光电转换器的输出电流经过滤波电路处理后，可以得到稳定的输出电压。
滤波电路由电阻和电容组成，能够对输出信号进行滤波和平滑处理，保证输出信号的稳定性。
光耦信号处理电路具有电气隔离的特点，输入电路和输出电路之间通过光信号进行隔离，能够有效地防止电气干扰和噪声的传播。
这使得光耦信号处理电路在工业控制系统中得到广泛应用，可以实现不同电路之间的隔离和保护。
此外，光耦信号处理电路还具有抗干扰能力强的特点，能够抵御外界电磁干扰和噪声的影响，保证信号的稳定性和可靠性。
光耦信号处理电路在通信领域也有重要应用。
由于光耦信号处理电路能够实现高速数据传输，可以将电气信号转换为光信号进行传输，从而大大提高了传输速度和带宽。
信号转换与处理电路
第三章：信号转换与处理电路
电磁耦合隔离放大器
变压器耦合隔离放大器本身构 成一个电磁辐射源。如果周围 其它的电路对电磁辐射敏感， 就应设法予以屏蔽。例如３６ ５６的振荡频率为７５０ｋＨ ｚ，ＢＢ公司根据它的封装专 门为它设计了屏蔽罩
第三章：信号转换与处理电路
隔离放大器的应用场合：
普通的差动放大器和测量放大器，虽然也能抑制共模干扰，但却 不允许共模电压高于放大器的电源电压。而隔离放大器不仅有很 强的共模抑制能力，而且还能承受上千伏的高共模电压。因此， 隔离放大器一般用于信号回路具有很高的共模电压的场合。
器的等效输入阻抗Rin
第三章：信号转换与处理电路
2) 同相比例放大器 同相比例放大器电路图如图所示：
Rr
输入阻抗
Ri
输出阻抗
Ro 0
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻 抗很低的特点，广泛用于前置放大级。
第三章：信号转换与处理电路
3) 差动比例放大器
Af
2R2 R1
1
R2 RP
由于差动放大器具有双端输入单端输出、共模抑制比较高的 特点，通常用作传感放大器或测量仪器的前端放大器。
在隔离放大器中，信号的耦合方式主要有 两种：一种是通过光电耦合，称为光电耦 合隔离放大器(如美国 B-B 公司生产的 ISO100 )；另一种是通过电磁耦合，即经过 变压器传递信号，称为变压器耦合隔离放 大器(如美国 AD 公司生产的 AD277 )。
图26 隔离放大器的 组成和符号
第三章：信号转换与处理电路
第三章：信号转换与处理电路
改进电路：
输入阻抗
Rin
Vi Ii
Rr R R Rr
上式表明：只要R稍大于Rr，就能获 得很高的输入阻抗，可高达100M。 但R绝对不能小于Rr，否则输入阻抗为 负，会产生严重自激。
信号处理电路的作用与组成
信号处理电路的作用与组成
一、信号处理电路的作用一个典型的电子系应当包括三个部分：信号猎取、信号放大与处理、信号执行。
下图是一个微机组成的测控系统框图。
二、信号处理电路的组成
信号处理电路通常由放大器、滤波器和线性化处理等电路组成，它是A/D转换器或是显示器之前的必可少的电路。
下图是振动分析系统的(测电梯擅动)原理框图：
依据不同的传感器要求，信号处理电路能完成各种处理，如电荷/电压转换、电流/电压转换、频率/电压转换、阻抗变换等，并对变换后的电信号实现放大、有源滤波或运算。
其中电信号放大器也应依据不同的要求来选：电荷放大器、仪表用放大器、程控放大器、隔离放大器等。
PV-96电荷传感器：电荷灵敏度10000pC/g，AD544L输出灵敏度33V/ g，当C=300pF，R=100G，测试频率范围0.1～10Hz，噪声电平范围为0.6×10-6V，加速度测量范围为2×10-6～10-1 g。
目前，信号处理电路已设计成专用集成电路(ASIC)，它们有：可编程数据放大器、高共模抑制比隔离放大器模块、集成调制解调器、模拟开关、采样/保持器、开关电容滤波器等。
1。
信号处理电路
设 C1=C2=C, A0= (1+R2/R1) 传递函数(推导从略)
Ra ui
C1
Rb C2
Au(s) = UO(s)/Ui(s)
=A0÷[1 + (3–A0) SRC +(SRC)2 ]
令S=jω, f0=1/(2πRC)
电压放大倍数
20lg Au
Au(f) = A0÷[1 – (f/f0)2 + j(3–A0)f/f0] 令 Q =1/(3–A0), 当 f = f0 时, Au(f0) = A0 /(3–A0)= QA0
–20dB/十倍频
2. 简单二阶电路 令 A0=(1+R2/R1) 传递函数
Au(s) = UO(s)/Ui(s) = A0Ub(s)/Ui(s)
Ra ui
C1
Rb C2
+ A
uO
R2
RL
R1
= A0Ub(s)/Ua(s)*Ua(s)/Ui(s), 当 C1= C2= C 时 Ub(s)/Ua(s) =1/(1+SRC), Ua(s)/Ui(s) =[1/SC//(R+1/SC)]÷[R+1/SC//(R+1/SC)] ∴ Au(s) = A0÷[1+3SRC+(SRC)2] 用jω取代 S，且令 f0=1/(2πRC)有： Au(f) = A0÷[1 – (f/f0)2 + j3f/f0]
2. 简单二阶电路(续) Au(f) = A0 ÷[1 – (f/f0)2 + j3f/f0] 截止频率 fP ≈ 0.37 f0
信号处理电路
低通滤波器(LPF)
➢无源低通滤波器
——由无源器件（R、L、C）构成。
电压放大倍数为
Au
Uo Ui
1 1 j
f
f0
f0
1 2RC
——通带截止频率
电路缺点：
✓电压放大倍数低，带载能力很差；
✓特性不理想，边沿不陡；
有源滤波器
➢一阶低通有源滤波器
R1
RF
U o = 1+
RF R1
U
U
1 1 f
➢传输特性
u O
f (uI)
➢工作在非线性区
uo +UOPP
0
UOPP
u+ ≠u i i_ 0 ➢阈值电压UT ：使输出产生跃变的输入电压。
u+-u-
过零比较器
uI
-
A
+
uO
简单过零比较器
uI < 0 uI > 0
uo = + UOPP uo = - UOPP
阈值电压UT (门限电平)
uo
+UOPP
的信号阻断。
U i
低通
高通
U o
20lg Au
低通
0
f2
f
20lg Au
0
20lg Au
高通
f1
f f2＞f1
0
阻 f1
通阻 f2
f
当R2=2R，R3=R时，
Au
A uo
(3-Auo )
j(
f f0
f0 ) f
A up
1 jQ ( f f0 )
f0
1 2RC
f0 f
——中心频率
什么是信号处理电路？
什么是信号处理电路？信号处理电路是电子工程中的一个重要分支，它主要研究如何对信号进行处理和转换。
信号处理电路的应用非常广泛，涵盖了通信、电子设备、医疗仪器、雷达、音频设备等多个领域。
本文将从基本原理、应用领域和设计方法三个方面介绍信号处理电路的相关知识。
1. 基本原理信号处理电路是利用各种电子元件和电路将原始信号转换成我们所需要的信号。
它主要包括信号采样、信号滤波、信号增益、信号变换等几个主要环节。
其中，信号采样是指将连续信号转换成离散信号的过程，信号滤波是消除噪声对信号质量的影响，信号增益是调节信号幅度的大小，信号变换是将信号从一个域转换到另一个域。
通过这些处理，我们可以得到更符合我们需求的信号。
2. 应用领域信号处理电路广泛应用于通信、电子设备、医疗仪器、雷达、音频设备等领域。
在通信中，信号处理电路可以对信号进行编码、解码、调制、解调等处理，以实现高效的数据传输。
在电子设备中，信号处理电路能够提高系统的稳定性和可靠性，提供更好的用户体验。
在医疗仪器中，信号处理电路可以用于对生理信号的采集和处理，实现精密的医学诊断。
在雷达和音频设备中，信号处理电路可以对信号进行滤波、增益、变换等处理，以提高目标检测和音频质量。
3. 设计方法设计信号处理电路需要考虑多个因素，包括信号特征、处理要求、电路复杂度、成本、功耗等。
在设计过程中，需要选择合适的电子元件和电路拓扑结构，并根据具体需求进行参数调整和优化。
通常，设计师需要充分了解信号的特点和所需的处理效果，灵活选择合适的算法和电路方案。
此外，对于大规模信号处理系统，还需要考虑多个电路模块之间的协同工作和数据传输。
总结：信号处理电路是电子工程中的重要分支，它通过对信号采样、滤波、增益、变换等处理，将原始信号转换成我们所需要的信号。
信号处理电路在通信、电子设备、医疗仪器、雷达、音频设备等领域有着广泛的应用。
在设计信号处理电路时，需要考虑信号特征、处理要求、电路复杂度、成本、功耗等因素，并选择合适的元件和电路拓扑结构。
模拟电子技术---第七章 信号处理电路
当 f f 0 时，上式可以化简为
Au ( f fo ) Auf j(3 Auf )
定义有源滤波器的等效品质因数Q值
1 Q 3 Auf
Au Auf 1 ( f 2 1 f ) j f0 Q f0
e
u y / UT
1
i C5
(1-30)
§7.2
i C1 i C2
i 类似可得： C4
模拟乘法器
e e
u y / UT u y / UT
1
i C3 i C 6 th
1 uy
i C 5 i C 5 th
uy 2U T
i C5 i C6
将上式代入，得：
2U T ux I 0 th 2U T
的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。
(1-17)
§7.1
有源虑波器
3. 二阶高通有源滤波器(HPF) 二阶压控型有源高通滤波器的电路图
(1-18)
§7.1
(1)通带增益
RF Auf =1+ R1
有源虑波器
(2)传递函数
(sCR ) 2 Auf U o ( s) A(s )= U i ( s) 1 (3 Auf ) sCR (sCR) 2
当ux<<2UT，uy<<UT时有：
uy ux u 0 R C I 0 th .th 2U T 2U T
u 0 R C I0 u x .u y 4U T
2
(1-31)
§7.2
模拟乘法器
集成模拟乘法器——F1596.MC1596
(1-32)
§7.2
差分信号处理电路
差分信号处理电路
差分信号处理电路是一种常见的电路设计，它可以用于信号的放大、滤波、抑制干扰等方面。
差分信号处理电路的基本原理是将输入信号分成两路，然后对这两路信号进行差分运算，得到差分信号，再对差分信号进行处理，最后将处理后的信号合并成一个输出信号。
差分信号处理电路的优点在于它可以有效地抑制共模干扰。
共模干扰是指在两个信号线上同时存在的干扰信号，它们的幅度和相位都相同。
如果直接对输入信号进行放大或滤波，共模干扰信号也会被放大或滤波，从而影响信号的质量。
而差分信号处理电路可以将共模干扰信号消除，只放大或滤波差分信号，从而提高信号的信噪比和抗干扰能力。
差分信号处理电路的实现方式有很多种，其中比较常见的是差分放大器和差分滤波器。
差分放大器是一种基本的差分信号处理电路，它可以将两个输入信号的差值放大到一个较大的输出信号。
差分放大器的电路结构比较简单，通常由一个差分对和一个输出级组成。
差分对是由两个晶体管组成的差分放大器，它可以将两个输入信号的差值转换成一个电流信号，然后通过输出级将电流信号转换成一个电压信号输出。
差分滤波器是一种将差分信号进行滤波的电路，它可以通过选择合适的滤波器类型和参数来实现对差分信号的滤波。
差分滤波器的电路结构比较复杂，通常由多个滤波器级联组成。
每个滤波器级都可
以实现对差分信号的一定频率范围内的滤波，多个滤波器级联可以实现对整个频率范围内的滤波。
差分信号处理电路是一种非常实用的电路设计，它可以有效地抑制共模干扰，提高信号的信噪比和抗干扰能力。
差分信号处理电路的实现方式有很多种，可以根据具体的应用需求选择合适的电路结构和参数。
小信号处理电路
小信号处理电路
小信号处理电路是指用于处理弱信号的电路，通常用于放大、滤波、比较、整形等操作，以便更好地利用这些信号。
以下是一些常见的小信号处理电路：
1.放大器电路：用于将微弱的信号放大，以便进一步处理或测量。
常见的放大器电路包括电压放大器、电流放大器和功率放大器等。
2.滤波器电路：用于提取有用信号并抑制无用信号。
常见的滤波器电路包括RC滤波器、LC滤波器和晶体滤波器等。
3.比较器电路：用于将模拟信号转换为数字信号，或比较两个信号的大小。
常见的比较器电路包括电压比较器和窗口比较器等。
4.整形器电路：用于将不规则的信号转换为规则的信号，以便进一步处理或传输。
常见的整形器电路包括施密特触发器和单稳态触发器等。
在实际应用中，小信号处理电路的设计需要考虑多种因素，如信号的频率、幅度、波形和噪声等。
因此，选择合适的小信号处理电路并进行合理的参数调整，对于保证信号的质量和稳定性至关重要。
信号处理电路基本原理概述
信号处理电路基本原理概述信号处理电路是现代电子系统中至关重要的组成部分，它主要负责接收、处理和输出各种类型的电子信号。
本文将概述信号处理电路的基本原理，从信号的获取、传输到处理的各个环节进行介绍。
一、信号获取信号获取是信号处理电路的首要任务，它涉及到将外部世界的各种信号转化成电压或电流形式，以便于后续的处理。
常见的信号获取方式包括传感器、放大器和模数转换器。
1. 传感器传感器是信号处理电路中常用的一种设备，它能够将各种形式的物理量转化成电信号。
例如，温度传感器可以将温度变化转化成电压信号，光电传感器可以将光强变化转化成电流信号。
通过传感器的转换作用，外部环境的信息可以被数字电路所接收和处理。
2. 放大器放大器是信号处理电路中用来增强信号强度的设备。
它能够将微弱的输入信号放大到适合于后续处理的幅度范围内。
放大器通常由多级放大器组成，每级放大器都具有特定的增益。
通过放大器的作用，信号的噪声可以被降低，增强了信号与噪声之间的信噪比。
3. 模数转换器模数转换器（ADC）是将模拟信号转化为数字信号的关键设备。
它将连续的模拟信号经过采样和量化处理，转化为离散的数字信号。
ADC的输出可以被数字处理器所接收和处理，实现对信号的精确控制和分析。
二、信号传输信号传输是指将获取到的信号从信号源传输到信号处理电路中。
合理的信号传输方案能够保证信号的准确性和完整性。
常见的信号传输方式包括电缆传输和无线传输。
1. 电缆传输电缆传输是最常见的信号传输方式之一，它通过导线将信号源与信号处理电路连接起来。
电缆传输具有信号传输稳定、抗干扰性能强等优点，在许多应用场景中被广泛采用，例如家庭音响系统、工业控制系统等。
2. 无线传输无线传输是一种方便灵活的信号传输方式，它通过无线电波将信号传输到接收端。
无线传输具有无需布线、距离远、免受电缆损坏等优点，适用于移动通信、遥控等场景。
三、信号处理信号处理是信号处理电路中的核心环节，它包括对信号进行滤波、变换、调理等操作，以满足特定的应用需求。
电路中的信号处理和信号转换
电路中的信号处理和信号转换信号处理是电路中的一个重要环节，它可以将传感器采集到的信号进行转换、滤波、放大等处理，以使得信号能够被后续的电路系统所识别和分析。
信号转换是信号处理的一部分，它是将一种形式的信号转变为另一种形式的过程。
本文将为大家介绍电路中的信号处理和信号转换的基本原理和应用。
在电路中，信号处理的第一步通常是信号转换。
信号转换包括模数转换和数模转换两种方式。
模数转换将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，而数模转换则是将离散的数字信号转换为连续的模拟信号。
模数转换器常用的方式有采样和量化两个步骤。
采样是指周期性地对输入信号进行采样，获得一系列的采样值。
量化是将采样值分成若干个离散的电平，然后将每一个采样值映射到其最近的量化电平上，形成离散的数字信号。
这样的离散信号可以用于数字系统中的进一步处理和传输，比如在计算机中进行数字信号处理。
数模转换是将离散的数字信号转换为连续的模拟信号的过程。
这一过程可以通过多种方式实现，其中最常见的是脉冲宽度调制（PWM）和脉冲编码调制（PCM）。
脉冲宽度调制是将数字信号的数值大小映射为对应的脉冲宽度，从而得到模拟信号。
脉冲编码调制则是将数字信号的数值大小映射为不同的脉冲位置，通过位置的变化来表示模拟信号。
信号处理和信号转换在电路中有着广泛的应用。
其中一个重要的应用领域是通信系统。
在通信系统中，信号处理和信号转换起到了至关重要的作用。
信号处理能够对传输过程中的信号进行补偿、滤波、编码等，以提高信号的传输质量和可靠性。
信号转换则可以将数字信号转换为模拟信号，从而实现信号的传输和接收。
另一个重要的应用领域是传感器信号处理。
传感器是将非电信号转换为电信号的装置，它可以将温度、压力、光照等非电信号转换为电信号，然后通过信号处理和转换将其转换为可供分析的形式。
例如，温度传感器可以将温度传感器测得的阻值转换为与温度相关的电压信号，然后经过信号处理和转换，得到与温度相关的数字信号。
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一、无源低通滤波器：低频信号能通过而高频信 号不能通过的滤波器
电压放大倍数为
Au
Uo Ui
1 1 j
f
f0
图 7.1.2
f0
1 2RC
——通带截止频率
电路缺点：电压放大倍数低，带负载能力差
解决办法：有源滤波器。
二、一阶低通有源滤波器：
电压放大倍数
Au
Uo Ui
1 RF R1
滞回电压比较器又称施密特触发器。这 种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐 渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输 特性具有“滞回”曲线的形状。
滞回电压比较器通过引入上、下两个门 限电压，以获得正确、稳定的输出电压。
电压比较器有两个门限电平，故传输特 性呈滞回形状 。
UREF 为参考电压；输出电压 uO 为 +UZ 或-UZ；
UT
u
R1 R2
U REF
uO +UOpp
+UZ
R1 R2
U REF
O -UZ
uI
单限比较器
-UOpp
单限比较器的作用：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。
存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形
§4.2.3 滞回比较器
用LM339组成振荡器
下图为用1/4LM339组成的音频方波振荡器的电 路。改变C1可改变输出方波的频率。本电路中， 当C1=0.1uF时。f=53Hz；当C1=0.01uF时， f=530Hz；当C1=0.001uF时，f=5300Hz。
LM339还可以组成高压数字逻辑门电路，并可 直接与TTL、CMOS电路接口。
f0 ) f
f0
1 2RC
——中心频率
Aup
Auo 3 Auo
QAuo
——通带电压放大倍数
Auo
1
RF R1
Q 1 3 Auo
§7.1.5 带阻有源滤波电路（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。
一个低通滤波电路和一个高通滤波电路并 联连接组成的带阻滤波电路，fh< fL能组成带阻 电路
2、将两节电路直接相联，其优点是电路 简单
Ui
低通
高通
Uo
20lg Au
O
低通
f2
f
20lg Au
O
高通
f
f
20lg Au
1
O
阻
f
通
阻
f
f
1
2
带通滤波器原理示意图
带通滤波器电路及幅频特性
Au
(3
Auo Auo ) j(
f f0
f0 ) f
1
Aup jQ( f
f0
集成电压比较器内部电路结构框图
集成电压比较器的类型：
1、按一个集成组件内包含的比较器数目：单比较 器、双比较器、四比较器等
2、按信号响应速度：可分为高速、中速、低速电 压比较器
3、按集成制造工艺：可分为双极性和CMOS型电压 比较器
4、按性能指标：可分为精密电压比较器、高灵敏 度电压比较器和低功耗、低失调电压比较器等
一、CJ0710
高速集成电压比较器电路原理图
CJ0710内部包括三个放大级差动输入级：
差动放大输入级：VT1、VT2、VT3，采用恒 流源式差分放大电路，因而具有较高 的共模抑制比。
共射放大中间级：VT4，具有较高的电压放 大倍数。
输出级：VT7、VT8、VDZ2，共集电极放大电 路。
二、四电压比较器LM339 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，
1 j f
Aup 1 j f
f0
f0
优Au点p ：1通 带RRF1电压放大(倍a)数电路得图到提高 (b)对数幅频特性
缺点：当f≥f0时，幅频特性衰减太慢，以 -20dB／10倍频程的速率下降，与理
想的幅频特性相比相差甚远
解决办法：采用二阶低通有源滤波器。
三、二阶低通有源滤波器：
(a)电路图
§7.1.3 高通滤波器(HPF))
一、高通滤波器是指高频信号能通过而低频信号不 能通过的滤波器，将低通滤波器中起滤波作用的 电阻、电容互换，即成为高通有源滤波器
其通带截止频率：
1 f0 2RC
无源高通滤波器
二阶有源高通滤波器
Au
Uo Ui
1 (3
( jRC)2 Aup Aup )jRC ( jRC)2
O
uI
-UOpp
简单的过零比较器
理想运放的开环差模增益为无穷大
当 uI < 0 时，uO= + UOPP ； 当 uI > 0 时，uO = - UOPP ； UOPP 为集成运放的最大输出电压。
阈值电压：当比较器的输出电压由一种 状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。
设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压管
1 (
f
Aup )2
j
1
f0
f0
Qf
§7.1.4 带通滤波器(BPF)
将一个低通滤波电路和一个高通滤波电 路串联连接即可组成带通滤波电路， fh > fL 能组成带通电路。
BPF的构成方法: BPF构成的总则是LPF与 HPF相串联，LPF与HPF串联有如下两种情况
1、将有源LPF与有源HPF两级直接串联。 用这种方法构成的BPF通带宽，而且通带截止频 率易调整，但所用元器件多
uI 为输入电压。
当 u+ = u- 时，输出电压的状态发生跳变。
u
RF R2 RF
U REF
R2 R2 RF
uO
uO +UZ
比较器有两个不同的门限电 平，故传输特性呈滞回形状。
UT-
O
UT+ uI
-UZ
滞回比较器
滞回电压比较器用于控制系统时主要优 点是抗干扰能力强。当输入信号受干扰或噪 声的影响而上下波动时，只要根据干扰或噪 声电平适当调整滞回电压比较器两个门限电
d
分类： 按处理 硬件滤波 方法分 软件滤波
按构成 无源滤波器 按所处理 模拟滤波器 器件分 有源滤波器 信号分 数字滤波器
低通滤波器 按频率 高通滤波器 特性分 带通滤波器
带阻滤波器
按传 递函 数分
一阶滤波器 二阶滤波器
:
N 阶滤波器
滤波器的理想特性和实际滤波器特性
§7.1.2 低通滤波器(LPF)
平UT+ 和UT- 的值，就可以避免比较器的输出
电压在高、低电平之间反复跳变。
§4.2.4 双限比较器
双限比较器又称为窗孔比较器。它的 特点是输入信号单方向变化，可使输出电压 uo跳变两次，其传输特性如图所示，它形似 窗口，称为窗口比较器。窗口比较器提供了 两个阈值和两种输出稳定状态可用来判断uI 是否在某两个电平之间。
两端总的的稳定电压为 UZ < UOpp 当 uI < 0 时，不接稳压管时， uo= + U0PP ，接
入稳压管后，左边的稳压管被反向击穿，集成运放的
反向输入端“虚地”， uo = + UZ 当uI >0时，右边的稳压管被反向击穿，uOuo= - UZ +UOpp +UZ
利用稳压管限幅的过零比较器
单限比较器
传输特性
过热检测保护电路
1/4LM339的反相输入端 加一个固定的参考电压， 它的值取决于R1、R2。 UR=R2/（R1+R2）*UCC。 同相端的电压就等于热 敏元件Rt的电压降。当 机内温度为设定值以下 时，“+”端电压大于“-”端电压，Uo为高电位。当温度 上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器 反转，Uo输出为零电位，使保护电路动作，调节R1的值 可以改变门限电压，既设定温度值的大小。
第四节 信号处理电路
内容提要 1、介绍滤波电路的作用和分类，并 阐明各种有源滤波电路的工作原理和 输入-输出关系 2、介绍几种典型的电压比较器的工 作原理、传输特性和用途
§4.1 有源滤波器
§4.1.1 滤波电路的作用和分类
滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声 和干扰信号，即有用频率信号通过，无用频率信 号被抑制的电路。
该电压比较器的特点是： 1、失调电压小，典型值为2mV 2、电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压
为±1V-±18V 3、对比较信号源的内阻限制较宽 4、共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo 5、差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压 6、输出端电位可灵活方便地选用。
单限比较器电路
BEF构成的总原则是LPF与HPF相并联， BEF构成的原理框图如图所示
Ui
低通
Uo
20lg Au
高通
O 低通 f1
f
20lg Au
O 20lg Au
高通 f
f2
通阻通
O
f1
f2
f
带阻滤波器原理示意图
带阻滤波器的典型电路
1 ( f )2
Au
1(
f0
f f0
)2
j2(2
O
uI
-UZ -UOpp
为了使比较器输出的正向幅度和负向幅 度基本相等，可将双向击穿稳压二极管接在电 路的输出端或接在反馈回路中。
§4.2.2 单限比较器
单限比较器有一个门限电平，当输入电压等于
此门限电平时，输出端的状态立即发生跳变。