信号处理电路

0
uI
-UOPP 传输特性
利
非线性工作区
用 uI 稳
A
+
R
uo
压 管
VDZ
uo +UZ
限
幅
的
过
零
比 较
uI
器
UZ < UOPP
0
uI
VDZ
-UZ
传输特性
R
-
A +
uo 线性工作区
VDZ
将 正 uI
R uI
+A
uo
弦
波0 变
换 为 uo
矩 +UZ 形
波0
-UZ
uo +UZ
0
uI
-UZ
t
t
单限比较器
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
Au
1 (
f )2 f0
f0 j2(2
Aup )
f f0
Aup
Aup
1 j 1 Q
ff0
f
2 0
f
2
f0
1 2RC
——中心频率
Aup
1
RF R1
Q 1 2(2 Aup )
Q越大，阻带越窄，选择性越好。
8.2 电压比较器
➢概念
•输入： uI、 UREF •输出： UOH、 UOL
用于各种报警电路及各种 非正弦波的产生和变换等。
f0
Q f0
20lg Au / dB Aup
-0
Aup
1
RF R1
理想特性
－20dB/十 倍频
-20
－40dB/十 倍频
-40
Q=1时滤波效果较好；
0.1
1
f
10
f0
为避免电路产生自激振荡，元件参数应使RF<2R1；
高通滤波器(HPF)
与LPF有对偶性，将LPF的电阻和电容互换，就 可得一阶HPF、压控电压源二阶HPF电路。
第8章 信号处理电路
本章教学内容
8.1 有源滤波器 8.2 电压比较器
8.1 有源滤波器
功能：
使指定频段的信号通过，其它频率的信号被衰减。
分类： 低通滤波器LPF 高通滤波器HPF
带通滤波器BPF 带阻滤波器BEF
低通滤波器（LPF）
通带放大倍数
理想幅频特性 无过渡带
通带截止频率
下降速率
高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF）
+
uo
为
R´
占 空 比
0
UT
t
不
同 uo
的 +UZ
矩 形
0
t
波 -UZ
单限比较器的作用：检测输入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
滞回比较器
UREF R2
uI
R1
RF
+
R
A -
uo
VDZ
u+ = u- 时对应的输入电压就是门限电平UT 。
U TU T U T R 2 2 R 2 R FU Z
门限宽度 （回差）
uo +UZ
UT- 0
UT+ uI
-UZ 传输特性
UREFR2 uI uI R1
UT+
0 UT-
RF
+- A
R
VDZ
uo
uo +UZ
0 -UZ
uo +UZ
UT-
0
UT+ uI
-UZ
t
t
抗干扰能力强
uo
+UZ
UT+
UT-
0
uI
1
1
f
UM
f0
U
根据KCL列结点方程：
Au
Ui-UMUUMUoUM0
R
R
1jC
Aup
Uo
Aup
Ui 1(3 Aup)jRC (jRC)2
1 RF R1
Q
1
f0
1 2RC
Aup
3 Aup
1( f )2 j 1 f
——等效品质因数
f0
Q f0
Au
1(
f
Aup )2 j 1
f
Q 1 3 Aup
-UZ
双限比较器
UREF1 R R
+-A1
VD1
uI
R
UREF2 R
+- A2
VD2
UTH = UREF1 UTL = UREF2 uo uo
RL
UREF1 > UREF2
0 UTL UTH uI
uI > UREF1 VD1导通，VD2截止 uo=+Uopp
u+R2R FRFUREF+R2R 2RFuo
uo UZ
u-=uI
若uo=UZ，当uI逐渐增大时，使uo由+UZ跳变为-UZ所需的门限电平UT+：
U TR 2R FR FURE F R 2R 2R FUZ 若uo=-UZ，当uI逐渐减小时，使uo由UZ跳变为UZ所需的门限电平UT-：
U TR 2R FR FURE F R 2R 2R FUZ
➢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
简单过零比百度文库器
uI < 0 uI > 0
uo = + UOPP uo = - UOPP
阈值电压UT (门限电平)
uo
+UOPP
Q 1 3 Auo
Aup
Auo 3Auo
QAuo
Q越大，通频带越窄， 选择性越好。
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
U i
低通
U o
顺利通过。
高通
20lgAu
低通
0
f1
f
20lgAu
0 20lgAu
高通 f2
f f2＞f1
通阻通
0
f1
f2
f
1 ( f )2
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
Auo
1
RF R1
➢无源高通滤波器
其通带截止频率：
f0
1 2RC
➢二阶高通有源滤波器
Au
Uo Ui
1 (3
(jRC)2 Aup Aup)jRC (jRC)2
Aup
1( f0 )2 j 1 f0
f Qf
Aup
1
RF R1
f0
1 2RC
Q 1 3 Aup
互为“镜像”关系
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
f0
Ui
1 RF
U
U·i R C
+A
· Uo
Au
Uo Ui
1
R1 jf
A up 1 j f
Aupf0121RRRCF1
f0
f0
——通带电压放大倍数
——通带截止频率
一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截
止频率相同，但通带电压放大倍数得到提高。
➢二阶低通有源滤波器
Uo
=
1+
RF R1
U
U
UREF R2
VDZ
uo
+UZ
uI
R1
A
+
R´
uo
R1 R2
U
REF
0
uI
-UZ
u+ = u- 时对应的输入电压就是门限电平UT 。
u- R1R 1R2UREFR1R 2R2uI 令 u- u+0,得
UT
uI
R1 R2
UREF
正 弦
UREF R2
VDZ
波 变
uI
R1
-
A
UT
R1 R2
UREF
换 uI