信号处理电路
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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
A
17
Ui
低通
Uo
20 lg Au
高通
O 低通 f1
f
20 lg Au
O
20 lg Au
高通 f
f2
通阻通
O
f1
f2
f
带阻滤波器原理示意图
A
18
带阻滤波器的典型电路
A
19
1( f )2
Au 1(
f0
f f0
)2
j2(2Aup)
电路
A
8
Au
Uo Ui
1(3
Aup
Aup
)jRC(jRC)2
Aup
1( f )2 j 1 f
f0
Q f0
Aup
1
RF R1
f0
1 2RC
1 Q
3 Aup
A
9
一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较：
20lg Au / dB Aup
-0
理想特性 －20dB/十倍频
-20
-40
0.1
1
－40dB/十倍频 f
O
-UOpp
简单的过零比较器
A
uI
22
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。
A
23
设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压管
10
f0
低通滤波器的幅频特性
A
10
§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：
f0
1 2RC
无源高A通滤波器
11
二阶有源高通滤波器
A uU U o i 1(3A (u jp)R jR )2 C A C u p (j R)2 C 1(f)2 A u pj1f0
A
f0
Qf 12
§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
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。
A
7
三、二阶低通有源滤波器：
(a)电路图
(b)对数幅频特性
幅频特性在f≥f0时，以-40dB／10倍频程的速
率下降，衰减速度快，其幅频特性更接近于理想特
性，为进一步改善滤波波形,常将第一级的电容C接
到输出端，引入一个反馈。这种电路又称为赛伦-凯
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。
A
6
二、一阶低通有源滤波器：
电压放大倍数
Au
Uo Ui
1 RF R1
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
率易调整，但所用元器件多
2、将两节电路直接相联，其优点是电路
简单
A
13
Ui
低通
高通
Uo
20 lg Au
O
低通
f2
f
20 lg Au
O
高通
f
f
20 lg Au
1
O
阻
f
通
阻
f
f
1
2
带通滤波器原理示意图
A
14
带通滤波器电路及幅频特性
A
15
A u(3Auo) Aujo(ff0ff0)1jQ(Afu fp 0ff0)
O -UZ -UOpp
uI
24
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。
第四节 信号处理电路
A
1
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
A
2
§4.1 有源滤波器
§4.1.1 滤波பைடு நூலகம்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。
滤波电路传递函数定义
A(s) Vo (s) Vi (s)
vI (t)
滤波电
vO (t)
路
s j 时，有 A (j)A (j)ej() A(j)()
其中 A(j) —— 模，幅频响应
() —— 相位角，相频响应
时延响应为 ()d() (s)
d
A
3
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
f0
1 2RC
——中心频率
Aup
Auo 3Auo
QAuo
——通带电压放大倍数
Auo
1
RF R1
Q 1 3 Auo
A
16
§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
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
A
4
滤波器的理想特性和实际滤波器特性
A
5
§7.1.2 低通滤波器(LPF)
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
f f0
Aup
f0
1 2RC
——中心频率
Aup
1
RF R1
——通带电压放大倍数
Q f0 1
B 2(2 Aup)
A&u
1
Aup
j1 Q
ff 0
f
2 0
f
2
A
20
§4.2 电压比较器
电压比较器简称比较器，其基本功能是对两 个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电 平或低电平，据此来判断输入信号的大小和极性
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。
比较器的输出只有两种可能的状态：高电平 或低电平，为数字量，而输入信号是连续变化的 模拟量，因此比较器可作为模拟电路和数字电路 的“接口”
A
21
分类：过零比较器、单限比较器、 滞回比较器及双限比较器
§4.2.1 过零比较器
uO +UOpp
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A
A
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Ui
低通
Uo
20 lg Au
高通
O 低通 f1
f
20 lg Au
O
20 lg Au
高通 f
f2
通阻通
O
f1
f2
f
带阻滤波器原理示意图
A
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带阻滤波器的典型电路
A
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1( f )2
Au 1(
f0
f f0
)2
j2(2Aup)
电路
A
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Au
Uo Ui
1(3
Aup
Aup
)jRC(jRC)2
Aup
1( f )2 j 1 f
f0
Q f0
Aup
1
RF R1
f0
1 2RC
1 Q
3 Aup
A
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一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较：
20lg Au / dB Aup
-0
理想特性 －20dB/十倍频
-20
-40
0.1
1
－40dB/十倍频 f
O
-UOpp
简单的过零比较器
A
uI
22
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。
A
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设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压管
10
f0
低通滤波器的幅频特性
A
10
§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：
f0
1 2RC
无源高A通滤波器
11
二阶有源高通滤波器
A uU U o i 1(3A (u jp)R jR )2 C A C u p (j R)2 C 1(f)2 A u pj1f0
A
f0
Qf 12
§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
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。
A
7
三、二阶低通有源滤波器：
(a)电路图
(b)对数幅频特性
幅频特性在f≥f0时，以-40dB／10倍频程的速
率下降，衰减速度快，其幅频特性更接近于理想特
性，为进一步改善滤波波形,常将第一级的电容C接
到输出端，引入一个反馈。这种电路又称为赛伦-凯
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。
A
6
二、一阶低通有源滤波器：
电压放大倍数
Au
Uo Ui
1 RF R1
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
率易调整，但所用元器件多
2、将两节电路直接相联，其优点是电路
简单
A
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Ui
低通
高通
Uo
20 lg Au
O
低通
f2
f
20 lg Au
O
高通
f
f
20 lg Au
1
O
阻
f
通
阻
f
f
1
2
带通滤波器原理示意图
A
14
带通滤波器电路及幅频特性
A
15
A u(3Auo) Aujo(ff0ff0)1jQ(Afu fp 0ff0)
O -UZ -UOpp
uI
24
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。
第四节 信号处理电路
A
1
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
A
2
§4.1 有源滤波器
§4.1.1 滤波பைடு நூலகம்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。
滤波电路传递函数定义
A(s) Vo (s) Vi (s)
vI (t)
滤波电
vO (t)
路
s j 时，有 A (j)A (j)ej() A(j)()
其中 A(j) —— 模，幅频响应
() —— 相位角，相频响应
时延响应为 ()d() (s)
d
A
3
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
f0
1 2RC
——中心频率
Aup
Auo 3Auo
QAuo
——通带电压放大倍数
Auo
1
RF R1
Q 1 3 Auo
A
16
§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
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
A
4
滤波器的理想特性和实际滤波器特性
A
5
§7.1.2 低通滤波器(LPF)
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
f f0
Aup
f0
1 2RC
——中心频率
Aup
1
RF R1
——通带电压放大倍数
Q f0 1
B 2(2 Aup)
A&u
1
Aup
j1 Q
ff 0
f
2 0
f
2
A
20
§4.2 电压比较器
电压比较器简称比较器，其基本功能是对两 个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电 平或低电平，据此来判断输入信号的大小和极性
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。
比较器的输出只有两种可能的状态：高电平 或低电平，为数字量，而输入信号是连续变化的 模拟量，因此比较器可作为模拟电路和数字电路 的“接口”
A
21
分类：过零比较器、单限比较器、 滞回比较器及双限比较器
§4.2.1 过零比较器
uO +UOpp
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A