第4章信号运算与处理电路第2讲v09.ppt
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模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版第第44章章信号运算与信号运算与处理电路处理电路模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版4.2有源滤波器有源滤波器滤滤波波器器:
是是一一种种能能使使有有用用频频率率信信号号通通过过而而同同时时抑制或衰减无用频率信号得电子装置。
抑制或衰减无用频率信号得电子装置。
分类:
分类:
按所处理按所处理信号分信号分模拟滤波器模拟滤波器数字滤波器数字滤波器按构成按构成器件分器件分无源滤波器无源滤波器有源滤波器有源滤波器按频率按频率特性分特性分低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版f通通阻阻按频率特性分类:
按频率特性分类:
低通低通f阻阻通通高通高通f阻阻通通阻阻带通带通f通通阻阻带阻带阻通通fpfpfp1fp2fp1fp2模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版空载时空载时带负载时带负载时无源滤波电路无源滤波电路低通滤波器低通滤波器负载变化,通带负载变化,通带放大倍数和截止频放大倍数和截止频率均变化。
率均变化。
模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版无源滤波电路的滤波参数随负载变化;有源无源滤波电路的滤波参数随负载变化;有源滤波电路的滤波参数不随负载变化,可放大,滤波电路的滤波参数不随负载变化,可放大,不能输出高电压大电流。
不能输出高电压大电流。
有源滤波电路有源滤波电路用电压跟随用电压跟随器隔离滤波电器隔离滤波电路与负载电阻路与负载电阻模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版有源低通滤波器频率趋于频率趋于0时的放大时的放大倍数为通带放大倍数倍数为通带放大倍数决定于决定于RC环节环节表明进入高频段表明进入高频段的下降速率为的下降速率为20dB/十倍频十倍频
(1)一阶低通滤波器)一阶低通滤波器对于对于LPF,频率频率趋于趋于0时的放大倍数即为通带放大倍数。
时的放大倍数即为通带放大倍数。
求解传递函数时,只需将放大倍数中的求解传递函数时,只需将放大倍数中的j用用s取代即可。
取代即可。
一阶一阶LPF经拉氏变换得传递函数经拉氏变换得传递函数模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版一阶电路:
幅频特性一阶电路:
幅频特性为了使过渡带变窄,需采为了使过渡带变窄,需采用多阶滤波器,即增加用多阶滤波器,即增加RC环环节。
在节。
在Au(s)表达式分母中表达式分母中s的方次就是滤波器的阶数。
的方次就是滤波器的阶数。
模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版
(2)简单二阶)简单二阶LPF截止频率截止频率fp0.37f0分析方法:
电路引入了负反馈利用分析方法:
电路引入了负反馈利用“虚短虚短”“虚断虚断”求解求解输出电压与输入电压的关系。
输出电压与输入电压的关系。
模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版(3)压控电压源二阶压控电压源二阶LPF引入正反馈引入正反馈为为使使fp=f0,且在且在f=f0时时幅频特性按幅频特性按40dB/十倍频十倍频下降。
下降。
f0时,时,C1断路,正断路,正反馈断开,放大倍数为反馈断开,放大倍数为通带放大倍数;通带放大倍数;f,C2短路,正反短路,正反馈不起作用,放大倍数小馈不起作用,放大倍数小0;因而有可能在因而有可能在f=f0时放大倍数等于或大于通带放大时放大倍数等于或大于通带放大倍数。
对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。
倍数。
对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。
模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版压控电压源二阶压控电压源二阶LPF的分析的分析根据根据“虚短虚短”“虚断虚断”列方程,整理可得:
列方程,整理可得:
模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版OOO三、高通、带通、带阻有源滤波器1.高通滤波器(高通滤波器(HPF)与与LPF有对偶性,将有对偶性,将LPF的电阻和电容互换,就可得一阶的电阻和电容互换,就可得一阶HPF、简单二阶简单二阶HPF、压控电压源二阶压控电压源二阶HPF电路。
电路。
2.带通滤波器(带通滤波器(BPF)3.带阻滤波器(带阻滤波器(BEF)fHfLfHfL模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版四、状态变量型滤波器要点:
要点:
将比例、积分、求和等基将比例、积分、求和等基本运算电路组合成自由设本运算电路组合成自由设置传递函数、实现各种滤置传递函数、实现各种滤波功能的电路,称为状态波功能的电路,称为状态变量型滤波器。
变量型滤波器。
通带放大倍数决定于负反通带放大倍数决定于负反馈网络。
馈网络。
f0时负反馈最强,时负反馈最强,A1输出电压输出电压0;f时时C相当于相当于短路,短路,A2输出电压输出电压0,电路开环,电路开环,A1输出电压输出电压UOM,工作到非线性区;需引入负反馈决定通带放大倍数。
工作到非线性区;需引入负反馈决定通带放大倍数。
模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版运算电路与有源滤波器的比较运算电路与有源滤波器的比较相同之处相同之处电路中均引入深度负反馈,因而集成运放均工作在电路中均引入深度负反馈,因而集成运放均工作在线性区。
线性区。
均具有均具有“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点,均可用节点电的特点,均可用节点电流法求解电路。
流法求解电路。
不同之处不同之处运算电路研究的是时域问题,有源滤波电路研究的运算电路研究的是时域问题,有源滤波电路研究的是频域问题;测试时,前者是在输入信号频率不变是频域问题;测试时,前者是在输入信号频率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系,后者是在输入电压幅值不变的情况下测值的关系,后者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。
量输出电压幅值与输入电压频率的关系。
运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系,有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述关系,有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。
滤波特性。
模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版4.3电压比较器电压比较器电压比较器的功能:
电压比较器的功能:
电压比较器的功能:
电压比较器的功能:
电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。
当两者幅度相等时输出电压产生跃变,由高电小。
当两者幅度相等时输出电压产生跃变,由高电平变成低电平,或者由低电平变成高电平。
由此来平变成低电平,或者由低电平变成高电平。
由此来判断输入信号的大小和极性。
判断输入信号的大小和极性。
用途:
用途:
用途:
用途:
数模转换、数字仪表、数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术自动控制和自动检测等技术领域,以及波形产生及变换领域,以及波形产生及变换等场合等场合。
uo模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版理想运放工作在理想运放工作在非线性区(饱和区)非线性区(饱和区)的特点:
的特点:
1.输出只有两种可能输出只有两种可能+UOM或或UOM当当u+u时,时,uo=+UOMu+0时时,uo=+UOM当当ui0时时,uo=-UOM1.过零比较器过零比较器U-:
参考电压参考电压ui:
输入信号输入信号+uouiuoui0+UOM-UOM传输特性传输特性UT=0模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版当当ui0时时,uo=-UOLui从反相端输入从反相端输入+uouiuoui0+UOH-UOL模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版+uouitui例:
过零比较器的输入为正弦波,画出输出波形。
例:
过零比较器的输入为正弦波,画出输出波形。
+UOHtuo-UOL波形变换:
波形变换:
正弦波正弦波矩形波矩形波uoui0+UOH-UOL传输特性传输特性模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版+uiuoui0+UZ-UZ电路改进:
电路改进:
用稳压管限幅的过零比较器。
用稳压管限幅的过零比较器。
UZuo设设UZUOH、UZ0时时,uo=+UZ当当ui0模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版电压传输特性电压传输特性UUoopppp+UUoopppp单门限比较器的其它形式:
单门限比较器的其它形式:
单门限比较器的其它形式:
单门限比较器的其它形式:
阈值电压阈值电压(门限电平门限电平):
输出跃变所对应的输入电压。
:
输出跃变所对应的输入电压。
uiuoOURURuoui+当当当当uu+uu时,时,时,时,uuoo=+=+UUooppppuu+uu时,时,时,时,uuoo=UUoopppp即即即即uuiiUUURR时,时,时,时,uuoo=UUoopppp可见,在可见,在ui=UR处输出电压处输出电压uo发生跃变。
发生跃变。
参考电压参考电压模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜(13390753953)2009版版分析电压传输特性三要素的方法:
分析电压传输特性三要素的方法:
通过输出端所接限幅电路确定通过输出端所接限幅电路确定UOH和和-UOL;令令u-=u+解得的输入电压为门限电平解得的输入电压为门限电平UT;uo的跳变方向取决于的跳变方向取决于ui作用于运放的哪一个输入端。
作用于运放的哪一个输入端。
(1)输出电压高电平和低电平的数值输出电压高电平和低电平的数值UOH和和-UOL;
(2)使使uo从从UOH跳变为跳变为-UOL或从或从-UOL跳变为跳变为UOH的输入的输入电压电压阈值电压阈值电压或或门限电平门限电平UT;(3)当当ui变化且经过变化且经过UT时时uo跳变的方向。
跳变的方向。
画电压传输特性,必须求出以下画电压传输特性,必须求出以下三个要素三个要素:
模拟电子技术模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜钟丽娜
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- 信号 运算 处理 电路 v09
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