信號的處理與變換課件

1、 第9章 信號的處理與變換9.1 引言 本章以運算放大器為基礎(chǔ)，討論模擬信號的處理和變換電路。在信號處理電路中，重點討論有源濾波電路和模擬乘法器，簡要介紹開關(guān)電容濾波器、調(diào)制與解調(diào)電路和鎖相環(huán)的基本原理及其應(yīng)用。信號變換是傳感器與信號處理電路之間接口電路的主要功能，對傳感器的輸出信號進(jìn)行變換，例如將電荷變換為電壓、電流變換為電壓等；本章介紹了幾種典型信號變換電路的工作原理及其在實際中的應(yīng)用。9.2 有源濾波器9.2.1濾波器的基礎(chǔ)知識1. 濾波器的功能 使輸入信號中特定范圍內(nèi)的頻率成分通過，抑制信號中的其他頻率成分。2. 濾波電路的種類用幅頻特性描述濾波特性，要研究 、 fH 、fL3.無源濾

2、波電路和有源濾波電路（1） 無源濾波電路空載時帶負(fù)載時 負(fù)載變化，通帶放大倍數(shù)和截止頻率均變化。 無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負(fù)載變化；有源濾波電路的濾波參數(shù)不隨負(fù)載變化，可放大，不能輸出高電壓大電流。（2）有源濾波電路 用電壓跟隨器隔離濾波電路與負(fù)載電阻（3）比較有源濾波器不使用電感，因而設(shè)計方便、體積小、重量輕；無源濾波器濾波參數(shù)隨負(fù)載變化。 有源濾波器使用集成運放，濾波參數(shù)不隨負(fù)載變化。有源濾波器在濾波的同時對信號具有放大作用，避免了有用信號的過度衰減；有源濾波器不能在高頻(MHz以上)區(qū)間使用；在高頻段仍較多地使用無源LC濾波器有源濾波器受到運放電源的限制，也不能處理大功率信號。只適用于信

3、號處理。（4）分析方法(1)濾波器的傳輸特性可以用它的傳遞函數(shù)來表征，其傳遞函數(shù)可簡單地理解為用拉氏算子“s”表示的增益表達(dá)式。在有源濾波電路中，集成運放工作在線性區(qū)；可以根據(jù)運放的“虛短”、“虛斷”特性，采用節(jié)點電流法或疊加定理，列出電路在頻域內(nèi)的方程，求取電路的傳遞函數(shù)。(2)將s = j 代入電路的傳遞函數(shù)，得到頻率特性方程，進(jìn)而解出濾波電路的通帶增益 (也稱通帶電壓放大倍數(shù))、通帶截止頻率；畫出濾波電路的幅頻特性和相頻特性。(3)濾波器的階數(shù)取決于電路中RC環(huán)節(jié)的個數(shù)，即由其傳遞函數(shù)的分母中拉氏算子“s”的最高冪數(shù)確定。一階濾波器過渡帶的變化速率為20dB/十倍頻，二階濾波器過渡帶的變

4、化速率為40dB/十倍頻。若是n 階濾波器則過渡帶的變化速率為20dB/十倍頻。9.2.2 有源低通濾波器(LPF)一、 一階低通有源濾波器 二、二階低通濾波器 三、二階壓控型低通濾波器 當(dāng)f = f0時 9.2.3 有源高通濾波器(HPF)9.2.4 有源帶通濾波器(BPF)當(dāng)f = f0時 9.2.5 有源帶阻濾波器(BEF)圖 帶阻濾波器的方框圖圖 雙T帶阻濾波電路圖 BEF的幅頻特性9.2.6 全通濾波器(APF)圖全通濾波電路9.2.8 三種典型的濾波特性 (a) 巴特沃斯(b) 切比雪夫(c) 貝塞爾9.3 開關(guān)電容濾波器9.3.1開關(guān)電容的工作原理1 MOS電容(a) MOS接地

5、電容 (b) MOS浮地電容圖9.3.1 MOS電容的結(jié)構(gòu)2 開關(guān)電容模擬電阻開關(guān)電容模擬電阻 時鐘驅(qū)動信號9.3.2 一階RC低通環(huán)節(jié)圖 開關(guān)電容構(gòu)成的一階RC環(huán)節(jié)9.3.3 一階開關(guān)電容低通濾波器圖 一階開關(guān)電容低通濾波器及其等效電路9.4 模擬乘法器 (a)國標(biāo)符號 (b)符號符號 模擬乘法器符號 模擬乘法器的工作區(qū)域1 變跨導(dǎo)型模擬乘法器9.4.1模擬乘法器的基本原理2 對數(shù)反對數(shù)型模擬乘法器 對數(shù)反對數(shù)型模擬乘法器原理圖9.4.2 集成模擬乘法器1 集成模擬乘法器的主要參數(shù) 2 常用集成模擬乘法器9.4.3 模擬乘法器構(gòu)成的運算電路1 乘法運算 2 除法運算 除法運算電路 3 開方運算電路 開平方運算電路 9.7 運算放大器在信號處理電路中的應(yīng)用1 電流-電壓變換器和電壓-電流變換器電流-電壓變換器電壓-電流變換器2 絕對值電路精密整流電路絕對值電路的工作波形一般的整流電路能不能作為精密整流電路？ 若uImaxUon ，則uO僅在大于Uon近似為uI，失真。 精密整流電路是信號處理電路，實現(xiàn)微小信號的整流。反相輸入絕對值電路同相輸入絕對值電路3 儀用放大器三運放儀用放大器3 儀用放大器集成