知識資料第十四章信號處理電路(一)(新版)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁第13章信號處理電路大綱要求：了解濾波器的概念、種類及幅頻特性；比較器的工作原理，傳輸特性和閥值，輸入、輸出波形關(guān)系

了解一階和二階低通濾波器電路的分析；主要性能，傳遞函數(shù)，帶通截止頻率，電壓比較器的分析法；檢波器、采樣保持電路的工作原理

了解高通、低通、帶通電路與低通電路的對偶關(guān)系、特性13.1有源濾波器13.1.1濾波器的基礎(chǔ)知識（1）濾波器的功能：濾波電路的作用是允許規(guī)定范圍的頻率信號通過，而使其它范圍的頻率信號受到極大的衰減。選頻電路把信號能夠通過的頻率范圍稱為通頻帶或通帶信號受到很大衰減或徹低被抑制的頻率范圍稱為阻帶通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率理想濾波器在通帶內(nèi)的電壓增益為常數(shù)，在阻帶內(nèi)的電壓增益為零實際濾波器的通帶和阻帶之間存在著一定頻率范圍的過渡帶（2）濾波器的分類1）按所處理的信號分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器2）按所通過的信號頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。低通濾波器——允許低頻信號通過，將高頻信號衰減。高通濾波器——允許高頻信號通過，將低頻信號衰減。帶通濾波器——允許某一頻帶范圍內(nèi)的信號通過，將此頻帶以外的信號衰減。帶阻濾波器——阻止某一頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而允許此頻帶之外的信號通過。3）按所采用的元器件分為無源和有源濾波器無源濾波器：無源元件組成；特點：電路容易，可靠性高。通帶內(nèi)能量有損耗，負(fù)載效應(yīng)顯然，不適于低頻域有源濾波器：無源元件和有源器件組成。特點：無能量損耗，還可放大，負(fù)載效應(yīng)不顯然，可構(gòu)成高階濾波器，高壓高頻大功率的場合不適用（3）主要參數(shù)1）通帶增益Avp通帶增益是指濾波器在通頻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，性能良好的LPF通帶內(nèi)的幅頻特性曲線是崎嶇的，阻帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)基本為零。2）通帶截止頻率fp和截止角頻率其定義與放大電路的上限截止頻率相同。通帶與阻帶之間稱為過渡帶，過渡帶越窄，說明濾波器的挑選性越好。3）特征角頻率和特征頻率它只與濾波用的電阻和電容元件的參數(shù)有關(guān)，通常對于帶通(帶阻）濾波器，稱為帶通(帶阻）濾波器的中央角頻率或中央頻率f0，是通帶(阻帶）內(nèi)電壓增益最大(最小）點的頻率。4）等效品質(zhì)因數(shù)：對低通和高通濾波器而言,Q值等于時濾波器電路電壓增益的模與通帶增益之比，即；對帶通(帶阻）濾波器而言,Q值等于中央角頻率與通帶(阻帶）寬度BW之比。（4）低通和高通濾波器之間的對偶關(guān)系1）幅頻特性的對偶關(guān)系當(dāng)?shù)屯V波器和高通濾波器的通帶增益A0、截止頻率或f0分離相等時，兩者的幅頻特性曲線相對于垂直線f=f0對稱。2）傳遞函數(shù)的對偶關(guān)系將低通濾波器傳遞函數(shù)中的S換成1/S，則變成對應(yīng)的高通濾波器的傳遞函數(shù)3）電路結(jié)構(gòu)上的對偶關(guān)系將低通濾波器中的起濾波作用的電容C換成電阻R，并將起濾波作用的電阻R換成電容C，則低通濾波器轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的高通濾波器。（5）低通高通、帶通、帶阻電路的對偶關(guān)系低通的截止頻率大于高通的截止頻率，那么低通與高通串聯(lián)，可以構(gòu)成帶通濾波器低通的截止頻率小于高通的截止頻率，那么低通與高通并聯(lián)，可以構(gòu)成帶阻濾波器12.1.2有源濾波器一階低通濾波器RRRFC+-+電壓尾隨器傳遞函數(shù)：通帶的電壓增益RRR1RFC+-+同相比例放大器傳遞函數(shù)：通帶電壓增益RRPR1RC+-+反相比例放大器傳遞函數(shù)：通帶電壓增益SS=jωω=2πf令則幅頻特性：低通截止頻率 （2）二階低通有源濾波器1.2．電壓傳遞函數(shù)3.通帶截止頻率4.幅頻特性該圖說明，二階LPF的衰減率為–40dB/十倍頻程，比一階LPF的斜率之絕對值大一倍。13.2電壓比較器13.2.1比較器的基本知識+UOPPuO+UOPPuOu+uOUOPP理想特性（2）運放的工作狀態(tài)：電比較器中的集成運放大多處于開環(huán)或正反饋的狀態(tài)。只要在兩個輸入端加一個很小的信號，運放就會進入非線性區(qū)，屬于集成運放的非線性應(yīng)用范圍。在分析比較器時，虛斷路原則仍成立，虛短及虛地等概念僅在判斷臨界情況時才適應(yīng)。右圖為理想運放工作在非線性區(qū)，（3）電壓比較器的類型：單限比較器：惟獨一個閾值電壓，零電平比較器非零電平比較器多門限比較器：有兩個閾值電壓,遲滯比較器和窗口比較器（4）電壓比較器的性能指標(biāo)1）閾值電壓(又稱門檻電平)是使比較器輸出電壓發(fā)生跳變時的輸入電壓值，簡稱為閾值，用符號UTH表示。估算閾值主要應(yīng)抓住輸入信號使輸出電壓發(fā)生跳變時的臨界條件。這個臨界條件是集成運放兩個輸入端的電位相等(兩個輸入端的電流也視為零)，即U+=U–。2）輸出電平：輸出電壓的高電平和低電平3）靈巧度：輸出電壓跳變前后，輸入電壓之差值，其值越小，靈巧度越高，但抗干擾能力越差4）響應(yīng)時光：輸出電壓發(fā)生跳變所需的時光稱之為響應(yīng)時光（5）電壓比較器的分析主意1）估算閾值，同相輸入端的電位高于反相輸入端是，輸出電壓為正飽和值，反之為負(fù)飽和值2）按照詳細電路，分析輸入電壓變化時輸出電壓的變化邏輯3）畫傳輸特性，4）畫出輸出電壓的波形13.2.2比較器（1）單門限比較器單門限比較器的傳輸特性（2）滯回比較器設(shè)uI＜－UT，則uN＜uP，uO＝+UZ。此時uP＝+UT，增大uI，直至+UT，再增大，uO才從+UZ躍變?yōu)椋璘Z設(shè)uI＞+UT，則uN＞uP，uO＝－UZ。此時uP＝－UT，減小uI，直至－UT，再減小，uO才從－UZ躍變?yōu)?UZ。13.2.3峰值檢測和采樣保持電路（1）峰值檢測電路（2）采樣保持電路例題：1.運放組成的有源濾波電路如圖所示。運放A1和A2為理想運放。試求：1．2．3．判定A1級和囫圇電路各組成什么樣的濾波電路。