模拟电子技术 CH9 信号处理与信号产生电路.ppt

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1、集成运放的应用电路：集成运放的应用电路：模拟信号的运算电路（模拟信号的运算电路（2章）章）模拟信号的处理电路模拟信号的处理电路线性整流电路线性整流电路有源滤波电路有源滤波电路电压比较器电压比较器信号的变换、整信号的变换、整形电路形电路模拟信号的产生电路模拟信号的产生电路1.基本概念基本概念（1）滤滤波波器器：一一种种能能使使有有用用频频率率信信号号顺顺利利通通过过，而而同同时时抑抑制制或衰减无用频率信号的电子装置。或衰减无用频率信号的电子装置。有有源源滤滤波波器器：由由有有源源器器件件（集集成成运运放放）与与RC网络组成。网络组成。9.1 滤波电路的滤波电路的基本概念与分类基本概念与分类按组成

2、分按组成分无源滤波器：由无源器件无源滤波器：由无源器件R、L、C组成；组成；有源滤波器的优点：有源滤波器的优点：不用不用L，体积小、重量轻；体积小、重量轻；具有一定的放大作用。具有一定的放大作用。集成运放集成运放ri高高ro低，低，有缓冲作用，即能隔离前后级的影有缓冲作用，即能隔离前后级的影响，（响，（减少所加负载对滤波电路的影响减少所加负载对滤波电路的影响）其中，其中，对于无源滤波器，负载变化会引起通带增益及截止频率的变化。对于无源滤波器，负载变化会引起通带增益及截止频率的变化。有源滤波器缺点有源滤波器缺点：集成运放：集成运放带宽受到限制，工作频率不能很高。带宽受到限制，工作频率不能很高。为

3、了使负载不影响滤波特性，可在无源滤波电路和负载间加一输入为了使负载不影响滤波特性，可在无源滤波电路和负载间加一输入电阻高、输出电阻低的电压跟随器。电阻高、输出电阻低的电压跟随器。若要有一定的放大作用，用同相比例放大器代替电压跟随器。若要有一定的放大作用，用同相比例放大器代替电压跟随器。（2）滤波电路的传递函数滤波电路的传递函数其中其中 模，幅频响应模，幅频响应 相位角，相频响应相位角，相频响应滤波电路滤波电路电压传递函数电压传递函数通常只用幅频响应表示其滤波特性，通常只用幅频响应表示其滤波特性，但在要求信号失真很但在要求信号失真很小的情况，其相位响应也要考虑。小的情况，其相位响应也要考虑。，有

4、，有令令 几个滤波电路术语：几个滤波电路术语：通频带（通带）：通频带（通带）：信号能顺利通过的频率范围。信号能顺利通过的频率范围。理想情况：通带增益为常数理想情况：通带增益为常数,幅频响应具有幅频响应具有0db衰减衰减阻带：阻带：受抑制或大为衰减的频率范围。受抑制或大为衰减的频率范围。理想情况：增益理想情况：增益A(jw)0截止频率：截止频率：通带与阻带的界限频率。通带与阻带的界限频率。按通带与阻带的位置不同，滤波电路分为：按通带与阻带的位置不同，滤波电路分为：2.分类分类低通（低通（LPF）希希希希望望望望抑抑抑抑制制制制50Hz50Hz的的的的干干干干扰扰扰扰信信信信号号号号，应应应应选选

5、选选用用用用哪哪哪哪种种种种类类类类型型型型的的的的滤波电路？滤波电路？滤波电路？滤波电路？高通（高通（HPF）带通（带通（BPF）带阻（带阻（BEF）全通（全通（APF）放放放放大大大大音音音音频频频频信信信信号号号号，应应应应选选选选用用用用哪种类型的滤波电路？哪种类型的滤波电路？哪种类型的滤波电路？哪种类型的滤波电路？思考：思考：|A|0 HA0通带通带阻带阻带0 LA0通带通带阻带阻带|A|A|0 HA0 L 0|A|0 LA0 H 0|A|0 A0通带通带 如何使实际频响特性更如何使实际频响特性更接近理想特性？接近理想特性？9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路1.低通滤波电路：低

6、通滤波电路：RC低通电路低通电路+电压跟随器或同相比例放大器电压跟随器或同相比例放大器传递函数传递函数其中其中特征角频率特征角频率-20dB/十倍频程十倍频程阻带滤波效果不是很好阻带滤波效果不是很好2.高通滤波电路高通滤波电路RC高通电路高通电路+同同相比例放大器相比例放大器 可可由由低低通通和和高高通串联得到通串联得到必须满足必须满足3.带通滤波电路带通滤波电路低通特征角频率低通特征角频率高通特征角频率高通特征角频率4.带阻滤波电路带阻滤波电路 可可由由低低通通和和高高通通并并联得到联得到必须满足必须满足说说明明：一一阶阶有有源源滤滤波波电电路路，通通带带外外衰衰减减速速率率慢慢（-20dB

7、/十十倍倍频频程程），与与理理想想情情况况相相差差较较远远，一一般般用用于于对对滤波要求不高的场合。滤波要求不高的场合。9.3 二阶二阶有源滤波电路有源滤波电路简单二阶有源低通滤波电路简单二阶有源低通滤波电路由上三式由上三式又又 H 0.37 n令上式分母令上式分母=其其幅频响应的归一化特性曲线幅频响应的归一化特性曲线-3dB可引入适当正反馈，增大放大倍数，改善通带特性。可引入适当正反馈，增大放大倍数，改善通带特性。=n时，时，其其通带特性比一阶电路差通带特性比一阶电路差阻带特性优于一阶电路阻带特性优于一阶电路-3dB9.3.1.二阶有源低通滤波电路二阶有源低通滤波电路对于滤波电路，有对于滤波

8、电路，有传递函数传递函数令令称为称为通带增益通带增益称为称为特征角频率特征角频率称为称为等效品质因数等效品质因数则则用用 代入，可得传递函数的频率响应：代入，可得传递函数的频率响应：典型形式典型形式归一化的幅频响应波特图归一化的幅频响应波特图当当 n时，时，A(j)A020lg0dB当当 时，时，当当=n时，时，A(j)A020lg=20lgQ若若Q=0.707，则此时则此时A(j)A020lg=-3dBA(j)A020lg-低通电路低通电路归一化的幅频响应归一化的幅频响应当当Q 1时，在时，在=n 附近出现峰值，正反馈太大附近出现峰值，正反馈太大选选Q=0.70720lgA(S)A0=3db

9、在在=10n 处，处，20lgA(S)A0=40db可见其通带特性接近一阶有源滤波器，可见其通带特性接近一阶有源滤波器，而阻带衰减与二阶有源滤波器相仿。而阻带衰减与二阶有源滤波器相仿。A(j)A020lg/n110-20-40在在=n 处处9.3.2.二阶有源高通滤波电路二阶有源高通滤波电路 将将低低通通电电路路中中的的电电容容和和电电阻对换即可，阻对换即可，传递函数传递函数归一化的幅频响应归一化的幅频响应分析方法相同。分析方法相同。这里这里CRCR典型形式典型形式归一化的幅频响应波特图归一化的幅频响应波特图与二阶有源与二阶有源低通滤波电路低通滤波电路的幅频响应的幅频响应镜像对称镜像对称（以（

10、以 =n为对称轴）为对称轴）20lgA(S)A0=3db =n时时，取，取Q=0.707 n时，斜率为时，斜率为40dB/十倍频程十倍频程 n时，时，20lgA(S)A0=0db9.3.3.二阶有源带通滤波电路二阶有源带通滤波电路R、C低通和低通和2R、C高通串联，高通串联，R引回适量正反馈，用于改善通带特性。引回适量正反馈，用于改善通带特性。令令传递函数推导方法同上：传递函数推导方法同上：得得同相比例放大器的电压增益同相比例放大器的电压增益式中，式中，特征角频率特征角频率或或当当时，时，通带最大增益通带最大增益中心角频率中心角频率令令此时此时对应两个对应两个截止角频率截止角频率QQ=1052

11、10.5Q=105210.5由此求出由此求出显然，显然，Q越大，通带越窄越大，通带越窄选频特性越好选频特性越好得二根得二根（1）双）双T选频网络的带阻特性选频网络的带阻特性定性分析：定性分析：很高时，很高时，C可视为短路，可视为短路，vi经经C传递到输出端；传递到输出端；（输入、输出之间呈现低阻抗）（输入、输出之间呈现低阻抗）很低时，很低时，C可视为开路，可视为开路，vi经经R传递到输出端；传递到输出端；（输入、输出之间呈现低阻抗）（输入、输出之间呈现低阻抗）9.3.4.二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路显然，在中间的某个频率范围内，双显然，在中间的某个频率范围内，双T网络呈现高阻抗，网络呈现高阻抗，衰减很大衰减很大具有带阻特性！具有带阻特性！（2）双）双T带阻滤波电路带阻滤波电路式中式中（中心角频率）（中心角频率）令令20lg|A(j )AVF 0 Q不同，得不同的幅频相应不同，得不同的幅频相应20lg|A(j )AVF 0 令令得二根得二根若若AVF2，则则Q 即：即：AVF越接近越接近2，选频作用越强。，选频作用越强。阻带宽度阻带宽度作业：作业：9.3.4、9.3.5、9.3.9（定性画出幅频响应曲线）（定性画出幅频响应曲线）分分别别推推导导出出图图所所示示各各电电路路的的传传递递函函数数，并并说说明明它它们们属属于于哪哪种种类型的滤波电路。类型的滤波电路。