《模电第八章》PPT课件.pptVIP

第八章 信号处理电路,8.1 有源滤波器,8.2 电压比较器,8.1 有源滤波器,8.1.1 滤波电路的作用和分类,1. 滤波电路的作用 选频使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。,按处理 方法分,硬件滤波,软件滤波,按所处理 的信号分,模拟滤波器,数字滤波器,按构成 器件分,无源滤波器,有源滤波器,2、滤波器的分类,低通滤波器（LPF）的频率（幅频）特性,通带放大倍数,通带截止频率,下降速率,理想幅频特性 无过渡带,用幅频特性描述滤波特性，要研究 、 ( fP、下降速率)。,按频率 特性分,低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器,带阻滤波器,高通滤波器（HPF）,带通滤波器（BPF）,带阻滤波器（BEF）,理想滤波器的幅频特性,阻容耦合,通信电路,抗已知频率的干扰,低通滤波器（LPF）,直流电源的滤波,空载时,带负载时,3. 无源滤波电路和有源滤波电路,存在问题：1、电压放大倍数低，最大为1；2、带负载能力差：负载变化，通带放大倍数和截止频率均变化。,解决办法：利用集成运放与 RC 电路组成有源滤波器。,无源滤波电路的电路特点：无源滤波电路的滤波参数随负载变化；可以用于高电压输入、大电流负载的情况。,有源滤波电路,用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻,有源滤波电路的电路特点：有源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，只适用于信号处理，输出电压受电源电压的限制，输入电压应保证集成运放工作在线性区；频率响应受组成它的晶体管、集成运放频率参数的限制。,一、一阶低通滤波器（同相输入）,8.1.2 低通滤波器(LPF),根据“虚短”，“虚断”：,低通滤波器用来通过低频信号，抑制或衰减高频信号。 Af()=Uo/Ui称为滤波电路增益或电压传递函数。,电压串联负反馈,频率趋于0时的放大倍数为通带放大倍数,特征频率 决定于RC环节,表明进入高频段的下降速率为 20dB/十倍频,一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截止频率相同；但通带电压放大倍数得到提高。,（1）改变电阻R2和R1的阻值可调节通带电压放大倍数,（2）改变截止频率，应调整RC,一阶低通滤波器幅频特性,为了使过渡带变窄，采用多阶滤波器，即增加 RC 环节。,归一化幅频特性,缺点：在 f f 0 时，对数幅频特性下降速度为 -20 dB / 十倍频，过渡带太宽，与理想的幅频特性相差甚远。,通带截止频率fP 特征频率f0,理想低通滤波器,二、二阶低通滤波器,截止频率 fp 0.37f0,电路引入了负反馈，利用虚短，虚断求解可得：,1、简单二阶LPF,由幅频特性可见，在高频段，衰减的斜率为 -40 dB /十倍频，但fp远离f0 ，其幅频特性与理想低通滤波器相差较大。,-3dB,2、实用二阶LPF（压控电压源二阶LPF）,引入正反馈,f0时，C1断路，正反馈断开,放大倍数为通带放大倍数；,f ， C2短路，正反馈不起作用，放大倍数小0 ；,对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。,定性分析：只要参数选择合适,为使 fp=f0，且在f=f0时幅频特性按40dB/十倍频下降。,在 f=f0附近形成正反馈，不致造成自激振荡，使f0附近的电压放大倍数等于或大于通带放大倍数。,其中,定量计算：,Q 等效品质因数 物理意义：f=f0时的电压放大倍数与通带放大倍数之比。,Aup = 3 时 Q ,电路产生自激振荡,f = f0,Q=1, 幅频特性较理想,正反馈提升了 f 0 附近的 Au。,为保证电路稳定工作，要求RF 2R1,40dB/十倍频,20dB/十倍频,一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较,理想特性,结论：将电容C1接地的一端改接到运放的输出端，形成正反馈后，可使输出电压的幅度在f = f0范围内得到加强，如果Q值合适，其幅频特性比较接近理想情况。,例 8.1 已知 R = 160 k，C = 0.01 F， R1 = 170 k，Rf = 100 k，求该滤波器的截止频率、通带增益及 Q 值。,解:,特征频率,Q = 1/(3 - Aup) = 1/(3 - 1.588) = 0.708,Q = 0.707 时， f0 = fH,上限截止频率：,fH = 99.5 Hz,8.1.3 高通滤波器(HPF),通带截止频率：,无源高通滤波器如下图所示,理想高通滤波器,高通滤波器与低通滤波器具有对偶关系，低通滤波器电阻与电容位置互易就可得到高通滤波器。,二阶有源高通滤波器,其中：,与LPF有对偶性，将二阶LPF的电阻和电容互换，就可以得到二阶HPF电路。,电路产生自激振荡,二阶低通、高通滤波器，为防止自激，应使 Aup 3，即要求RF2R1 。,若 f = f 0,Aup = 3 时， Q ,可见高通滤波电路与低通滤波电路的对数幅频特性互为“镜像”关系。,8.1.4 带通滤波器(BPF),只允许某一段频带内的信号通过，将此频带以外的信号阻断。,阻,阻,f2,f1,通,要求： f2 f1,带通滤波器的典型电路,中心频率,通带电压放大倍数,BW = f2 - f1 = f0 /Q,8.1.5 带阻滤波器(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。,f2,f1,通 阻 通,要求： f2 f1,带阻滤波器的典型电路,中心频率,通带电压放大倍数,双T网络,运算电路与有源滤波器的比较,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线性区。 均具有“虚短”和“虚断”的特点，均可用节点电流法求解电路。 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是频域问题；测试时，前者是