西安交大模电课件第7章信号检测与处理电路

1、上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.1 电子系统概述电子系统概述7 信号检测与处理电路信号检测与处理电路传感器传感器放大器放大器滤波器滤波器增益调整增益调整采样保持采样保持A/D 转换器转换器计算机系统总线计算机系统总线控制电路控制电路信号检测系统基本框图信号检测系统基本框图上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础传感器传感器放大器放大器滤波器滤波器增益调整增益调整采样保持采样保持A/D 转换器转换器计算机系统总线计算机系统总线控制电路控制电路提取测信号提取测信号放大测量信号放大测量信号抑制干扰信号抑制干扰信号进一步去除进一步去除无用信号无用信号联系处理

2、系联系处理系统的桥梁统的桥梁信号加工信号加工处理系统处理系统上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.2.1 测量放大器测量放大器应用：应用：热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量等热电偶、应变电桥、流量计、生物电测量等7.2 信号检测系统中的放大电路信号检测系统中的放大电路共模抑制比高共模抑制比高输入抗阻高输入抗阻高主要特点主要特点常用于测量直流缓变微弱信号常用于测量直流缓变微弱信号上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1. 三运放测量放大器三运放测量放大器b. 电阻电阻R3、R4、R5、R6要精密配合（要精密配合（ R3= R5、 R4 =R6）a. 运放

3、运放A1、A2的特性一致性的特性一致性对电路要求：对电路要求：（1）基本电路图）基本电路图A1A2A3+_b1b2+_iIduIcuOuGR2RSR3R4RO2u5R6R1RO1u+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础Gb2b1Ruui IcId1buuu Icb2uu 由图可知由图可知（2）电路分析）电路分析A1A2A3+_b1b2+_iIduIcuOuGR2RSR3R4RO2u5R6R1RO1u+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础IdGG21uRRRR O2O1uu )(G21RRRi 1O342O65634O)1(uRRuRRRRRu A1A2A

4、3+_b1b2+_iIduIcuOuGR2RSR3R4RO2u5R6R1RO1u+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 输出信号共模信号输出信号共模信号uIc无关无关RRRRR 6543令令)(2OO1uu IdG21)1(uRRR 1O342O65634O)1(uRRuRRRRRu 因此，因此，放大器具有很高的抑制共模信号的能力。放大器具有很高的抑制共模信号的能力。 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2. 单片集成测量放大器单片集成测量放大器AD521集成化的集成化的三运放测量放大器。三运放测量放大器。性能指标：性能指标：(2) 输入阻抗输入阻抗3

5、109 。(3) 增益带宽大于增益带宽大于2MHz。(4) 电压放大倍数电压放大倍数0.11000(5) 电源电压电源电压 (518)V。(6) 过载能力较强，动态特性好。过载能力较强，动态特性好。( (1) ) 共模抑制比共模抑制比120dB。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1) 引脚说明引脚说明1234567891011131214OUTOFF SETV-INRG+INSENSEREFRsCOMPOFF SETRsV+RG上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2) 基本连接方式图基本连接方式图sR123456781011121314AD521I

6、duOu100k10k V VGR+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.2.2 隔离放大器隔离放大器特点：特点：信号传递的主要方式：信号传递的主要方式：电磁耦合，即经过变压器传递信号电磁耦合，即经过变压器传递信号光电耦合光电耦合输入回路与输出回路之间是电绝缘的。输入回路与输出回路之间是电绝缘的。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础二极管二极管三极管型三极管型1. 光电耦合隔离放大器光电耦合隔离放大器光电耦合器原理图光电耦合器原理图二极管二极管二极管型二极管型IoIiIiIo上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础b. 采用负反馈技术采

7、用负反馈技术光电耦合器的特点光电耦合器的特点a. .耦合器中的发光和光敏元件都是非线性器件。耦合器中的发光和光敏元件都是非线性器件。b. .非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真。非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真。克服非线性失真采取的主要措施克服非线性失真采取的主要措施a. 给非线性器件施加合适的直流偏置，在小范围内给非线性器件施加合适的直流偏置，在小范围内线性传输信息。线性传输信息。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础一种典型的光电耦合隔离放大器一种典型的光电耦合隔离放大器Iu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND

8、1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础Iu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k电压并联负反馈电压并联负反馈上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础Iu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈上页上

9、页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础串联负反馈的判断串联负反馈的判断Iu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础工作原理工作原理O1、O2特性相同特性相同R1=R4+RWR1=R4+RWIu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k上页

10、上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础uCE2uCE1= uCE2uCE1O1、O2特性相同特性相同R1=R4+RWR1=R4+RWIu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础uO= uCE1uI= uCE2uO = uIuCE2uCE1= uCE2uCE1Iu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R

11、1R4.3k上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础实现信号隔离实现信号隔离实现信号传输实现信号传输两地独立两地独立两地独立两地独立输入、输出级之输入、输出级之间是电气绝缘的间是电气绝缘的uO = uIIu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础放大器原理图放大器原理图2. 变压器隔离放大器变压器隔离放大器+- -1A调制器调制器隔隔 离离电电 源源解调器解调器振荡器振荡器+- -2A输入屏蔽输入屏蔽输出

12、屏蔽输出屏蔽uOuI k100CCV 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础+- -1A调制器调制器隔隔 离离电电 源源解调器解调器振荡器振荡器+- -2A输入屏蔽输入屏蔽输出屏蔽输出屏蔽uOuI k100CCV 调调 制制给输入侧提供能量给输入侧提供能量两侧电源独立两侧电源独立恢复原低频信号恢复原低频信号输入、输出侧输入、输出侧间电气绝缘间电气绝缘上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础变压器隔离放大器变压器隔离放大器AD277原理图和引脚原理图和引脚 1A调制器调制器隔隔 离离电电 源源解调器解调器振荡器振荡器 2A输入屏蔽输入屏蔽输出屏蔽输出屏蔽 k10

13、0 k100 M116151114101213(+VCC)126873495(+15V)(-15V)(-VEE)上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.3.1 滤波器的基础知识滤波器的基础知识功能：只允许某一部分频率的信号顺利的通过。功能：只允许某一部分频率的信号顺利的通过。通带：能够通过信号的频率范围。通带：能够通过信号的频率范围。阻带：不能够通过信号的频率范围。阻带：不能够通过信号的频率范围。截止频率：通带和阻带之间的分界频率。截止频率：通带和阻带之间的分界频率。 7.3 有源滤波器有源滤波器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础滤波器的分类滤波器的分

14、类a. 根据处理的信号不同根据处理的信号不同 b. 根据使用的滤波元件不同根据使用的滤波元件不同数字滤波器数字滤波器模拟滤波器模拟滤波器RC型型LC型型RLC型型上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c. 根据工作频率不同根据工作频率不同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全通滤波器全通滤波器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础fA02f1f0A理想滤波器的幅频特性理想滤波器的幅频特性低低通通fA0cf0A通通带带高高通通带带阻阻带带通通通通带带通通带带通通带带通通带带Af01f2f0AfA0cf0A上页上页下页

15、下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础0fAcf0A0.7070A实际低通滤波器的幅频特性实际低通滤波器的幅频特性实际特性实际特性理想理想特性特性阻带阻带过渡带过渡带通带通带上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础d. 根据滤器的阶数分根据滤器的阶数分 一阶滤波器一阶滤波器二阶滤波器二阶滤波器高阶滤波器高阶滤波器e. 根据采用的元器件不同根据采用的元器件不同无源滤波器无源滤波器有源滤波器有源滤波器滤器的阶数越高，性能越好。滤器的阶数越高，性能越好。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础组成组成: : 由电阻、电容、电感等无源器件组成。由电阻、电容、电感等

16、无源器件组成。体积和重量比较大，电感还会引起电磁感应。体积和重量比较大，电感还会引起电磁感应。(a) 无源滤波器无源滤波器电路简单电路简单高频性能好高频性能好工作可靠工作可靠优点优点通带信号有能量损耗通带信号有能量损耗负载效应比较明显负载效应比较明显缺点缺点CRRL无源高通滤波器无源高通滤波器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b) 有源滤波器：有源滤波器：电路体积小、重量轻电路体积小、重量轻通带内的信号可以放大通带内的信号可以放大精度高、性能稳定、易于调试精度高、性能稳定、易于调试负载效应小负载效应小组成：由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成组成：由电阻、电容和有源

17、器件（如集成运放）组成优点优点可以多级相联，用低阶来构成高阶滤波器可以多级相联，用低阶来构成高阶滤波器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础通带范围小通带范围小需要直流电源需要直流电源适用于低频、低压、小功率等场合。适用于低频、低压、小功率等场合。 缺点缺点上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1. 一阶低通有源滤波器一阶低通有源滤波器7.3.2 低通有源滤波器低通有源滤波器（1） 电路组成电路组成 （2） 电路性能分析电路性能分析 a. 电路的传递函数电路的传递函数)()()(iosUsUsA +_+IuOu1R2RCA+上页上页下页下页后退后退模拟电子技

18、术基础模拟电子技术基础)()(12sZsZ CsRRsCRsZ222211/)( 式中式中11)(RsZ 21211)(sCRRRsA )()()(iosUsUsA Z1(s)Z2(s)故故+_+IuOu1R2RCA+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础)(12cCR 120RRA 令令滤波器的截止角频率滤波器的截止角频率c 21211)(sCRRRsA 0A滤波器的通带增益滤波器的通带增益 cc0)( sAsA+_+IuOu1R2RCA+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础cc0)( sAsAcc0j)j ( AAC0j11 Ab. 滤波器的频率特性滤

19、波器的频率特性令令 s=j c0j11ffA 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c0j11)j(ffAA CRf2cc212 式中式中称为滤波器的截止频率称为滤波器的截止频率即即因电路的频率特性与因电路的频率特性与f 的一次的一次方有关方有关故称之为一阶故称之为一阶RC低通有源滤波器低通有源滤波器上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2c0)(1jffAA c. 滤波器的幅频特性滤波器的幅频特性c0j11)j (ffAA 由由得得d. 相频特性相频特性 carctan180jff 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2c0)(1j

20、ffAA 3dBcf0lg20A020lg|A(jw)|/dBflg幅频特性曲线幅频特性曲线-20dB/ /十倍频十倍频上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3) 一阶滤波器特点一阶滤波器特点 a. 电路简单电路简单 b. 过渡带输出的衰减慢，衰减速率过渡带输出的衰减慢，衰减速率20dB /十倍频十倍频上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2. 二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器(1) 电路组成电路组成(2) 电路分析电路分析a. 电路的传递函数电路的传递函数无限增益多路反馈型无限增益多路反馈型12+_+_.IuOu1R2R1C2C3R_+上页上页下页下

21、页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础对节点对节点1、2列方程得：列方程得： 21312o111i1)()()()()()(sCsURsURsUsURsUsU 1o311)()(sCsURsU 对节点对节点1对节点对节点212+_+_.IuOu1R2R1C2C3R_+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1223n1CCRR 由上两式得由上两式得)()()(iosUsUsA 2nn22n12 QssRR其中其中)(12321312321CRRRRRRRRCRQ 1223212323112)1(11CCRRsRRRRRsCRR 电路的品质因数电路的品质因数滤波器的特征角频率

22、滤波器的特征角频率上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2nn22n12)( QssRRsAQRRAn22n2n12j)()j ( QAn2n20j)1(1 式中式中120RRA 为滤波器的通带增益为滤波器的通带增益b. 滤波器的频率特性滤波器的频率特性令令 s=j 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c. 滤波器的幅频特性滤波器的幅频特性)()1()j (22n222n20QAA 2n2n1o1)(180)j ( Qtg由由QAAn2n20j)1(1)j ( 得得d. 滤波器的相频特性滤波器的相频特性上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基

23、础e. 幅频特性分析幅频特性分析0)j (AA 0)j ( A当当 n n时，时，电路具有低通滤波器特性电路具有低通滤波器特性上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础0n)j (AQA 可见可见品质因数品质因数也也影响滤波器频率特性影响滤波器频率特性当当 = = n n时，时，由式由式)()1()j (22n222n20QAA 知知或或0n)j (AAQ 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础幅频特性曲线幅频特性曲线10-310/n Q=105210.7070.50(j )20lg|/dBAA -40上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础这种

24、滤波器称为切比雪夫（这种滤波器称为切比雪夫（Chebyshev）型滤波器。）型滤波器。 a. 特性有峰值。特性有峰值。 b. Q值越大，尖峰值越大，尖峰越高越高 。c. 当当 时，电路时，电路将产生自激振荡。将产生自激振荡。 Qd. 过渡带衰减速过渡带衰减速度较快。度较快。 /n 10-310Q=105210.7070.5-400(j )20lg|/dBAA 2/1 Q当当时时上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c. Q值越小，通带值越小，通带有衰减衰减严重。有衰减衰减严重。a. 特性无峰值。特性无峰值。b. 通带有衰减。通带有衰减。2/1 Q当当时时10-310Q=105

25、210.7070.5-400(j )20lg|/dBAA 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c. 幅频特性最平坦幅频特性最平坦a. 无峰值无峰值 b. 通带内的减最小通带内的减最小 称为最大平坦或巴特沃斯称为最大平坦或巴特沃斯（Butterworth）型滤波器。）型滤波器。 这种滤波器这种滤波器2/1 Q当当时时10-310Q=105210.7070.5-400(j )20lg|/dBAA 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础巴特沃斯（巴特沃斯（Butterworth）型滤波器的幅频特性）型滤波器的幅频特性4n12)(1)j ( RRA2)j (12R

26、RA n 当当n 即特征角频率即特征角频率c 就是截止角频率就是截止角频率 10-310-400(j )20lg|/dBAA n/ -40dB/ /十倍频十倍频上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1一阶高通有源滤波器一阶高通有源滤波器 7.3.3 高通有源滤波器高通有源滤波器(1) 低通与高通电路的对偶关系低通与高通电路的对偶关系C换成换成RR换成换成CiURC OUOUiURC 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础b. 电路分析电路分析)()()(iosUsUsA )()(12sZsZ sCRsZ1)(11 22)(RsZ (2) 一阶高通滤波器一阶高

27、通滤波器a. 高通滤波高通滤波电路电路(a) 传递函数传递函数Z1(s)Z2(s)2ROu+_+Iu1RC+_上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础)(11cCR 120RRA 式中式中1121)(sCRRRsA 112111sCRRR c0 ssA1121CRssRR 通带增益通带增益截止角频率截止角频率2ROu+_+Iu1RC+_上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础滤波器的频率特性滤波器的频率特性 js 令令c0jj)j ( AA C0j11 AffACj 110(b) 频率特性频率特性c0)( ssAsA由由得得CRf1cc212 滤波器的截止频率滤

28、波器的截止频率上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2c0)(1jffAA (c) 滤波器的幅频特性滤波器的幅频特性由由得得ffAAcj)j ( 110 幅频特性曲线幅频特性曲线oflgdB/)j (lg20 A0lg20AdB3cf十倍频十倍频dB/20 ffcarctanj 180 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2二阶高通有源滤波器二阶高通有源滤波器 ( (1) ) 电路组成电路组成( (2) ) 电路分析电路分析压控电压源型电路压控电压源型电路 +_ +_IuOu1R2RaR1CbR2C+_A上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子

29、技术基础等效虚线内的电路等效虚线内的电路等效电路等效电路ab01RRA +_ +_IuOu1R2RaR1CbR2C+_A A03 2 + + Ou1RIu2R1C2C上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础对节点对节点3、2列方程列方程 节点节点3节点节点2021)()(1)()(11)()(30o3o3i C/ssUA/sURsUsUC/ssUsURAsUCsAsUsU20o20o3/ )(/1/ )()( a. 传递函数传递函数 A03 2 + + Ou1RIu2R1C2C上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2nn220io)()()( sQssAsUs

30、UsA由以上两式电路的传递函数为由以上两式电路的传递函数为 其中其中)1(02212112121ARCRCRCCCRRQ 品质因数品质因数ab01RRA 通带增益通带增益CCRR2121n1 特征角频率特征角频率上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础b. 频率特性频率特性 QAA/j)j (n22n20 sj 令令2nn220)( sQssAsA由由得得c. 幅频特性幅频特性)/()/(n222n201)j (QAA 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础幅频特性曲线幅频特性曲线10-3/n Q=105210.7070.50(j )20lg|/dBAA 上页

31、上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.3.4 带通和带阻有源滤波器带通和带阻有源滤波器1 二阶带通有源滤波器二阶带通有源滤波器(1) 电路组成电路组成(2) 电路分析电路分析 32 + _+AIuOu1R2R1C2CaRbR3R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础等效虚线内的电路等效虚线内的电路等效电路等效电路ab01RRA 32 + _+AIuOu1R2R1C2CaRbR3R 32 _+A0IuOu1R2R1C2C3R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础对节点对节点3、2列方程列方程 节点节点3CssUCssUAsURsUsURsUs

32、U23130o23o13i/1)(/1)(/ )()()()()( 节点节点2RAsUCsAsUsU30o10o3/ )(/1/ )()( 32 _+A0IuOu1R2R1C2C3R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础中心频率中心频率CCRRRRR1232121o 通带增益通带增益ab01RRA CRACRCRCRQ220112321o/ )1(/1/1/1 品质因数品质因数 2oo2210/ QssCRsA)()()(iosUsUsA a. 电路的传递函数电路的传递函数上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2oo2210/)( QssCRsAsA得滤波

33、器的频率特性得滤波器的频率特性QCRAA/j/j)j (o22o210 c. 频幅特性频幅特性 )()/(/1)/()j (2oo2o210QCRAA b. 频率特性频率特性将将s=j 代入式代入式上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础)()/(/1)/()j (2oo2o210QCRAA 0)j ( A0)j ( A)/()j (o210 CRQAA 讨论：讨论：当当 时，时，0 (a)当当 时，时， (b)当当 时，时，0 (c)电路具有带通特性电路具有带通特性为中心角频率为中心角频率 o上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础)()/(/1)/()j (

34、2oo2o210QCRAA 由由在截止频率上在截止频率上2)/()j (o210 CRAA 22oo1)(Q 即即 o2H2/14/11QQ o2L2/14/11QQ 求解上式得求解上式得d. 通频带通频带上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础Q/oLHbw 故故 滤波器的通频带宽滤波器的通频带宽可见，可见，Q值越大，通频带越窄，选择性越强值越大，通频带越窄，选择性越强上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础Q=105210.50-20-40/ o o 10.1dBAjA/ |)(|lg200 带通滤波器带通滤波器的幅频特性的幅频特性上页上页下页下页后退后退模

35、拟电子技术基础模拟电子技术基础2二阶带阻有源滤波器二阶带阻有源滤波器 （1）电路组成）电路组成C2CR32RCR/24+_+_+_IuOuaRbR上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础列节点电压方程列节点电压方程0/1)(/ )(2/)()(/1)()(20o2o2i sCsUAsURsUsUsCsUsU节点节点2（1）电路分析）电路分析a. 传递函数传递函数节点节点302/1)()(/ )()()(330o3i sCsURsUAsURsUsUC2CR32RCR/24+_+_+_OuIuaRbR上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础节点节点40/ )()(/

36、1/ )()(0o30o2 RAsUsUsCAsUsU式中式中 RRAab0/1 C2CR32RCR/24+_+_+_OuIuaRbR上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础)()2(21)(1)()()(2020iosCRRCsAsCRAsUsUsA 2oo22o20/ QssA)/(1oRC )2(2/10AQ 其中：其中：ab01RRA 故故 传递函数传递函数上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础得滤波器的频率特性得滤波器的频率特性将将s=j 代入式代入式b. 频率特性频率特性 2oo22o20/)( QssAsAQCRAA/j/j)j (o22o210

37、 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础AQA0o2222o22o)/()()j ( c. 滤波器的幅频特性滤波器的幅频特性讨论讨论: :0)j (AA AA0)j ( 0)j ( A当当 时，时，0 (a)当当 时，时， (b)当当 时，时，0 (c)可见电路具有带阻特性可见电路具有带阻特性为中心角频率为中心角频率o上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础令令 21)/()(o222o222o Q 即即2111)/(22oo2 Q 解之得截止角频率解之得截止角频率 上限上限 14122oH QQ d. 滤波器的阻带滤波器的阻带 14122oL QQ 下限下限

38、上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础Q/oLHbw 故故 滤波器的阻带宽为滤波器的阻带宽为上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础带通滤波器带通滤波器的幅频特性的幅频特性11000.1-50Q小小dB)j (lg200AA 0ffQ大大上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础功能：用来比较输入电压相对大小的电路。功能：用来比较输入电压相对大小的电路。输出端的信号状态输出端的信号状态只有高电平和低电平。只有高电平和低电平。7.4 电压比较器电压比较器被比较的输入电压被比较的输入电压比较电压（基准电压或参考电平）比较电压（基准电压或参考电平）输入

39、端的信号有输入端的信号有工作原理工作原理 输入信号偏离参考电压时，输出电压将输入信号偏离参考电压时，输出电压将发生跃变。发生跃变。将输出电压发生跃变的现象称为比较器翻转。将输出电压发生跃变的现象称为比较器翻转。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.4.1 单门限比较器单门限比较器1. 零电平比较器零电平比较器 (2) 电路特点电路特点Ib1uu 0b2 ub.，a. 运放工作于开环状态运放工作于开环状态c. 输出电压输出电压uOVCC(1) 电路组成电路组成Rb2b1+_+_+IuOuCCV CCV 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础0I ua. 当

40、当 时，时，CCOVu b. 当当 时，时，0I uCCOVu (3) 工作原理工作原理(4) 传输特性传输特性)(IOufu CCV CCV 0IuOu 与零电平（电位）进行比与零电平（电位）进行比较，故称为零电平比较器。较，故称为零电平比较器。 IuRb2b1+_+_+IuOuCCV CCV 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础CCV CCV 0IuOu理想特性理想特性实际特性实际特性WU不灵敏区不灵敏区上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(5) 电路存在的问题电路存在的问题a. 输出电压基本由电源电压确定。输出电压基本由电源电压确定。b. 输出电平

41、易受电源波动、饱和深度的影响。输出电平易受电源波动、饱和深度的影响。c. 输出电平不易改变。输出电平不易改变。Rb2b1+_+_+IuOuCCV CCV 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础改进型的零电平比较器改进型的零电平比较器限流电阻限流电阻 双向限幅稳压管双向限幅稳压管输出电压输出电压 ZOUu 输入保护电路输入保护电路RDZ+_+_+_D1D2IuOuCCV CCV oR传输特性传输特性0IuOuZU ZU 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础ZOUu 0 RIUuZOUu (3) 工作原理工作原理(4) 传输特性传输特性)(IOufu RDZ+

42、_+_+_IuOuCCV CCV oRURb. 当当 时，时，即即RIUu 0 RIUua. 当当,即即RIUu ZU ZU0IuOuRU上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2非零电平比较器非零电平比较器 电路简单电路简单灵敏度高灵敏度高抗干扰能力差抗干扰能力差单门限电压比较器的特点单门限电压比较器的特点0IuOuZU ZURU传输特性传输特性RDZ+_+_+_IuOuCCV CCV oRUR上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础t0Ou0tIu干扰干扰干扰干扰比较电压比较电压UR输入电压输入电压输出电压输出电压误动作误动作误动作误动作单门限比较器抗干扰性

43、能差的波形图单门限比较器抗干扰性能差的波形图上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础7.4.2 多门限比较器多门限比较器1 迟滞比较器迟滞比较器1）反相输入迟滞比较器反相输入迟滞比较器Dz+_+_IuOuRU1R2RoR3R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础给电路提供双极性参考电平给电路提供双极性参考电平加速输出翻转过程加速输出翻转过程电路引入正反馈电路引入正反馈正反馈的作用正反馈的作用Dz+_+_IuOuRU1R2RoR3R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础)(322RRRK UKUZR 反馈电压反馈电压ZOUu 输出电压输出电压a

44、. 工作原理工作原理Dz+_+_IuOuRU1R2RoR3R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础如果如果 uI URZOUu ZRKUU 当当uO=UZ时时(a)IuOu0ZUZU ZKUZKU uo=UZuIUR=KUZ时，时，,只要只要zOUu RIUu zRKUU IuOu0ZUZU ZKUZKU uouI传输特性传输特性Dz+_+_IuOuRU1R2RoR3R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础IuOu0ZUZU ZKUZKU uouI传输特性传输特性zRKUU (c) 当当uO=-UZ时时zRKUU 如果如果 uI URZOUu Dz+_+_I

45、uOuRU1R2RoR3R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础IuOu0ZUZU ZKUZKU uouI传输特性传输特性zOUu zRKUU 此时此时(d) 当当uIUR =-KUZ时时, ,zOUu 只要只要 uI-KUZ传输特性传输特性当当zOUu 时时(a)Dz+_b1b2IuOu1R2RoR3R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础只要只要ZIKUu zOUu IuOu0ZUZU ZKUZKU Uo=-UZuIKUZ传输特性传输特性当当zOUu 时时(b)Dz+_b1b2IuOu1R2RoR3R0b2u上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电

46、子技术基础输出维持原状态输出维持原状态IuOu0ZUZU ZKUZKU Uo=-UZ|uI|KUZ传输特性传输特性ZIZ-KUuKU 当当时时 (c)Dz+_b1b2IuOu1R2RoR3R上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础输出维持原状态输出维持原状态IuOu0ZUZU ZKUZKU Uo=UZ|uI|0,0,右移右移上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2. 窗口比较器窗口比较器(1) 电路电路A1D1D2A2LU HUIuCRBR+ + +CCV CCV T Ou上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础D1导通，导通， D2截止截止A

47、1输出高电平，输出高电平，A2输出低电平。输出低电平。HIUu 当当时时(a)输出电压输出电压CCOVu 2. 工作原理工作原理0LH UU（设（设）晶体管晶体管T饱和导通饱和导通A1D1D2A2LU HUIuCRBR+ + +CCV CCV T Ou上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础A2输出高电平输出高电平LIUu 当当时时(b)输出电压输出电压CCOVu A1输出低电平输出低电平D1截止，截止， D2导通导通晶体管晶体管T饱和导通饱和导通A1D1D2A2LU HUIuCRBR+ + +CCV CCV T Ou上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础晶体

48、管晶体管T截止截止A2输出低电平输出低电平HILUuU 当当时时(c)输出电压输出电压CCOVu A1输出低电平输出低电平D1截止，截止， D2截止截止A1D1D2A2LU HUIuCRBR+ + +CCV CCV T Ou上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础用于工业控制系统，测量温度、压力、液面等的范围。用于工业控制系统，测量温度、压力、液面等的范围。窗口比较器的主要应用窗口比较器的主要应用0IuOuCCV LU HUCCV 传输特性传输特性上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础LM111系列的封装形式和引脚排列系列的封装形式和引脚排列7.4.3 集成电

49、压比较器集成电压比较器+_12345678OUTGNDININ+BALBAL/S+VCCVCC上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础LM111系列典型应用电路系列典型应用电路具有选通的接法具有选通的接法 RT123456785选通选通+5V+_3k COuIURUCCV WR1R2R基本应用电路基本应用电路234567815R k3OuRUIUCCV CCV WR+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础电路电路2373K3KOuRUIUCCV 1R2RFR+ +LM111系列实现的施密特电路系列实现的施密特电路传输特性传输特性0IuOuLU HUOLUOHU

50、上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例1 在图示电路中，设各运放都具有理想特性。试求：在图示电路中，设各运放都具有理想特性。试求： (a) Au1=Uo3/Ui (b) 电路的中频电压放大倍数电路的中频电压放大倍数Aum=Uo/Ui 练习题练习题A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k +_+_+10k 1010k 33k pF47003.33k 3.33k 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(c) 整个电路的上、下限截止频率整个电路

51、的上、下限截止频率fH和和fL之值。之值。 解解 由图可知，运放由图可知，运放A1A3构成三运放测量放大器，构成三运放测量放大器，运放运放A4构成一阶低通滤波器，电容器构成一阶低通滤波器，电容器C2 和负载和负载RL构构成高通滤波器。成高通滤波器。 A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k +_+_+10k 1010k 33k pF47003.33k 3.33k 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 (a) 写出写出uO3与与ui的关系的关系 1O342O7

52、5746O3)1(uRRuRRRRRu )(2OO1uu I3321uRRRR I3u A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k +_+_+10k 1010k 33k pF47003.33k 3.33k 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b) 电路的中频电压放大倍数电路的中频电压放大倍数 所以，所以，Au1=Uo3/Ui=-330)33330(3 iomUUAu o3oio3UUUU )(891RRAu A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2

53、uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k +_+_+10k 1010k 33k pF47003.33k 3.33k 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础 (c) 整个电路的上、下限截止频率分别为整个电路的上、下限截止频率分别为Hz6 .1022119H CRf Hz095. 0212LL CRf A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k +_+_+10k 1010k 33k pF47003.

54、33k 3.33k 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例2 在图示电路中，已知稳压管在图示电路中，已知稳压管DZ1 、DZ2的击穿电压分的击穿电压分别为别为UZ1=3.4V, UZ2=7.4V ,正向压降皆为正向压降皆为UD1= UD2=0.6V ,运放运放A具有理想的特性。画出具有理想的特性。画出uI由由-6V变至变至+6V，再由，再由+6V变至变至-6V时电路的电压传输特性曲线。时电路的电压传输特性曲线。A+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础解解 (a) 由

55、图可知电路的输出电压极限值由图可知电路的输出电压极限值 V46 . 04 . 3D2Z1omax UUUV84 . 76 . 0Z2D1omin UUUA+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b) 运运放反相输入端电压放反相输入端电压 12212R RRRU同相输入端电压同相输入端电压 O433I434uRRRuRRRu V2127 . 4247 . 4 当输入电压当输入电压uI由由-6V 向向+6V方向变化时，如果同相输入方向变化时，如果同相输入端的电压端的电压u+ 低于低于UR，输

56、出电压，输出电压uO为为Uomin ；A+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础Romin433H434UURRRURRRu 由由得得当当同相输入端的电压同相输入端的电压u+略高于略高于UR时，比较时，比较器翻转，输出电压器翻转，输出电压uO为为Uomax 。UH=5.3V设此时的输入电压为设此时的输入电压为UHA+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当uI由由+6V向向-6V 方

57、向变方向变化时，如果化时，如果u+ 高于高于UR，输出电压输出电压uO为为Uomax ；当当u+略低于略低于UR时，比时，比较器再次翻转，输出较器再次翻转，输出电压电压uO为为Uomin 。设此时的输入电压为设此时的输入电压为ULRomax433L434UURRRURRRu 由由得得V3 . 1L UA+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础由此可画出电路的传输特性由此可画出电路的传输特性uOuI0UHULUominUomax传输特性传输特性A+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk

58、9 . 3k30k10.7k44k212V 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例3 在图示电路中，设运算放大器在图示电路中，设运算放大器A具有理想的特性，具有理想的特性，其最大输出电压其最大输出电压)1(32ZROmaxRRUUU 稳压管稳压管 的稳定电压为的稳定电压为 ,试画出电路的电压传输特试画出电路的电压传输特性曲线。性曲线。ZDZU A+_Ou1R3R2RIuZDRU上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础解解 由图可知，当稳压管由图可知，当稳压管DZ击穿后，由于其动态电击穿后，由于其动态电阻很小，电路引入深度负阻很小，电路引入深度负反馈。反馈。Z3UuR 故运放的故运放的“虚短虚短” 仍然成仍然成立。立。电路的输出电压电路的输出电压此时，电阻此时，电阻R3两端的电压为两端的电压为 )(323RO3RRRuUuR A+_Ou1R3R2RIuZDRU上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础)(323RO3RRRuUuR 由由知知当当 时，输出高电时，输