第8 信号处理电路

1、第八章第八章信号处理电路信号处理电路8.1有源滤波器有源滤波器8.2电压比较器电压比较器8.1有源滤波器有源滤波器8.1.1滤波电路的作用和分类滤波电路的作用和分类一、作用：一、作用：选频选频(即允许某一部分频率的信号顺利通即允许某一部分频率的信号顺利通过过,将另一部分频率的信号滤掉。将另一部分频率的信号滤掉。)二、分类：二、分类：（1）信号性质：）信号性质：模拟滤波器和数字滤波器模拟滤波器和数字滤波器（2）所用元件：）所用元件：有源滤波器和无源滤波器有源滤波器和无源滤波器（2）信号频率：）信号频率：低通滤波器（低通滤波器（LPF）和高通滤波器（）和高通滤波器（HPF）带通滤波器（带通滤波器（

2、BPF）和带阻滤波器（）和带阻滤波器（BEF）8.1有源滤波器有源滤波器f0fuAlg20O通通阻阻fuAlg20f0O通通阻阻f1fuAlg20O通通通通 阻阻f2fuAlg20O通通阻阻阻阻f1f2低通滤波低通滤波高通滤波高通滤波带通滤波带通滤波带阻滤波带阻滤波无源低通滤波器8.1.2低通滤波器低通滤波器( (LPF) )1、无源低通滤波器、无源低通滤波器低通电路的波特图低通电路的波特图对数对数幅频特性：幅频特性：0.1 fHfH 10 fHfdB/lg20uA0- -20- -403dB- -20dB/十倍频十倍频对数相频特性：对数相频特性：fH 10 fH- -455.715.71-

3、-45/十倍频十倍频- -900.1 fH在高频段，在高频段，低通电路产生低通电路产生0 90的滞后的滞后相移。相移。对数幅频特性由 对 数 幅由 对 数 幅频特性图可见，频特性图可见，当频率高于当频率高于f0后，后，随着频率升高，随着频率升高，电压放大倍数电压放大倍数将降低，故电将降低，故电路具有路具有“低通低通”的特性。的特性。电路缺点：电路缺点：电压放大倍数低，只有，且带负载能力差。电压放大倍数低，只有，且带负载能力差。解决办法解决办法：利用集成运放与：利用集成运放与 RC 电路组成有源滤波器。电路组成有源滤波器。一阶低通滤波器2、一阶低通有源滤波器：、一阶低通有源滤波器：+ + + 可

4、见：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的可见：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带通带截止频率相同截止频率相同；但；但通带电压放大倍数得到提高通带电压放大倍数得到提高。缺点：缺点：一阶低通有源滤波器在一阶低通有源滤波器在 f f 0 时，滤波特性不时，滤波特性不理想。对数幅频特性下降速度为理想。对数幅频特性下降速度为 - -20 dB / 十倍频。十倍频。 解决办法解决办法：采用二阶低通有源滤波器。：采用二阶低通有源滤波器。RCf 210通带截止频率通带截止频率20upu)(1lg20lg20lg20ffAA - - 二阶低通有源滤波器：二阶低通有源滤波器：输入电压经过两级输入电压经过两级

5、 RC 低低通电路，在高频段，对数幅频通电路，在高频段，对数幅频特性以特性以 - -40 dB /十倍频的速度十倍频的速度下降，使滤波特性比较接近于下降，使滤波特性比较接近于理想情况。理想情况。020p2ppio1j)(1)j ()j3(1ffQffARCRCAAUUAuuuu - - - - 1Fp1RRAu RCf 210p31uAQ- - 图图 8.1.4低通滤波器的幅频特性8.1.3、 高通滤波器无源高通滤波器对数幅频特性：对数幅频特性： 实际幅频特性曲线：实际幅频特性曲线：图图 3.1.4( (a) ) 幅频特性幅频特性当当 f fL( (高频高频) )，当当 f UR 时，时，uo

6、=U_OPP当当ui0 时，uo=UOL当u- Uth 时，uo=UOL当uiUR 时，uo=UOH当ui0 时，uo=UOH当u+ Uth 时，uo=UOH当uiUth 时，uo=UOLUthuiURuoR1R2电压传输特性UOHUOLuiuo8.2.1过零比较器过零比较器简单的过零比较器简单的过零比较器由于理想运放的开环差模由于理想运放的开环差模增益为无穷大，所以增益为无穷大，所以当当 uI 0 时，时，uO = - - UOPP ；过零比较器的传输特性为：过零比较器的传输特性为：uIuO+UOpp- -UOppOUOPP 为集成运放的最大为集成运放的最大输出电压。输出电压。阈值电压阈值电

7、压：当比较器的输出电压由一种状态跳变为：当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。另一种状态所对应的输入电压。图图 8.2.1利用稳压管限幅的过零比较器利用稳压管限幅的过零比较器设任何一个稳压管被反向设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压管两端总的击穿时，两个稳压管两端总的的稳定电压为的稳定电压为 UZ UOppuIuO+UOpp - -UOppO+UZ- -UZ当当 uI 0 时，右边的稳压管时，右边的稳压管被反向击穿，被反向击穿，uO = - - UZ ；图图 8.2.28.2.2单限比较器单限比较器单限比较器有一个门限单限比较器有一个门限电平，当输入电压等于此门电平，

8、当输入电压等于此门限电平时，输出端的状态立限电平时，输出端的状态立即发生跳变。即发生跳变。REF21TURRuU- - - -当输入电压当输入电压 uI 变化，使反相变化，使反相输入端的电位为零时，输出端的输入端的电位为零时，输出端的状态将发生跳变，门限电平为：状态将发生跳变，门限电平为：uIuO+UOpp- -UOppO+UZ- -UZREF21URR- -过零比较器是门限电平为零过零比较器是门限电平为零的单限比较器。的单限比较器。图图 8.2.4图图 8.2.5存在干扰时单限比较器的存在干扰时单限比较器的 uI、uO 波形波形单限比较器的单限比较器的作用作用：检测输入的模拟信号是否达到：检

9、测输入的模拟信号是否达到某一给定电平。某一给定电平。缺点缺点：抗干扰能力差。：抗干扰能力差。解决办法解决办法：采用具有滞：采用具有滞回传输特性的比较器。回传输特性的比较器。8.2.3滞回比较器滞回比较器UREF 为参考电压；为参考电压；输出电压输出电压 uO 为为 +UZ 或或 - -UZ；uI 为输入电压。为输入电压。当当 u+ = u- - 时，输出电压时，输出电压的状态发生跳变。的状态发生跳变。OF22REFF2FuRRRURRRu 比较器有两个不同的门限电平，比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。故传输特性呈滞回形状。 +UZuIuO - -UZOUT- -UT+ +图图

10、8.2.6滞回比较器滞回比较器若若 uO= - - UZ ，当，当 uI 逐渐减小时，使逐渐减小时，使 uO 由由 - -UZ 跳跳变为变为 UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT- - ZF22REFF2FTURRRURRRU - - - -回差回差( (门限宽度门限宽度) ) UT ：ZF22TTT2URRRUUU - - - - 若若 uO = UZ ，当，当 uI 逐渐增大时，使逐渐增大时，使 uO 由由 + +UZ 跳变跳变为为 - -UZ 所需的门限电平所需的门限电平 UT+ ZF22REFF2FTURRRURRRU 作用作用：产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形：产生矩形波、三角波和锯齿波，或用于波形变换。变换。抗干扰能力强抗干扰能力强。图图 8.2.78.2.4、双限比较器双限比较器8.2.5集成电压比较器集成电压比较器对集成电压比较器的主要要求：对集成电压比较器的主要要求：1. 具有较高的开环差模增益；具有较高的开环差模增益；2. 具有较快的响应速度；具有较快的响应速度；3. 具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；具有较高的共模抑制比和允许共模输入电压较高；4. 具有较低的失调电压、失调电流及较低的温漂。具有较低的失调电压、失调电流及较