1、第四节 信号处理电路 内容提要 1、介绍滤波电路的作用和分类，并阐明各种有源滤波电路的工作原理和输入 -输出关系 2、介绍几种典型的电压比较器的工作原理、传输特性和用途 4.1.1 滤波电路的作用和分类 滤波器的功能：对频率进行选择 ,过滤掉噪声和干扰信号，即有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。 )()()(iosVsVsA )(I tv )(O tv滤波电路 滤波电路传递函数定义 时 ， 有 js)(je)j()j( AA )()j( A其中 )j( A)( 模 ， 幅频响应 相位角 ， 相频响应 时延响应为 )( d )(d)( s 4.1 有源滤波器 分类： 按处理 方法分 硬件
2、滤波 软件滤波 按所处理 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 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 按传递函数 分 一阶滤波器 二阶滤波器 N 阶滤波器 : 滤波器的理想特性和实际滤波器特性 7.1.2 低通滤波器 (LPF) 一、无源低通滤波器： 低频信号 能通过而高频信号不能通过的滤波器 电压放大倍数为 0ioj11ffUUA u RCf 2 10 通带截止频率 电路 缺点 ：电压放大倍数低 ， 带负载能力差 解决 办法 ：有源滤波器。 图 7.1.2 二、一阶低通有源滤波器： 0p01Fioj1j11ffAffRRUUAuu
3、电压放大倍数 1Fp 1 RRAu 优点：通带电压放大倍数得到提高 缺点：当 ff 0时 ， 幅频特性衰减太慢 ， 以 -20dB 10倍频程的速率下降 ， 与理 想的幅频特性相比相差甚远 解决办法：采用二阶低通有源滤波器 。 (a)电路图 (b)对数幅频特性 三、二阶低通有源滤波器： 幅频特性在 ff 0时 ， 以 -40dB 10倍频程的速率下降 ， 衰减速度快 ， 其幅频特性更接近于理想特性 ， 为进一步改善滤波波形 ,常将第一级的电容 C接到输出端 ， 引入一个 反馈 。 这种电路又称为赛伦 -凯电路 (a)电路图 (b)对数幅频特性 020p2ppio1j)(1)j()j3(1ffQ
4、ffARCRCAAUUAuuuu1Fp 1 RRAu RCf 2 10p31uAQ 0.1 dB/plg20 AuA u-40 -20 -0 0ff110 20dB/十倍频 40dB/十倍频 一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较： 低通滤波器的幅频特性 理想特性 7.1.3 高通滤波器 (HPF) 一、 高通滤波器是指 高频信号 能通过而低频信号不能通过的滤波器，将低通滤波器中起滤波作用的电阻、电容互换，即成为高通有源滤波器 无源高通滤波器 其通带截止频率： RCf 210ffQffARCRCAARCUUA uuuu020p2pp2io1j)(1)j()j3(1)j(二阶有源高通滤波器 7
5、.1.4 带通滤波器 (BPF) 将一个低通滤波电路和一个高通滤波电路串联连接即可组成带通滤波电路， fh fL能组成带通电路。 BPF的构成方法 : BPF构成的总则是 LPF与HPF相 串联 ， LPF与 HPF串联有如下两种情况 1、将有源 LPF与有源 HPF两级直接串联。用这种方法构成的 BPF通带宽，而且通带截止频率易调整，但所用元器件多 2、将两节电路直接相联，其优点是电路简单 低通 高通 iU oUf2 f uAlg20O 低通 f uAlg20f1 O 高通 阻 阻 f2 f1 f uAlg20O 通 带通滤波器原理示意图 带通滤波器电路及幅频特性 )(j1)(j)3( 00
6、p00ooffffQAffffAAA uuuuRCf 210 ooop 3 uuuu QAAAA 1Fo 1 RRAu o31uAQ 中心频率 通带电压放大倍数 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。 一个低通滤波电路和一个高通滤波电路并联连接组成的带阻滤波电路， fh 0 时， uO = - UOPP ； UOPP 为集成运放的最大输出电压 。 阈值电压 ：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 。 设任何一个稳压管被反向击穿时 ， 两个稳压管两端总的的稳定电压为 UZ 0时 ， 右边的稳压管被反向击穿 ， uo= - UZ 利用稳压管限幅的过零比较
7、器 为了使比较器输出的正向幅度和负向幅度基本相等，可将 双向击穿稳压二极管 接在电路的输出端或接在反馈回路中。 4.2.2 单限比较器 单限比较器有一个门限电平 ， 当输入电压等于此门限电平时 ， 输出端的状态立即发生 跳变 。 R E F21T URRuU 当输入电压 uI 变化 ， 使反相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： uI uO +UOpp -UOpp O +UZ -UZ R EF21 URR单限比较器 存在干扰时单限比较器的 uI、 uO 波形 单限比较器的作用：检测输入的模拟信号是否达到某一给定电平 。 缺点 ：抗干扰能力差 。 解决办法 ：采用具有
8、滞回传输特性的比较器 。 4.2.3 滞回比较器 滞回电压比较器又称施密特触发器。这种比较器的特点是当输入信号 ui逐渐增大或逐渐减小时，它有 两个阈值 ，且不相等，其传输特性具有 “ 滞回 ” 曲线的形状。 滞回电压比较器通过引入上、下两个门限电压，以获得正确、稳定的输出电压。 电压比较器有两个门限电平，故传输特性呈滞回形状 。 UREF 为参考电压；输出电压 uO 为 +UZ 或 -UZ；uI 为输入电压 。 当 u+ = u- 时，输出电压的状态发生跳变。 OF22R E FF2F uRRRURRRu比较器有两个不同的门限电平 ， 故传输特性呈滞回形状 。 +UZ uI uO -UZ O UT- UT+ 滞回比较器 滞回电压比较器用于控制系统时主要优点是抗干扰能力强。当输入信号受干扰或噪声的影响而上下波动时，只要根据干扰或噪声电平适当调整滞回电压比较器两个门限电平 UT+ 和 UT- 的值，就可以避免比较器的输出电压在高、低电平之间反复跳变。
