第8章 信号处理电路.doc

甘肃工业职业技术学院 教 序 案 授课 计划 8 号 4 课时 班级 课 第八章 题 信号处理电路 1、掌握滤波器的有关概念： 什么是滤波 什么是低通、高通、带通、带阻滤波，用途 什么是无源滤波、什么是有源滤波、用途 教学目的 及 教学要求 如何描述滤波特性 2、理解有源滤波器的工作原理和分析方法 一阶、简单二阶、高通、带通、带阻滤波的组成 滤波电路的分析方法； 3、学会识别有源滤波电路 4、学会识别电压比较器； 5、掌握电压比较器的分析方法； 6、学习在已知电压传输特性的条件下组成电压比较器的方法。 本章重点： 1、滤波器的有关的基本概念 重点 2、电压比较器的分析方法 和 难点 本章难点： 1、滤波电路分析注意简化数学推导，突出物理概念。 2、在已知电压传输特性的条件下组成电压比较器的方法。 1、模拟电子技术（第二版） 参考资料 胡宴如主编 高等教育出版社 2004.2 2、数字电路技术 杨志忠主编 高等教育出版社 2000.4 3、电子技术基础 康华光等编 高等教育出版社 1995.8 4、电工电子技术 林平勇编 高等教育出版社 2000.4 1 教 材 教材：《电子电路与电子器件》（第二版） 郭培源主编 高等教育出 版社 2004.2. 一、教学内容 8.1 有源滤波电路 8.2 电压比较器 二、内容提要 本章主要介绍有源滤波电路与比较器的基本概念、基本原理及其在信号处理中的应用。 三、教学过程（教案） 第八章 信号处理电路 8.1 有源滤波电路 【滤波电路的功能】使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。 【滤波电路的种类】低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器 （BEF）。 8.1.1 无源滤波与有源滤波 空载时 负载变化 带负载时 频率均变 无源滤波 用电压跟随器隔离滤波电路与负 载电阻 有源滤波 2 【结论】无源滤波电路的滤波参数随负载变化；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。 8.1.2 低通有源滤波电路 1．一阶低通有源滤波电路 其中： f 0 1 2RC 当 f  0 时， Aup  1 Rf ，通带增益； R1 当 f  f0 时， Au  0.707Aup ，此频率为截止频率。 电压放大倍数绝对值： 2．二阶低通有源滤波电路 3 为了计算方便，设 C1=C2=C A  1 通带电压放大倍数： up Rf R1 8.1.3 高通有源滤波电路 一阶有源高通滤波电路的电压放大倍数： 其中： 【运算电路与有源滤波器的比较】 4 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，前者是在输入信号频 率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后者是在输入电压幅值不变的 情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。 运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特 性描述滤波特性。 8.2 电压比较器 【电压比较器的功能】比较电压的大小，广泛用于各种报警电路。 【电压比较器的工作特点】输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和 低电平两种情况；使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。 【电压比较器的分类】 （1）单限比较器：只有一个阈值电压 （2）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。 （3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。 8.2.1 简单电压比较器 1．单限（过零）电压比较器 （1）uT ＝ 0 （2）uH ＝＋ UM， uL＝－UM （3）uI > 0 时 uO ＝－UOM; uI < 0 时 uO ＝＋ UOM 2．输出限幅比较器电路 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。 5 uH＝＋（ UZ1＋ UD2 ） uL＝－ ( UZ2 ＋ UD1) 8.2.2 滞回电压比较器 1. 阈值电压 U OL  U Z U OH  U Z uN  uI uP  R1 R1 U Z uO ,令uN  uP，得  U T   R1  R2 R1  R2 2. 工作原理及电压传输特性 设 uI＜－UT，则 uN＜ uP， uO＝+UZ。此时 uP＝ +UT，增大 uI，直 至+UT，再增大， uO 才从+UZ 跃变为－ UZ。 设 uI＞+UT，则 uN＞ uP， uO＝－UZ。此时 uP＝ －UT，减小 uI， 直 至－UT，再减小， uO 才从－UZ 跃变为+UZ。 8.2.3 窗口电压比较器 简单电压比较器和滞回电压比较器的共同特点是：当 u1 单方向变化时，u0 只跳变一次，只能检 测一个电平，如果要判断 u1 是否在两个电平之间，应采用窗口比较器。 由图可以看出，两个简单电压比较器的阈值分别是 UREFL、UREFH，且 UREFH＞UREFL，所以当输 6 入电压达到两个阈值时，输出状态发生变化。 四、本章小结 本章重点介绍了有源滤波、电压比较器的基本原理和应用。 1．有源滤波电路是由 RC 网络和集成放大器组成，它的工作特点是允许某些频率的信号通过的 同时，抑制另外一些信号通过，可进行选频，集成放大器还可对有用信号进行放大。为了增强滤波 效果，除了一阶滤波外，常采用二阶或更高阶次的滤波电路。 2．按照幅频特性，有源滤波电路分为低通有源滤波电路、高通有源滤波电路、带通有源滤波电 路和带阻有源滤波电路等。 3．电压比较器的作用是将输入端的两个电压进行比较，在输出端输出高电平和低电平，它可将 各种周期性变化的信号变成矩形波。作为比较器的运算放大器工作在非线性状态。 5．电压比较器的阀值是输出状态发生跳变的特殊电压值。 6．电压比较器的传输特性反映了输入电压与输出电压的关系。当输入电压大于或小于阈值时， 输出状态会跳变成高电平或者是低电平。 五、本章作业：1、2、6、8 7