《信号运算处理》PPT课件.ppt

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1、第6章信号运算及处理电路,6.1 信号运算电路,6.2 信号处理电路,6.3 信号产生电路,1.运放的电压传输特性：,集成运算放大电路,2.理想运算放大器：,开环电压放大倍数 AV=差摸输入电阻 rid=输出电阻 r0=0,为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：,运放工作在线性区的分析方法：虚短（U+=U-）虚断（i+=i-=0）,3.线性区,6.1信号运算电路,6.1.1 比例运算,6.1.2 加法与减法运算,6.1.3 微分与积分运算,比例运算,一、反相比例运算,运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断,虚断,虚地,为使两输入端对地直流电阻相等：,R2=R1/R f,平衡电阻,二、同

2、相比例运算,Auf=1,跟随器,当 R1=，Rf=0 时，,加法与减法运算,一、加法运算,1.反相加法运算,R3=R1/R2/Rf,iF i1+i2,若 Rf=R1=R2,则 uO=(uI1+uI2),平衡电阻,R2/R3/R4=R1/Rf,若 R2=R3=R4，,则 uO=uI1+uI2,Rf=2R1,2.同相加法运算,利用叠加定理,uI2=0,uI1作用：,uI1=0,uI2 作用：,一般,R1=R1；Rf=Rf,uO=uO1+uO2,=Rf/R1(uI2 uI1),减法运算实际是差分电路,二、减法运算,微分与积分运算(略),R2=Rf,虚地,虚断,RfC1=,时间常数,微分电路输出电压:

3、,一、微分运算,二、积分运算,=,当 uI=UI 时，,设 uC(0)=0,时间常数=R1Cf,积分电路输出电压：,课堂练习,差分运算电路的设计（略）,条件：,Rf=10 k,要求：,uo=uI1 2uI2,R1=5 k,R2=2R3,=5/10,R2=10 k,R3=5 k,6.2信号处理电路,6.2.2 电压比较器,6.2.1 有源滤波电路,滤波电路,有用频率信号通过，无用频率信号被抑制,分类：,按处理方法分,硬件滤波,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,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,理想滤波器

4、的频率特性,低通,高通,带通,带阻,一、有源低通滤波电路(LPFLow Pass Filter),通带放大倍数,1、一阶 LPF,其中，Auf=1+Rf/R1,fH=1/2RC,上限截止频率,归一化幅频特性,0,-3,2、二阶 LPF,1.简单二阶 LPF,通带增益：,Auf=1+Rf/R1,二、有源高通滤波电路(HPFHigh Pass Filter),通带增益：,Auf=1+Rf/R1,f/fn,0,-3,-10,-20,1,-30,-40,1,三、有源带通滤波电路(BPFBand Pass Filter),构成思路：带通滤波器可由低通滤波器和高通滤波器串联,注意：低通滤波器的截止频率必须

5、大于高通滤波器的截止频率,四、有源带阻滤波电路,构成思路：带阻滤波器可由低通滤波器和高通滤波器并联,注意：低通滤波器的截止频率必须小于高通滤波器的截止频率,电压比较器,功能：,类型,基本比较器,简单比较器(单门限),窗口比较器(双门限),滞回比较器(施密特触发器),比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小,一、简单比较器,1.过零电压比较器,uI 0,uI 0,UOmax,-UOmax,UOH,UOL,2.同相输入单门限比较器,UZ,uI UREF,-UZ,uI UREF,门限电压 UT,门限电压 UT=UREF,Uz,1)电路和阈值电压,二、滞回比较器,1.反相型滞回比较器,正反馈,当 uI

6、 uP 时，uO=-UZ,当 uI uP 时，uO=+UZ,当 uI=uP 时，状态翻转,特点：,2)传输特性,R,R1,uI,UREF,R2,R3,UZ,P,uO,uO,UT+,UT-,UZ,-UZ,当 uI 逐渐增大时,只要 uI UT+，则 uO=UZ,一旦 uI UT+，则 uO=-UZ,当 uI 逐渐减小时,只要 uI U T-，则 uO=-UZ,一旦 uI UT-，则 uO=UZ,上阈值,下阈值,U=UT+-UT-,回差电压,uI 上升时与上阈值比,uI 下降时与下阈值比。,2.同相型滞回比较器,状态翻转时，uP=uN=UREF,若 UREF=0,传输特性,U=UT+-UT-,抗干

7、扰,单门限比较,UT,滞回比较,UT-,UT+,uO,整形,6.3波形产生电路,6.3.2 非正弦波振荡电路,6.3.1 正弦波振荡电路,信号产生电路,(振荡器Oscillators),分类：,正弦波振荡:,非正弦波振荡：,RC 振荡器(1 kHz 数百 kHz),LC 振荡器(几百 kHz 以上),石英晶体振荡器(频率稳定度高),方波、,三角波、,锯齿波等,主要性要求能：,输出信号的幅度准确稳定,输出信号的频率准确稳定,6.3.1 正弦波振荡电路,一、振荡条件,微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。,幅值平衡条件,相位平衡条件,n=0,1,2,二、电路的组成和起振的

8、判断,1.放大电路 Au,2.正反馈网络 Fu,3.选频网络实现单一频率的振荡,4.稳幅环节使振荡稳定、波形好,满足振荡条件,组成:,三、RC 正弦波振荡电路,1.RC 串并联选频网络,当=0 时,=0,0=1/RC,2.RC 桥氏振荡电路,振荡频率:,振荡条件:,Rf 不能太大，否则正弦波将变成方波,应使：,四、LC 正弦波振荡电路,类型：变压器反馈式、电感三点式、电容三点式,L 的等效损耗电阻,1、LC 并联回路的特性,Z,谐振频率 f0,频率特性,2、变压器反馈式振荡电路,满足相位平衡条件,同名端同极性,电感三点式和电容三点式LC正弦波发生器,把并联LC回路中的C或L分成两个，则LC回路就有三个端点。把这三个端点分别与三极管的三个极相连，就形成了LC三点式正弦波发生电路。它们又分为电感三点式和电容三点式两类。,3、三点式 LC 振荡电路,结论：在LC三点式正弦波发生电路中，为了 判断相位平衡条件，有：,电感三点式 振荡电路,优点：,缺点：,易起振(L 间耦合紧)；,易调节(C 可调)。,输出取自电感，对高次谐波阻抗大，输出波形差。,电容三点式振荡电路,C3,